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一、前言
     改造前，漣鋼130m²燒結(jié)機(jī)配料系統(tǒng)有18臺(tái)電子配料皮帶秤（簡(jiǎn)稱設(shè)備）。由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)考慮，導(dǎo)致設(shè)備制造廠家多，型號(hào)規(guī)格五花八門，設(shè)備配套不統(tǒng)一，同時(shí)設(shè)備配料能力較低，備件來(lái)源也很困難，尤其隨著新上180m²燒結(jié)機(jī)的投產(chǎn)，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)工藝流程為共用進(jìn)出料雙系統(tǒng)，工藝控制難度大，生產(chǎn)能力成倍增長(zhǎng)，而系統(tǒng)的電子皮帶秤又是原130m²燒結(jié)機(jī)的配置，所以導(dǎo)致配料系統(tǒng)經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置與傳動(dòng)裝置等重要部件磨損快，消耗大，設(shè)備故障率高，配料控制精度較差，特別是使用的國(guó)產(chǎn)二次稱重儀表沒(méi)有總線方式的配置，功能不強(qiáng)，僅能采用4mA～20mA信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制，轉(zhuǎn)換誤差大，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的稱量準(zhǔn)確性。180m²燒結(jié)機(jī)是在原130m²燒結(jié)機(jī)配料能力基礎(chǔ)上增加了2臺(tái)中和粉倉(cāng)電子配料皮帶秤，是實(shí)現(xiàn)配料過(guò)程分配流量自動(dòng)控制及一混、二混加水自動(dòng)控制的關(guān)鍵設(shè)備。改造前存在的主要問(wèn)題：①分料室兩臺(tái)圓盤落料點(diǎn)與秤用輸送皮帶的落料點(diǎn)高度太大（>700mm），導(dǎo)致落料高度對(duì)秤直接產(chǎn)生較大的沖擊力，加上秤的有效稱量段太小（<500mm），落料高度的沖擊力直接影響了物料計(jì)量準(zhǔn)確性，使高精度的電子皮帶秤在使用中成了一臺(tái)普通的物料輸送皮帶機(jī)，造成資源的浪費(fèi)；②兩臺(tái)分料用的電子配料皮帶秤輸送流量設(shè)計(jì)偏小，為滿足燒結(jié)生產(chǎn)只好強(qiáng)行提高秤用皮帶速度，而造成電氣控制頻繁跳閘，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行；③選用的兩臺(tái)稱量輸送皮帶機(jī)制造工藝粗糙，秤架結(jié)構(gòu)單薄，剛度與穩(wěn)定性較差，不適應(yīng)130m²和180m²兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)分料能力的擴(kuò)大生產(chǎn)（原設(shè)計(jì)能力分料輸送最大流量?jī)H為550t／h，而目前實(shí)際分料輸送需求能力分別為750t／h和900t／h）。由于改造前設(shè)備設(shè)計(jì)能力差異較大，造成輸送能力不能滿負(fù)荷滿足燒結(jié)生產(chǎn)需求。
     針對(duì)130（180）m²燒結(jié)機(jī)配料系統(tǒng)存在的以上問(wèn)題，結(jié)合燒結(jié)生產(chǎn)發(fā)展需求和工藝特點(diǎn)，通過(guò)技術(shù)方案的比較和裝備改造及產(chǎn)品選型的反復(fù)論證，我們于2005年2月開始對(duì)該項(xiàng)目采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的秤體結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)配備與國(guó)外新型具有總線制功能的稱重顯示儀表相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一系列低成本自動(dòng)化改造措施，做到了投資省、見(jiàn)效快、實(shí)用性強(qiáng)。

二、改造措施與實(shí)踐
    1. 將180m²燒結(jié)機(jī)分料室原有的兩臺(tái)電子配料皮帶秤秤體結(jié)構(gòu)由原頭、尾輪中心距3500mm改為3700mm，有效稱量段距離不小于1000mm。考慮實(shí)際需求的最大流量，同時(shí)將原有的兩套秤用變頻調(diào)速電機(jī)減速機(jī)功率由4kW改為5.5kW和7.5kW，并與現(xiàn)有的變頻器功率（分別為7.5kVA和1lkVA）相匹配，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速控制的最佳效果。
    2. 根據(jù)兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)分料能力的增大，改造設(shè)計(jì)中在刻意增強(qiáng)180m²燒結(jié)機(jī)分料室兩臺(tái)新秤的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和機(jī)械性能的同時(shí)，加大了秤用皮帶的寬度，由原800mm改為1200mm，厚度10mm，確保秤用皮帶物料輸送不撒料，以提高其配料精度和使用壽命。
    3. 為保證秤體設(shè)備安裝高度和圓盤給料落料位置正確，經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，在確定電子配料皮帶秤輸送最大流量和同一料倉(cāng)放料能力比例匹配的同時(shí)，對(duì)130m²燒結(jié)機(jī)生石灰倉(cāng)、精粉倉(cāng)下料斗和180m²燒結(jié)機(jī)分料室的兩個(gè)中和粉倉(cāng)圓盤給料槽口位置及設(shè)備的安裝部位進(jìn)行工藝改造，達(dá)到了提高其計(jì)量準(zhǔn)確、配料控制精度好、防止物料懸空和保證物料均勻穩(wěn)定的目的。
    4. 所有的電子配料皮帶秤改造設(shè)計(jì)為整機(jī)式結(jié)構(gòu)，取消了原有的蝸輪蝸桿二級(jí)傳動(dòng)裝置，統(tǒng)一采用先進(jìn)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的單級(jí)直聯(lián)軸裝式驅(qū)動(dòng)裝置。并盡量利用原有秤體安裝基礎(chǔ)（或安裝支架）和料倉(cāng)空間位置進(jìn)行新秤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但節(jié)省了大筆工藝設(shè)備改造費(fèi)用，而且加快了這些設(shè)備改造安裝的施工進(jìn)度。
    5. 根據(jù)漣鋼ERP項(xiàng)目配料數(shù)據(jù)上網(wǎng)需求，這次改造選用了國(guó)外先進(jìn)的帶MOD-BUS PLUS總線制的MW696型稱重智能顯示儀表。通過(guò)對(duì)原程序的改進(jìn)和修改，直接通過(guò)數(shù)字通訊與PLC交換數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)通訊和采集，不但消除了由原模擬量數(shù)據(jù)通道轉(zhuǎn)換帶來(lái)的誤差，而且提高了配料控制精度，實(shí)現(xiàn)了配料數(shù)據(jù)上網(wǎng)管理功能。
    6. 控制部分采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式采集稱量數(shù)據(jù)與稱重設(shè)定，克服了傳統(tǒng)4mA～20mA信號(hào)傳輸距離短、抗干擾能力差、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差大、施工不方便、必須采用成本高的模擬量采集模塊等缺點(diǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式，比較充分地利用了二次儀表的智能化功能，除采集與遠(yuǎn)程設(shè)定外，還可以由工作站完成一系列指令，即根據(jù)儀表反饋的稱量完成信號(hào)確定料批重量，根據(jù)儀表反饋的錯(cuò)誤碼實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觸發(fā)、上位PID計(jì)算及故障報(bào)警，可輕松完成清零去皮強(qiáng)制累積等功能。控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上做到了信號(hào)的冗余采集，即來(lái)自稱重傳感器的信號(hào)一路由4mA～20mA通用模擬顯模塊采集，做為總線采集的冗余，一路通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線采集。這樣，即使秤儀表上模擬量通道損壞，或者總線接口脫落與損壞，系統(tǒng)都能正常運(yùn)行。在變頻器頻率給定上也做了冗余設(shè)計(jì)，既可通過(guò)PLC中編寫的PID控制程序模塊輸出頻率給定值由HMI畫面進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定，又可由秤儀表內(nèi)帶的PID通過(guò)其輸出端子對(duì)變頻器頻率給定輸入端子傳送4mA～20mA信號(hào)。

 三、改造應(yīng)用效果
    1. 裝備性能  通過(guò)我們科學(xué)合理的技術(shù)改進(jìn)實(shí)踐，改造后的130（180）m²燒結(jié)機(jī)配料系統(tǒng)電子配料皮帶秤型號(hào)統(tǒng)一、規(guī)格明晰、結(jié)構(gòu)緊湊、外觀新穎、性能優(yōu)越、安裝省時(shí)、維修簡(jiǎn)捷、操作方便。投運(yùn)使用一年來(lái)的實(shí)踐證明，系統(tǒng)稱量準(zhǔn)確，配料控制效果好，單機(jī)稱量準(zhǔn)確度由改造前的±2.0%提高到±0.5%，系統(tǒng)配料累計(jì)控制誤差由改造前的4.5%減少到1.0%以內(nèi)，改造后的130（180）m²燒結(jié)機(jī)配料系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)外同類裝備相比（如秤體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)控制、功能特點(diǎn)、維護(hù)操作、技術(shù)指標(biāo)、性能價(jià)格比等）達(dá)到了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。
    2. 自動(dòng)控制水平  該系統(tǒng)采用低成本自動(dòng)化改造，在改造設(shè)計(jì)中大膽選用國(guó)外進(jìn)口的先進(jìn)智能型稱重控制儀表，淘汰了比較落后的老式國(guó)產(chǎn)二次儀表，原自動(dòng)控制配置改用MODBUS PLUS總線制方式與現(xiàn)有的QUENTUM PLC進(jìn)行直接數(shù)據(jù)交換，完成數(shù)據(jù)采集與PLC指令下達(dá)，系統(tǒng)硬件先進(jìn)合理。應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特。數(shù)據(jù)采集模型與控制功能模塊化優(yōu)化組合，系統(tǒng)邏輯控制、順序控制、聯(lián)鎖控制、單機(jī)回路控制和系統(tǒng)主程序控制聯(lián)網(wǎng)，并連鎖了配料系統(tǒng)設(shè)備與人身安全措施，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了節(jié)能環(huán)保程序模塊，人機(jī)界面，信息共享，其自動(dòng)控制技術(shù)的全面性和先進(jìn)性達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。該系統(tǒng)采用的星形以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)絡(luò)TCP／IP五層模型，聯(lián)結(jié)三個(gè)工作站，既可對(duì)130（180）m²燒結(jié)機(jī)配料工藝流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控，又可實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面和在線設(shè)定、在線參數(shù)整定，進(jìn)一步完善了燒結(jié)配料生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一調(diào)度指揮和崗位規(guī)范操作的先進(jìn)生產(chǎn)管理模式。
    3. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)根據(jù)改造前后漣鋼燒結(jié)廠三燒車間有關(guān)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料和數(shù)據(jù)分析情況比較：
    （1）按配料準(zhǔn)確度每提高1.0%對(duì)燒結(jié)礦成品率貢獻(xiàn)0.5%，改造后的2005年生產(chǎn)入爐燒結(jié)礦349.34萬(wàn)噸，配料準(zhǔn)確度比改造前的2004年提高了3.0%，則燒結(jié)礦產(chǎn)量提高了5.24萬(wàn)噸；（2）燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率2005年為92.01%，比公司目標(biāo)計(jì)劃提高了2.01%，比改造前的2004年提高了2.27%；（3）燒結(jié)礦平均轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度由改造前的75%提高到改造后的76.13%，同時(shí)篩分指數(shù)比原來(lái)有較大改善，-5mm粒度級(jí)含量也明顯降低；（4）燒結(jié)礦合格率2005年為93.85%，比公司目標(biāo)計(jì)劃提高1.85%，比改造前的2004年提高2.29%。
    所以，該系統(tǒng)改造后的2005年燒結(jié)生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也完全達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類先進(jìn)水平，實(shí)踐證明，改造是成功的。

 四、系統(tǒng)原理與控制方式

    根據(jù)圖1所示，改造后130（180）m²燒結(jié)機(jī)各種原料（如熔劑、中和粉、焦粉、返礦等）通過(guò)圓盤給料機(jī)和料倉(cāng)給料器與集料皮帶機(jī)之間安裝調(diào)試好的的電子配料皮帶秤稱量檢測(cè)后，可定時(shí)取得各原料流量反饋值的電壓信號(hào)，由稱重傳感器信號(hào)輸送至稱重控制儀表，經(jīng)PI運(yùn)算后再輸出4mA～20mA控制信號(hào)，或經(jīng)MB+現(xiàn)場(chǎng)總線送至PLC有關(guān)模塊進(jìn)行處理，與上位機(jī)設(shè)定值進(jìn)行比較，由PLC完成PI運(yùn)算，設(shè)定相關(guān)變頻器的輸出頻率；兩種PI運(yùn)算經(jīng)控制柜上的硬接線轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行選擇（也可通過(guò)上位機(jī)HMI畫面上的軟轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇PLC—PI運(yùn)算輸出或儀表PI運(yùn)算輸出）。配料皮帶秤中測(cè)速編碼器（傳感器）是用來(lái)測(cè)量皮帶運(yùn)輸原料速度的，通過(guò)被動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)距離轉(zhuǎn)換成皮帶上原料運(yùn)行速度的脈沖信號(hào)送到稱重控制儀表，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制流量大小的要求。系統(tǒng)工作方式有三種：一種是手動(dòng)給料，即通過(guò)外部電位器給變頻器一個(gè)模擬電壓，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度；第二種是自動(dòng)給料，即通過(guò)稱重控制儀表鍵盤，任意給定所需給料量并通過(guò)給料量大小變化自動(dòng)調(diào)整變頻器頻率（電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度）；第三種是上位機(jī)遠(yuǎn)程給定，由PLC通過(guò)模擬量模塊采集二次儀表輸出的4mA～20mA信號(hào)，或者經(jīng)MB+現(xiàn)場(chǎng)總線方式完成PLC數(shù)據(jù)采集，這時(shí)給料設(shè)定就可由上位機(jī)HMI畫面來(lái)完成。三個(gè)工作站與PLC通過(guò)以太網(wǎng)相連并接人公司局域網(wǎng)，可靠完成配科數(shù)據(jù)采集、通訊及信息共享，并且具有與漣鋼ERP數(shù)據(jù)上網(wǎng)的生產(chǎn)管理功能。

五、改造設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)
    1. 通過(guò)對(duì)130（180）m²燒結(jié)機(jī)配料（分料）電子皮帶秤在結(jié)構(gòu)上的改造設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2），提高了秤