自動(dòng)化在冶金工業(yè)的運(yùn)用

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本文作者：張俊杰 單位：河北通泰建設(shè)有限公司

在冶金生成過程中,原料場(chǎng)生成、焦化生成、燒結(jié)生產(chǎn)、球團(tuán)生產(chǎn)、石灰生產(chǎn)等生成過程的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用是關(guān)鍵。各個(gè)生成過程中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用又各不相同,其涉及的內(nèi)容和技術(shù)應(yīng)用將直接影響著整個(gè)冶金工業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展。

1原料場(chǎng)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)

現(xiàn)代冶金工業(yè)原料場(chǎng)的生產(chǎn)自動(dòng)化主要有具有基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化并上聯(lián)制造執(zhí)行級(jí)的三級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)、基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)兩種。在基礎(chǔ)自動(dòng)化中有含有過程量的檢測(cè)與控制,電器轉(zhuǎn)動(dòng)控制等內(nèi)容。儀表和控制系統(tǒng)主要是原料輸送系統(tǒng)和配料系統(tǒng)中的料槽的料粒計(jì)、稱量裝置等。電控設(shè)備中也有相應(yīng)的儀表,但主要是對(duì)膠帶機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)卸料機(jī)的定位控制等。過程自動(dòng)化計(jì)算機(jī)的應(yīng)用則貫穿于整個(gè)冶金工業(yè)的生產(chǎn)過程,在原料場(chǎng)生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)軟件EasyFlo主要包含進(jìn)程管理器、數(shù)據(jù)庫(kù)管理器、設(shè)備管理器、輸入管理器、與主PLC的通信驅(qū)動(dòng)程序、位置管理器、操作管理器、報(bào)表管理器、混勻子系統(tǒng)等,其主要功能是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。目前在原料場(chǎng)的生成過程中還在EasyFlo的基礎(chǔ)上運(yùn)用了數(shù)字模型和人工智能系統(tǒng)。首先是混勻堆積智能模型的應(yīng)用,該模型早為寶鋼集團(tuán)所開發(fā),在混勻堆積智能模型中原料堆積經(jīng)模糊推理方法進(jìn)行分類、自動(dòng)編制堆積計(jì)劃,同時(shí)根據(jù)配槽品種而進(jìn)行自動(dòng)化的操作指示;堆積開始后,通過實(shí)時(shí)采集程序而給出新的槽切速度,達(dá)到總體控制目的。其次是編制工料計(jì)劃的混合式模型處理,在該模型中,先將礦石的可利用時(shí)間區(qū)域和目標(biāo)進(jìn)行界定,再將“滿裝可用的時(shí)間區(qū)域”變?yōu)椤罢詽M足輸送時(shí)間”輸送原料量;在確定了輸送路線的基礎(chǔ)上,利用∑Xi-Aopi來確定模型。在整理模糊控制系統(tǒng)中,主要是按電流值和電力值來實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)邏輯控制。

2焦化生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)

在焦化生產(chǎn)自動(dòng)化過程中,多用L2級(jí)小型計(jì)算機(jī)為過程計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制,但也采用多臺(tái)控機(jī)為過程計(jì)算機(jī)的方式。其中可分為生產(chǎn)基礎(chǔ)自動(dòng)化和生產(chǎn)過程自動(dòng)化。首先,生產(chǎn)基礎(chǔ)自動(dòng)化是對(duì)備煤配煤、干餾、焦炭處理等生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測(cè)和控制,這些生產(chǎn)過程一般以常規(guī)檢測(cè)儀器和傳感器即可完成。其次是生產(chǎn)過程自動(dòng)化,計(jì)算機(jī)主要是實(shí)現(xiàn)計(jì)劃輸入、料倉(cāng)控制、系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制等功能,而數(shù)字模型及人工智能則對(duì)加熱、配煤優(yōu)化、配煤過程、干熄焦(CDQ)最優(yōu)等進(jìn)行控制。

3燒結(jié)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)

燒結(jié)的目的是為了讓燒結(jié)過程中為融化的燒結(jié)顆粒粘結(jié)為多空質(zhì)塊礦。燒結(jié)生產(chǎn)自動(dòng)化包括基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化兩個(gè)內(nèi)容。在基礎(chǔ)自動(dòng)化過程中,主要是對(duì)儀表的檢測(cè)和控制,對(duì)電氣轉(zhuǎn)動(dòng)的控制和人機(jī)接口的控制。如在儀表檢測(cè)和控制中主要是溶劑和燃料及成品礦倉(cāng)的檢測(cè)和控制,對(duì)配料的檢測(cè)和控制,對(duì)抽風(fēng)機(jī)、電除塵器的檢測(cè)和控制等內(nèi)容。在燒結(jié)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化過程中,計(jì)算機(jī)要對(duì)配料槽槽位進(jìn)行掌控,對(duì)配料混合和返礦料粒槽位進(jìn)行控制,對(duì)混合料水分、燒結(jié)臺(tái)車料層厚度等進(jìn)行控制。數(shù)字模型及人工智能則實(shí)現(xiàn)配料模型和質(zhì)量預(yù)測(cè)、燒結(jié)礦優(yōu)化配料、燒結(jié)OGS操作制導(dǎo)、燒結(jié)機(jī)機(jī)速過程控制等模型的系統(tǒng)控制。當(dāng)然,人工智能的應(yīng)用還涵蓋了燒結(jié)性能指標(biāo)預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和生產(chǎn)專家指導(dǎo)等系統(tǒng)的模型控制等。

4球團(tuán)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)

在球團(tuán)生成中一般按三個(gè)步驟進(jìn)行:首先是進(jìn)行原料(如細(xì)磨精礦粉、溶劑、燃料和粘合劑等)的配料與混合。其次是在造球機(jī)上加入適量的水而滾成10～15mm的礦石生球,最后將生球在高溫焙燒激上高溫焙燒,然后再冷卻、破碎,最終篩分而成為成品球團(tuán)礦。球團(tuán)生產(chǎn)的基礎(chǔ)自動(dòng)化涵有儀表檢測(cè)和控制,電力傳動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)控制三個(gè)內(nèi)容。最為復(fù)雜的莫過于儀表檢測(cè)和控制系統(tǒng),其中對(duì)帶式焙燒機(jī)的球團(tuán)自動(dòng)化系統(tǒng),鏈算機(jī)——回轉(zhuǎn)窯的球團(tuán)廠自動(dòng)化系統(tǒng)、帶有豎爐的球團(tuán)廠自動(dòng)化系統(tǒng)的檢測(cè)和控制。在電力傳動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)控制中因電動(dòng)機(jī)的形式和型號(hào)的多樣化而造成了啟動(dòng)和控制方式的不同,對(duì)大功率的主抽風(fēng)機(jī)同步電機(jī)一般采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)或采用全數(shù)字變頻啟動(dòng)。交流低壓電動(dòng)機(jī)一般有電動(dòng)機(jī)控制中心進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制,控制柜多采用單元組合方式進(jìn)行。250kW以上的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)則采用電抗為器自耦變壓器等降壓。在生產(chǎn)過程自動(dòng)化中,計(jì)算機(jī)要進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃輸入、配料槽粒為掌控、高級(jí)控制和設(shè)定控制等功能,其中也包含了數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)通訊等功能的控制。而數(shù)字模型和人工智能則主要有豎爐焙燒過程焙燒溫度數(shù)學(xué)模型;造球過程模糊-PID復(fù)合控制。

5石灰生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)

相對(duì)于冶金工業(yè)中的其他生產(chǎn)過程而言,石灰生產(chǎn)在價(jià)格和控制精度上的要求都相對(duì)降低,因此其自動(dòng)化控制程度一般也較低。在冶金工業(yè)的石灰生產(chǎn)自動(dòng)化控制中主要為模擬式儀表和硬線邏輯電控設(shè)備組成的自動(dòng)化控制;IPC工控機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng);使用PLC和IPC-610工控機(jī)組成自動(dòng)化系統(tǒng)但只是基礎(chǔ)自動(dòng)化。

首先就石灰豎窯自動(dòng)化控制而言,在當(dāng)前的石灰窯控制系統(tǒng)中,多采用PLC進(jìn)行控制,一般不會(huì)設(shè)上位機(jī)或工作站進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)主要有配料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)、鼓風(fēng)量控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),豎窯人加工參數(shù)檢測(cè)等系統(tǒng)控制。其次是石灰回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)化。在石灰回窯自動(dòng)化中,主要是完成檢測(cè)和控制、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)通信等功能。自動(dòng)化系統(tǒng)可分為電器邏輯控制系統(tǒng)和儀表調(diào)節(jié)回路。具體可包括預(yù)熱機(jī)供料系統(tǒng)、大布袋除塵系統(tǒng)、預(yù)熱機(jī)下輸送系統(tǒng)、小布袋除塵系統(tǒng)、成品搬出系統(tǒng)、煤氣流量調(diào)節(jié)回路、空氣調(diào)節(jié)回路等。

鋼鐵需求的快速增加為冶金工業(yè)的發(fā)展提供了調(diào)節(jié),自動(dòng)化技術(shù)在冶金工業(yè)中的發(fā)展和應(yīng)用為冶金工業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。在冶金工業(yè)中,上述的幾個(gè)自動(dòng)化技術(shù)只是框架式的系統(tǒng),其中還包括多個(gè)子系統(tǒng),對(duì)各個(gè)系統(tǒng)及子系統(tǒng)的自動(dòng)化研究是冶金工業(yè)發(fā)展中不可或缺的部分,這還需結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展而進(jìn)行。