一种转炉加料自动控制方法及系统
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域,尤其是涉及转炉在冶炼过程中实现自动加料的控制方法及实现该控制方法的系统。
背景技术
一般常用的转炉加料控制,在基础自动化控制系统上进行,需要每次在在HMI画面上人工设定每批料的重量,并对物料进行人工称量,在需要加料时刻进行加料。采用现有模式,存在两个问题:一是需要人工设定加料量,进行称量和加料,速度慢;二是人工加料时每个加料人员的加料模式不固定,控制得不好,影响冶炼的稳定,不能够进行加料模式的标准化控制。很显然,现有的加料控制方式加料精度和效率较低,冶炼周期也随之延长。
发明内容
为解决上述问题,本发明公开了一种转炉加料自动控制方法及能够实现该控制方法的转炉加料自动控制系统。
为了达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种转炉加料自动控制方法,包括如下步骤:
预先设置各钢种对应的各个冶炼阶段,以及各个冶炼阶段下的各物料加入比例数据;
通过转炉静态冶炼模型计算炉次物料的总体加入量;
根据当前冶炼的钢种类型,结合各钢种对应的各个冶炼阶段的物料加入比例数据以及通过转炉静态冶炼模型计算得到的各物料的总体加入量,计算出各种物料在各个阶段的加料重量;
采集当前转炉冶炼的阶段,将下一阶段需要加入的物料重量和本阶段需要加入的物料信息下装到PLC;
根据PLC中下装的数据,进行称量和加料,首先打开汇总料斗的阀门,将本阶段需要的加入的物料对应的加入到转炉中;然后,控制高位料仓对下一阶段需要加入的物料进行称量,汇聚到汇总料斗中。
进一步的,所述静态冶炼模型包括如下步骤:
①初始化渣量吨位;
②每次计算时渣量增加一个步长;
③依据平衡原理,计算渣量中SiO2,P2O5,MnO,MgO,TFe的重量;
④根据下式计算CaO
CaO=( Wslag – WSiO2 – W P2O5 – WMnO- WMgO – W其它)/ Wslag*100
其中,Wslag为矿渣重量,WSiO2为SiO2的重量,W P2O5为P2O5的重量,WMnO为MnO的重量-WMgO为MgO的重量 – W其它为渣量中其他成分的重量;
⑤根据下式计算理论上的P的分配比LP1(Lp=(P)/[P]):
lgLp = 22350 / (273.15 + T) – 21.876 + 5.6* Lg(%CaO)+ 2.5 * Lg(%TFe)
其中T:该炉钢水的目标温度;CaO:渣中的(%CaO)含量;%TFe:渣中全铁(%TFe) ;
⑥计算出Lp目标=(P2O5)*62/142/[P]目标;
其中, [P]目标:指的是钢水的终点磷元素成分的目标值,Lp目标:指的是目标的磷的分配比;
⑦如果Lp理论<k*Lp目标,则重新开始执行步骤②,增加初始渣量Wslag的设定值,其中
⑧静态加入的石灰 = 渣量中CaO的重量/ 石灰中CaO的含量百分比;
静态加入的镁球 = 渣量中MgO的重量/ 镁球中MgO的含量百分比。
进一步的,所述k取值范围为[1.1,1.5]。
进一步的,在每种物料添加的最后一个阶段将剩余重量的物料全部添加进炉体。
进一步的,所述各钢种对应的各个冶炼阶段数据以及各个冶炼阶段下的各物料加入比例数据可以进行维护。
进一步的,所述各钢种对应的各个冶炼阶段数据以及各个冶炼阶段下的各物料加入比例数据存储在数据库中。
本发明还提供了一种转炉加料自动控制系统,包括高位料仓、汇总料斗、转炉炉体,还包括数据库、转炉静态冶炼模型运算模块、加料模式运算模块、冶炼阶段监控模块、下装PLC模块、PLC控制模块,
其中,
数据库中存储有各钢种对应的各个冶炼阶段,以及各个冶炼阶段下的各物料加入比例数据;
转炉静态冶炼模型运算模块用于根据预先设定的转炉静态冶炼模型计算炉次物料的总体加入量;
加料模式运算模块获取当前冶炼的钢种类型,结合数据库中存储的各钢种对应的各个冶炼阶段的物料加入比例数据,以及前述通过转炉静态冶炼模型计算得到的各物料的总体加入量,计算出各种物料在各个阶段的加料重量;
冶炼阶段监控模块采集当前转炉冶炼的阶段,将下一阶段需要加入的物料重量和本阶段需要加入的物料信息通过下装PLC模块下装至PLC;
下装PLC模块用于过程控制计算机与PLC之间的通信,将冶炼阶段监控模块的数据下装到控制加料设备动作的PLC;
PLC控制模块根据PLC中下装的数据,控制加料设备进行称量和加料:首先打开汇总料斗的阀门,将本阶段需要的加入的物料对应的加入到转炉中;然后,控制高位料仓对下一阶段需要加入的物料进行称量,汇聚到汇总料斗中。
进一步的,还包括加料模式维护模块,所述加料模式维护模块用于提供可视化的用户界面,用于修改、删除和增加数据库中数据。
与现有技术相比,本发明提供的转炉加料控制方法及系统,能够针对不同钢种,在转炉冶炼过程中的各个阶段进行多种物料的自动加料,速度快、精度高、实现了加料模式的标准化。本发明提供的静态此外,能够根据实际需要针对运算模型和分阶段添加比例分别调整和修正,适应范围广,通用性强。
附图说明
图1为转炉加料自动控制方法的步骤流程示意图;
图2为加料设备的结构示意图;
图3为转炉加料自动控制系统的模块连接示意图。
附图标记列表:
1-高位料仓,2-汇总料斗,3-转炉炉体。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明,应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供了一种转炉加料自动控制方法,能够实现转炉过程中的精细化自动加料控制,如图1所示,包括如下步骤:
(1)由于在不同的钢种冶炼过程中需要在各个阶段加入不同种类、不同重量的物料 ,本发明预先设置各钢种对应的各个冶炼阶段下的各物料加入比例数据,并根据当前的钢种进行计算,控制加料装置在各个阶段加入适当比例的物料。此外各个钢种对应的各个冶炼阶段,以及各冶炼阶段对应的各物料加入比例应可以根据需要进行调整。具体地说,本发明中我们预先创建钢种-加料模式对应表:
表1
通过表1,不同的钢种对应相应的加料模式,相应的,后台数据库还创建有加料模式表,表中针对每种加料模式预先存储了该种模式下各冶炼阶段中各种物料的加入百分比:
表2
上述钢种-加料模式对应表及加料模式表可以在加料模式维护界面进行维护(增加记录、修改记录和删除记录)。
(2)通过转炉静态冶炼模型计算炉次物料的总体加入量以及吹氧量;
目前大多数炼钢企业中都具有较为成熟的转炉静态冶炼模型,本发明可以调取这些既有模型进行计算,在应用时也可根据冶炼设备和原料品质的实际情况对模型进行调整,以尽量增加原料的投入产出比为佳。
吹氧量指的是炉次脱碳需要的吹氧量,计算方式为业内公知在本发明中不进行详细描述。转炉在冶炼过程中,需要加入石灰、白云石、镁球、矿石等各种物料,矿石是根据物料平衡和热平衡原理计算的,作为从事转炉行业方面的技术人员都知道计算原理和计算公式。加入矿石的作用是降低转炉终点温度。白云石:用作转炉冶炼过程中保护转炉内部耐火砖的功能,加入量根据转炉的炉龄(新砌炉内砖后的冶炼炉数)不同和炉内砖的侵蚀程度而定,故白云石的加入量一般采用人工设定。
最重要的是其中石灰和镁球的计算方法。由于每次冶炼之后,炉渣重量不断增加,因此物料需要循环计算,本发明通过下述方式计算石灰和镁球的循环方法:
①初始化渣量吨位,按照目前梅钢的转炉冶炼规模,一般设定为8吨,根据铁水磷含量不同、转炉大小不同,可调整该设定值)。
②每次计算时渣量增加0.2吨(循环中渣量增加的步长,该值可根据需要调整)。
③渣量中其他成分的百分比为9%,该值可根据需要调整。
④依据平衡原理,假设铁水中的Si,P,Mn,Mg,TFe会回到炉渣中,通过铁水初始成分、钢水目标成分计算渣量中SiO2,P2O5,MnO,MgO,TFe的重量。计算方法为业内公知,在本发明中不进行详细描述。
⑤根据下式计算CaO
CaO=( Wslag – WSiO2 – W P2O5 – WMnO- WMgO – W其它)/ Wslag*100
其中,Wslag为矿渣重量,WSiO2为SiO2的重量,W P2O5为P2O5的重量,WMnO为MnO的重量-WMgO为MgO的重量 – W其它为渣量中其他成分的重量。
⑥根据下式计算理论上的P的分配比LP1(Lp=(P)/[P]):
lgLp = 22350 / (273.15 + T) – 21.876 + 5.6* Lg(%CaO)+ 2.5 * Lg(%TFe)
其中T:该炉钢水的目标温度;CaO:渣中的(%CaO)含量;%TFe:渣中全铁(%TFe) 。
⑦计算出Lp目标=(P2O5)*62/142/[P]目标;
其中, [P]目标:指的是钢水的终点磷元素成分的目标值,Lp目标:指的是目标的磷的分配比,而不是钢水成分的目标磷。
⑧如果Lp理论<k*Lp目标,则重新开始执行步骤②,增加初始渣量Wslag的设定值,其中k为保险系数>=1的一个常数,不同的转炉略有差异,一般取值范围在[1.1,1.5]。该步骤主要目的在于不断调整渣量吨位,从而计算出需要投入的物料重量,并使炉体内的酸碱度平衡。
⑨静态加入的石灰 = 渣量中CaO的重量/ 石灰中CaO的含量百分比;
静态加入的镁球 = 渣量中MgO的重量/ 镁球中MgO的含量百分比。
上述计算好的物料量仅仅为总体加入量。
(3)很明显,根据当前冶炼的钢种即可在表1中得到相对应的加料模式表,再从表2中得到各物料各阶段的加料百分比,结合前述通过转炉静态冶炼模型计算得到的各物料的总体加入量,能够计算出各种物料在各个阶段的加料重量。当前冶炼的钢种类型可通过PLC获得。
(4)采集当前转炉冶炼的阶段,将下一阶段需要加入的物料重量和本阶段需要加入的物料信息下装到PLC控制模块。当前转炉冶炼的阶段可通过PLC获得。
(5)根据PLC中下装的数据,控制加料设备进行称量和加料:首先打开汇总料斗的阀门,将本阶段需要的加入的物料对应的加入到转炉中;然后,控制高位料仓对下一阶段需要加入的物料进行称量,汇聚到汇总料斗中。
在一次完整的冶炼过程中,执行完步骤(3)之后,循环执行上述步骤(4)至步骤(5)直至全部冶炼阶段结束。
通过上述步骤,能够自动控制冶炼中的每个阶段中各种物料的精细加料,加料精度高、运算速度快,大大提高了运算效率。此外,能够对预先存储的加料模式进行修改,能够适应不同的现场环境,适用范围广泛。
相应的,本发明还提供了一种转炉加料控制系统(如图2、图3所示),包括高位料仓1:用于存放各种物料;汇总料斗2:用于存放称量后的各种物料;转炉炉体3:是冶炼的炉体。这些设备都由PLC控制,能够实现自动阀门的自动打开、闭合,其中高位料仓还能够称量物料的重量。如图所示,高位料仓中的物料汇合至汇总料斗中,汇总料斗中的物料落入转炉炉体中。本发明还包括如图3所示的数据库,加料模式维护模块,转炉静态冶炼模型运算模块,加料模式运算模块,冶炼阶段监控模块,下装PLC模块,PLC控制模块。
其中,数据库中存储有各钢种对应的各个冶炼阶段,以及各个冶炼阶段下的各物料加入比例数据,具体包括钢种-加料模式对应表及加料模式表(如表1和表2所示)。
加料模式维护模块用于提供可视化的用户界面,用于修改、删除和增加数据库中数据,如各个冶炼阶段的物料加入比例数据,以及钢种与加料模式的对应关系,以进行适应性的调整。
转炉静态冶炼模型运算模块用于根据预先设定的转炉静态冶炼模型计算炉次物料的总体加入量。
加料模式运算模块获取当前冶炼的钢种类型,结合数据库中存储的各钢种对应的各个冶炼阶段的物料加入比例数据,结合前述通过转炉静态冶炼模型计算得到的各物料的总体加入量,计算出各种物料在各个阶段的加料重量。
冶炼阶段监控模块采集当前转炉冶炼的阶段,将下一阶段需要加入的物料重量和本阶段需要加入的物料信息通过下装PLC模块下装至PLC。
下装PLC模块用于过程控制计算机与PLC之间的通信,将冶炼阶段监控模块的数据下装到控制加料设备动作的PLC;
PLC控制模块根据PLC中下装的数据,控制加料设备进行称量和加料:首先打开汇总料斗的阀门,将本阶段需要的加入的物料对应的加入到转炉中;然后,控制高位料仓对下一阶段需要加入的物料进行称量,汇聚到汇总料斗中。
实施例1:
数据库中钢种-加料模式对应表如下:
钢种-加料模式对应表
钢种牌号 |
加料模式 |
牌号1 |
加料模式1 |
牌号2 |
加料模式2 |
牌号3 |
加料模式3 |
牌号4 |
加料模式4 |
…… |
…… |
加料模式表中的加料模式1数据如下:
冶炼阶段 |
石灰加入百分比 |
镁球加入百分比 |
白云石加入百分比 |
矿石加入百分比 |
点火1阶段 |
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点火2阶段 |
20% |
30% |
100% |
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点火3阶段 |
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点火4阶段 |
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过程1阶段 |
30% |
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30% |
过程2阶段 |
10% |
50% |
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过程3阶段 |
10% |
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50% |
过程4阶段 |
30% |
20% |
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过程5阶段 |
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副枪测量1阶段 |
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过程6阶段 |
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20% |
过程7阶段 |
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过程8阶段 |
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过程9阶段 |
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过程10阶段 |
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副枪测量2阶段 |
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补吹阶段 |
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出钢阶段 |
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溅渣阶段 |
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(1)炉次开始时,通过静态模型进行计算,得出加入物料总量为:石灰7235kg,镁球1324kg,矿石2563kg;人工设定白云石1253kg。
(2)根据钢种选择对应的加料模式,本例钢种为牌号1,对应加料模式1,然后,根据加料模式1中各物料在各阶段中添加百分比计算冶炼个阶段各种物料的加入量:
Ø 点火2阶段 :石灰1465kg,镁球397kg,白云石1253kg;
Ø 过程1阶段 :石灰2198kg,矿石769kg;
Ø 过程2阶段 :石灰733kg,镁球662kg;
Ø 过程3阶段 :石灰733kg,矿石1282kg;
Ø 过程4阶段 :石灰2198kg,镁球245kg;
Ø 过程6阶段 :矿石523kg;
在步骤(2)的计算过程中,由于进行了常规的四舍五入,因此分阶段添加的物料之和与静态模型计算得到的物料总量之间可能会有一定的误差(可能物料之和大于物料总量,也可能物料之和小于物料总量)。另外,由于称量用具的精度问题,各个阶段称量后添加的物料重量与目标值具有一定的差异,如果单纯按照比例进行运算,也许会导致物料不够或物料有剩余的情况发生。作为改进,我们可以在每种物料分阶段添加时,除最后一个添加阶段之外的阶段都按照加料模式表中的比例数据进行计算,但在每种物料添加的最后一个阶段将剩余重量的物料全部添加进炉体,以保证所有物料被添加入炉体中。
(3)冶炼阶段监控模块监控冶炼并通过PLC控制物料称量和添加:
①在点火1阶段,将点火2阶段加入石灰1465kg、镁球397kg、白云石1253kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在点火1阶段,将点火2阶段加入石灰1465kg、镁球397kg、白云石1253kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料:石灰1465kg、镁球397kg、白云石1253kg。
②在点火2阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中;
③在点火4阶段,将过程1阶段加入石灰2198kg、矿石769kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在点火4阶段,将过程1阶段加入石灰2198kg、矿石769kg的数据送数据下装到PLC控制模块;
④在过程1阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中;
⑤在过程1阶段,将过程2阶段加入石灰733kg,镁球662kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程1阶段,将过程2阶段加入石灰 733kg、镁球662kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料石灰733kg、镁球662kg。
⑥在过程2阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
⑦将过程3阶段加入石灰733kg,矿石1282kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程2阶段,将过程3阶段加入石灰733kg、矿石1282kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓进行称量物料:石灰733kg、镁球245kg。
⑧在过程3阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
⑨将过程4阶段加入石灰2198kg,镁球245kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程3阶段,将过程4阶段加入石灰2198kg,镁球245kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料,石灰2198kg,镁球245kg。
⑩在过程4阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中.
11 将过程6阶段加入矿石513kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程5阶段,将过程6阶段加入矿石513kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料,矿石513kg。
12在过程6阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
实施例2:
数据库中钢种-加料模式对应表同实施例1,
加料模式表中的加料模式2数据如下:
冶炼阶段 |
石灰加入百分比 |
镁球加入百分比 |
白云石加入百分比 |
矿石加入百分比 |
点火1阶段 |
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点火2阶段 |
20% |
30% |
100% |
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点火3阶段 |
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点火4阶段 |
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过程1阶段 |
30% |
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过程2阶段 |
10% |
60% |
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过程3阶段 |
10% |
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40% |
过程4阶段 |
30% |
10% |
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30% |
过程5阶段 |
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副枪测量1阶段 |
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过程6阶段 |
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30% |
过程7阶段 |
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过程8阶段 |
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过程9阶段 |
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过程10阶段 |
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副枪测量2阶段 |
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补吹阶段 |
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出钢阶段 |
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溅渣阶段 |
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(1)炉次开始时,根据静态模型进行计算,得出加入物料总量为:石灰7653kg,镁球1025kg,矿石2368kg;人工设定白云石1468kg。
(2)根据钢种选择对应的加料模式,本例钢种为牌号2,对应加料模式2,然后根据加料模式2中各物料在各阶段中添加百分比计算冶炼个阶段各种物料的加入量:
Ø 点火2阶段 :石灰1531kg,镁球308kg,白云石1468kg;
Ø 过程1阶段 :石灰2296kg;
Ø 过程2阶段 :石灰765kg,镁球615kg;
Ø 过程3阶段 :石灰765kg,矿石947kg;
Ø 过程4阶段 :石灰2296kg,镁球103kg,矿石710kg;
Ø 过程6阶段 :矿石710kg;
(3)冶炼阶段监控模块监控冶炼并通过PLC控制物料称量和添加:
①在点火1阶段,将点火2阶段加入石灰1531kg,镁球308kg,白云石1468kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在点火1阶段,将点火2阶段加入石灰1531kg,镁球308kg,白云石1468kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料:石灰1531kg,镁球308kg,白云石1468kg。
②在点火2阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
③在点火4阶段,将过程1阶段加入石灰2296kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在点火4阶段,将过程1阶段加入石灰2296kg的数据送数据下装到PLC控制模块;
④在过程1阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中;
⑤在过程1阶段,将过程2阶段加入石灰765kg,镁球615kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程1阶段,将过程2阶段加入石灰 765kg,镁球615kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料:石灰765kg,镁球615kg。
⑥在过程2阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
⑦将过程3阶段加入石灰765kg,矿石947kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程2阶段,将过程3阶段加入石灰765kg,矿石947kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料:石灰765kg,矿石947kg。
⑧在过程3阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
⑨将过程4阶段加入石灰2296kg,镁球103kg,矿石710kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程3阶段,将过程4阶段加入石灰2296kg,镁球103kg,矿石710kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料:石灰2296kg,镁球103kg,矿石710kg。
⑩在过程4阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
11将过程6阶段加入矿石710kg的数据送数据下装PLC模块;下装PLC模块在过程5阶段,将过程6阶段加入矿石710kg的数据送数据下装到PLC控制模块;PLC控制模块控制高位料仓称量物料:矿石710kg。
12在过程6阶段,PLC控制模块控制汇总料斗将上一阶段称量好的物料加入到炉体中。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段,还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。