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二通機(jī)器配料系統(tǒng)在鐵合金行業(yè)的應(yīng)用
前 言
甘肅二通機(jī)械制造有限公司是原國(guó)家機(jī)械工業(yè)部在西北地區(qū)生產(chǎn)礦山起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備的定點(diǎn)企業(yè),也是隸屬蘭州市機(jī)械電子工業(yè)局的骨干企業(yè),始建于1966年,2003年成功改制為民營(yíng)股份制企業(yè)。創(chuàng)新與超越作為企業(yè)發(fā)展的生命線!不斷的向上進(jìn)取是二通人前進(jìn)的動(dòng)力!近年來(lái)先后參與了百萬(wàn)噸鹽湖鉀肥項(xiàng)目輸送系統(tǒng)建設(shè)與改造,中信集團(tuán)青海東西臺(tái)鉀鎂肥項(xiàng)目輸送系統(tǒng)建設(shè)與改造,國(guó)內(nèi)第一套五十萬(wàn)噸集中洗鹽項(xiàng)目設(shè)計(jì)制造安裝。與西北鐵合金合作,設(shè)計(jì)、制造、安裝了4×25000KVA節(jié)能環(huán)保型電爐機(jī)器配料系統(tǒng),項(xiàng)目完成于2010年3月,已安全運(yùn)行兩年多。
一、二通公司研究的背景及其意義
電子衡器設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,電子衡器也隨之不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。在很多生產(chǎn)工藝過(guò)程中,人們除了要求衡器能準(zhǔn)確地進(jìn)行稱量以外,還要求稱重過(guò)程能大幅度提高生產(chǎn)效率。在冶金、煤炭、化工、水泥等行業(yè)中,由于生產(chǎn)工藝的需要,要求在某些時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)各種物料的不同比例搭配,配比的準(zhǔn)確與否嚴(yán)重影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。為了使得配料精度能夠滿足相應(yīng)的工藝要求,還需要對(duì)輸送過(guò)程中的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的配比。配料質(zhì)量控制的優(yōu)劣直接關(guān)系著企業(yè)生產(chǎn)能否順利進(jìn)行,如果配制的配比不能滿足要求,輕則造成原料、能源、時(shí)間的浪費(fèi);重則影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,并且在某些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至?xí)o整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程釀成事故,造成無(wú)法計(jì)量的損失。因此,配料精度的高低和配料速度的快慢制約著整個(gè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,因此應(yīng)對(duì)配料過(guò)程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制給予足夠重視。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)原有配料系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)方面改進(jìn)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì),提出了通過(guò)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)視、報(bào)警、運(yùn)行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進(jìn)方法。在生產(chǎn)任務(wù)繁重的時(shí)候,要求系統(tǒng)能夠加快生產(chǎn)速度,集中控制電機(jī)的啟動(dòng)、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、事故報(bào)警響應(yīng)、調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度等功能,應(yīng)用這種配料方式,不僅提高了生產(chǎn)效率,而且具有安全性高,精度高,配方可修改等特點(diǎn)。同時(shí),這種配料過(guò)程不需要人工操作,減少了人為誤差的產(chǎn)生;計(jì)算機(jī)還可以通過(guò)中央控制室對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,不僅有利于生產(chǎn)過(guò)程中各種信息的及時(shí)掌握,而且有利于進(jìn)行產(chǎn)品成本計(jì)算和質(zhì)量分析等現(xiàn)代化管理。實(shí)現(xiàn)所需功能的集中控制,這就要求系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能,并且實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺(tái)工具,在 PC 機(jī)上可開(kāi)發(fā)出友好的人機(jī)界面,恰恰能滿足這一要求。通過(guò)多方面的研究,結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的控制技術(shù),可采用 PLC 控制技術(shù)、調(diào)速技術(shù)、組態(tài)軟件監(jiān)控技術(shù),系統(tǒng)算法改進(jìn)等來(lái)對(duì)配料控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),形成自動(dòng)配料控制系統(tǒng),應(yīng)用自動(dòng)配料控制系統(tǒng)不僅能夠提高配料的精度,相較于以往的人工配料,節(jié)省了人力物力,大大提高了工人的生產(chǎn)效率;而且在一定程度上,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,使各方面資源得到充分的利用。
二、配料系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,配料控制系統(tǒng)的發(fā)展也經(jīng)歷了從人工手動(dòng)控制、機(jī)械電氣控制、單片機(jī)控制、到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中控制等幾個(gè)階段。
第一階段:配料設(shè)備龐大,且各設(shè)備之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊,系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行控制,一個(gè)操作員只能操作監(jiān)視一至兩臺(tái)配料皮帶秤,所需數(shù)據(jù)也全由人工記錄,容易出現(xiàn)誤差,因此操作人員的熟練程度對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響,這種方法準(zhǔn)確性和可靠性都較差。
第二階段:隨著電子管、晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展,逐漸出現(xiàn)了各種小型化的微機(jī)配料電動(dòng)組合儀表,但這種儀表也存在著許多問(wèn)題。首先,電噪聲問(wèn)題比較嚴(yán)重,為了解決這一問(wèn)題,不得不采用非常復(fù)雜的電子線路;其次,由于工作環(huán)境都比較惡劣,電子元件被嚴(yán)重干擾,且容易老化。因此該系統(tǒng)的可靠性不高,穩(wěn)定性也較差。
第三階段:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,大規(guī)模集成芯片技術(shù)日漸成熟,單片機(jī)配料控制系統(tǒng)也日漸成熟,這種配料系統(tǒng)相較于之前兩種配料系統(tǒng)可靠性大大提高,而且在一定程度上能滿足用戶的要求,所以,現(xiàn)今許多大中型企業(yè)仍然采用這種配料控制系統(tǒng)。但由于工作環(huán)境的限制這種配料控制系統(tǒng)還是被淘汰。
第四階段:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、組態(tài)技術(shù)的迅猛發(fā)展,由于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具有可靠性高、結(jié)構(gòu)小巧、組成系統(tǒng)功能靈活、組態(tài)方便且具有小型化、模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn),不斷被人們應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)控制中。應(yīng)用這種控制方法,計(jì)算機(jī)不僅要對(duì)各被控對(duì)象進(jìn)行直接控制和相關(guān)數(shù)據(jù)
的采集工作,還要實(shí)時(shí)顯示各被控設(shè)備的工作情況,控制工藝流程,存儲(chǔ)
數(shù)據(jù),打印報(bào)表,故障檢測(cè)及報(bào)警等功能。
三、鐵合金行業(yè)現(xiàn)狀
我國(guó)鐵合金行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多,但小企業(yè)占比例較大(50%以上)。我國(guó)鐵合金行業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻,由于產(chǎn)能增長(zhǎng)過(guò)快,低水平重復(fù)建設(shè)狀況嚴(yán)重,一些生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、生產(chǎn)流程自動(dòng)化程度極低,相當(dāng)部分企業(yè)還處于人工配料上料階段,環(huán)保投入嚴(yán)重不足,隨著電價(jià)提升和勞動(dòng)力成本上升以及對(duì)環(huán)保要求的提升等因素的影響有些企業(yè)自身的力量相當(dāng)脆弱,行情不好,就馬上停產(chǎn)減產(chǎn),經(jīng)受不起市場(chǎng)行情的變化,很多企業(yè)都掙扎在生死的邊緣。
四、解決方案
1. 與發(fā)電企業(yè)聯(lián)合,由發(fā)電企業(yè)直接供電,降低電力成本;
2. 引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的電爐與先進(jìn)的機(jī)器配料系統(tǒng)、淘汰落后產(chǎn)能、產(chǎn)業(yè)升級(jí);
3. 重視環(huán)保的投入,節(jié)能減排,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì);
4. 隨著先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn),對(duì)企業(yè)的員工與管理提出了更高要求,必須要求企業(yè)加強(qiáng)人才的引進(jìn)與管理的投入。
五、二通機(jī)器配料系統(tǒng)在西北鐵兩年來(lái)使用效果
2009年7月西北鐵合金廠(現(xiàn)名騰達(dá)西北鐵合金有限責(zé)任公司)淘汰6300KVA電爐,升級(jí)新建4×25000KVA節(jié)能環(huán)保型電爐,甘肅二通機(jī)械制造有限公司在消化吸收德國(guó)曼內(nèi)斯曼德馬克冶金技術(shù)公司25000KVA硅鐵電爐技術(shù)基礎(chǔ)上,與西北鐵合金合作,設(shè)計(jì)、制造、安裝了機(jī)器配料系統(tǒng),項(xiàng)目完成于2010年3月,已安全運(yùn)行兩年多。 機(jī)器配料系統(tǒng)是鐵合金行業(yè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中的一道非常重要的工序,配料系統(tǒng)工作原理:配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用主從式結(jié)構(gòu),將多臺(tái)單片微機(jī)連接成功能強(qiáng)大的系統(tǒng),通過(guò)專業(yè)、精準(zhǔn)的稱重配料,使用戶提高了產(chǎn)品質(zhì)量,配料控制系統(tǒng)所具備的強(qiáng)大的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能,為用戶生產(chǎn)的科學(xué)生產(chǎn)與管理提供了強(qiáng)有力的保證。
隨著工廠企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和發(fā)展,自動(dòng)配料控制系統(tǒng)經(jīng)歷了長(zhǎng)足的發(fā)展。配料生產(chǎn)系統(tǒng)是一種將多種原料按照一定比例混合在一起,進(jìn)行加工生產(chǎn)出某種產(chǎn)品的過(guò)程。其中,配料是生產(chǎn)中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié),配料的精確與否對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響。隨著信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,新一代的配料控制系統(tǒng)必將朝著信息化和智能化的方向發(fā)展。
二通公司研究了一種以可編程控制器(PLC)和系統(tǒng)監(jiān)控軟件(TuringControl)相結(jié)合的自動(dòng)配料控制系統(tǒng),完成了一種具有性價(jià)高、可推廣應(yīng)用的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)。PLC 因?yàn)槠涔δ軓?qiáng)大、容易使用、可靠性高等特點(diǎn),常常被用作現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。組態(tài)軟件作為用戶可自行定制功能的軟件平臺(tái)工具,在 PC 機(jī)上可開(kāi)發(fā)出友好人機(jī)界面,通過(guò) PLC 可以對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行智能控制。
(一)、系統(tǒng)的構(gòu)成
本次4×25MVA硅鐵電爐的配料上料系統(tǒng)由一個(gè)工作站、一套三菱Q系統(tǒng)和二套三菱FX系統(tǒng)及若干皮帶輸送機(jī),給料機(jī)等設(shè)備系統(tǒng)組成,上位機(jī)和FX系列與Q系列之間的通訊采用分時(shí)通訊的方式, FX系列與Q系列之間通過(guò)硬接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)連鎖和控制,每套FX系列系統(tǒng)均和Q系列系統(tǒng)構(gòu)成一套完整的配料上料系統(tǒng),共計(jì)2套系統(tǒng),每套系統(tǒng)負(fù)責(zé)給2臺(tái)25MVA硅鐵電爐供料,且兩套系統(tǒng)滿足互為備用;三菱Q系列系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)料倉(cāng)的對(duì)位、皮帶輸送機(jī)的啟停、故障報(bào)警、急停等功能,把物料通過(guò)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)送至爐頂料倉(cāng);FX系列系統(tǒng)和4臺(tái)電子秤完成對(duì)4種物料的稱重,并將物料均勻的卸到卸料電動(dòng)電振機(jī)下方的皮帶上。四臺(tái)電子秤“一”字排開(kāi),在皮帶系統(tǒng)運(yùn)行的情況下,四臺(tái)卸料電振機(jī)按照一定的延時(shí)時(shí)間后開(kāi)始振動(dòng),使物料均勻地落到皮帶上。所有的皮帶輸送機(jī)及配料的卸料電動(dòng)電振機(jī)之間均實(shí)現(xiàn)軟件互鎖,以防堵料;所有皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行情況,料倉(cāng)的對(duì)位情況,稱重的數(shù)據(jù)及報(bào)警等均在上位機(jī)顯示器顯示。
(二)、系統(tǒng)的工作原理
系準(zhǔn)備就緒后,從上位機(jī)鍵入4臺(tái)電爐各種物料的配比,通過(guò)數(shù)據(jù)線將料批的配比傳至FX系列,在要料信號(hào)的控制下系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別爐號(hào)及配比,另一方面Q系列進(jìn)行料倉(cāng)對(duì)位并啟動(dòng)皮帶輸送機(jī),系統(tǒng)開(kāi)始配料,4臺(tái)電動(dòng)電振機(jī)同時(shí)振動(dòng),將各種物料加入各自的稱重料倉(cāng),稱重過(guò)程的工藝流程圖如圖1-1所示
電動(dòng)配料機(jī)的變頻器選用丹佛斯FC型,使用前應(yīng)對(duì)其有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,如功率、電壓等,對(duì)其有關(guān)控制端子進(jìn)行定義,本次系統(tǒng)中定義27#端子為快振端子,29#端子為慢振端子,18#端子為啟動(dòng)信號(hào)端子,其部分控制端子如圖1-2所示。快、慢振的頻率根據(jù)物料粒度和流進(jìn)的大小在變頻器上手動(dòng)給定,快、慢振頻率的臨界點(diǎn)通過(guò)上位機(jī)在FX系列的程序中給定,一般大粒度的物料在配料至總重量的90%左右進(jìn)入慢振,小粒度的物料在配料至總重量的95%左右進(jìn)入慢振。慢震時(shí)減少了對(duì)秤體平臺(tái)的震動(dòng),有利于物料的準(zhǔn)確計(jì)量;電動(dòng)卸料機(jī)變頻器選用ED3100,使用前對(duì)其有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,由PLC提供啟動(dòng)信號(hào)就可以了,運(yùn)行頻率由面板給定,可隨時(shí)根據(jù)物料的多少調(diào)整卸料速度,保證料批的均勻
剛開(kāi)始配料時(shí),由于所需的物料較多,PLC控制變頻器運(yùn)行在較高的頻率,配料電振機(jī)往秤體快速給料,當(dāng)重量大于或等于快慢振的臨界點(diǎn)時(shí),PLC控制變頻器運(yùn)行在較低的頻率,配料電振機(jī)緩慢給料,達(dá)到配比所給的值時(shí),PLC關(guān)閉電振機(jī),當(dāng)四臺(tái)電振機(jī)均停振后,系統(tǒng)配料工作結(jié)束。在皮帶運(yùn)料系統(tǒng)啟動(dòng)的條件下,延遲幾秒鐘后,四臺(tái)電振卸料機(jī)依次開(kāi)始把物料均勻的卸到下方運(yùn)行的皮帶上。當(dāng)所有的物料卸完畢后,卸料電振機(jī)停振,同時(shí)向Q系列發(fā)出卸料完畢信號(hào),所有的皮帶輸送機(jī)從卸料機(jī)下方的皮帶開(kāi)始,經(jīng)過(guò)一定的延時(shí),依次停止,同時(shí),如果有要料信號(hào),系統(tǒng)又開(kāi)始配料,完成一次配料過(guò)程。程序中的控制流程如圖1-3所示:
(三)、使用效果
二通機(jī)器配料系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)性能一直較為穩(wěn)定,效果比較理想,下表為1#爐連續(xù)10批料的配料記錄,配比為1000:395:260:190
爐號(hào) | 硅石 | 焦炭1 | 焦炭2 | 鐵料 |
301# | 997 | 395 | 260 | 191 |
301# | 995 | 395 | 260 | 190 |
301# | 1005 | 394 | 260 | 190 |
301# | 999 | 395 | 261 | 189 |
301# | 993 | 395 | 260 | 190 |
301# | 1006 | 396 | 260 | 190 |
301# | 998 | 395 | 261 | 191 |
301# | 996 | 395 | 261 | 190 |
301# | 1001 | 395 | 260 | 191 |
從上表可以看出,硅石的最大誤差為0.7℅,焦炭1為0.25%,焦炭2為
0.38%,鐵料為0.52%,達(dá)到了比較高的精度,根據(jù)二年多的實(shí)際使用證明每
爐料倉(cāng)配料誤差不大于2kg,解決了人工手動(dòng)配料存在的精度低、隨意性大的
缺點(diǎn),同時(shí)在物料粒度變化較大時(shí),可以方便的通過(guò)改變PLC系統(tǒng)的設(shè)定值保證料批的準(zhǔn)確性、均勻性、一致性,滿足了冶煉生產(chǎn)的工藝要求。
(四)、二通機(jī)器配料系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì):
1) 靈活的配料形式 2) 方便的遠(yuǎn)程監(jiān)控
3) 簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)操作 4) 成熟的行
5)符合環(huán)保要求
(五)、二通機(jī)器配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
簡(jiǎn)單------操作簡(jiǎn)單
經(jīng)濟(jì)------從用戶角度考慮盡量減少不必要的花費(fèi)
實(shí)用------根據(jù)鐵合金行業(yè)現(xiàn)狀設(shè)計(jì),選用選擇已經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)實(shí)用的設(shè)計(jì)選型
可靠------選用技術(shù)與產(chǎn)品不一定是最先進(jìn)的,但已在同行業(yè)實(shí)踐證明可靠的設(shè)計(jì)