自動化在冶金工業(yè)的運用

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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,原料場生成、焦化生成、燒結(jié)生產(chǎn)、球團生產(chǎn)、石灰生產(chǎn)等生成過程的自動化技術(shù)應(yīng)用是關(guān)鍵。各個生成過程中的自動化技術(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冶金工業(yè)的自動化技術(shù)發(fā)展。

1原料場生產(chǎn)自動化技術(shù)

現(xiàn)代冶金工業(yè)原料場的生產(chǎn)自動化主要有具有基礎(chǔ)自動化和過程自動化并上聯(lián)制造執(zhí)行級的三級自動化系統(tǒng)、基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)兩種。在基礎(chǔ)自動化中有含有過程量的檢測與控制,電器轉(zhuǎn)動控制等內(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、稱量裝置等。電控設(shè)備中也有相應(yīng)的儀表,但主要是對膠帶機進行檢測和對卸料機的定位控制等。過程自動化計算機的應(yīng)用則貫穿于整個冶金工業(yè)的生產(chǎn)過程,在原料場生產(chǎn)過程中的計算機軟件EasyFlo主要包含進程管理器、數(shù)據(jù)庫管理器、設(shè)備管理器、輸入管理器、與主PLC的通信驅(qū)動程序、位置管理器、操作管理器、報表管理器、混勻子系統(tǒng)等,其主要功能是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制。目前在原料場的生成過程中還在EasyFlo的基礎(chǔ)上運用了數(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)模糊推理方法進行分類、自動編制堆積計劃,同時根據(jù)配槽品種而進行自動化的操作指示;堆積開始后,通過實時采集程序而給出新的槽切速度,達到總體控制目的。其次是編制工料計劃的混合式模型處理,在該模型中,先將礦石的可利用時間區(qū)域和目標進行界定,再將“滿裝可用的時間區(qū)域”變?yōu)椤罢詽M足輸送時間”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現(xiàn)基礎(chǔ)邏輯控制。

2焦化生產(chǎn)自動化技術(shù)

在焦化生產(chǎn)自動化過程中,多用L2級小型計算機為過程計算機實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動化控制,但也采用多臺控機為過程計算機的方式。其中可分為生產(chǎn)基礎(chǔ)自動化和生產(chǎn)過程自動化。首先,生產(chǎn)基礎(chǔ)自動化是對備煤配煤、干餾、焦炭處理等生產(chǎn)過程進行檢測和控制,這些生產(chǎn)過程一般以常規(guī)檢測儀器和傳感器即可完成。其次是生產(chǎn)過程自動化,計算機主要是實現(xiàn)計劃輸入、料倉控制、系統(tǒng)運轉(zhuǎn)控制等功能,而數(shù)字模型及人工智能則對加熱、配煤優(yōu)化、配煤過程、干熄焦(CDQ)最優(yōu)等進行控制。

3燒結(jié)生產(chǎn)自動化技術(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)自動化包括基礎(chǔ)自動化和過程自動化兩個內(nèi)容。在基礎(chǔ)自動化過程中,主要是對儀表的檢測和控制,對電氣轉(zhuǎn)動的控制和人機接口的控制。如在儀表檢測和控制中主要是溶劑和燃料及成品礦倉的檢測和控制,對配料的檢測和控制,對抽風(fēng)機、電除塵器的檢測和控制等內(nèi)容。在燒結(jié)生產(chǎn)過程的自動化過程中,計算機要對配料槽槽位進行掌控,對配料混合和返礦料粒槽位進行控制,對混合料水分、燒結(jié)臺車料層厚度等進行控制。數(shù)字模型及人工智能則實現(xiàn)配料模型和質(zhì)量預(yù)測、燒結(jié)礦優(yōu)化配料、燒結(jié)OGS操作制導(dǎo)、燒結(jié)機機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)性能指標預(yù)測神經(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球團生產(chǎn)自動化技術(shù)

在球團生成中一般按三個步驟進行:首先是進行原料(如細磨精礦粉、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礦。球團生產(chǎn)的基礎(chǔ)自動化涵有儀表檢測和控制,電力傳動控制和監(jiān)測控制三個內(nèi)容。最為復(fù)雜的莫過于儀表檢測和控制系統(tǒng),其中對帶式焙燒機的球團自動化系統(tǒng),鏈算機——回轉(zhuǎn)窯的球團廠自動化系統(tǒng)、帶有豎爐的球團廠自動化系統(tǒng)的檢測和控制。在電力傳動控制和監(jiān)測控制中因電動機的形式和型號的多樣化而造成了啟動和控制方式的不同,對大功率的主抽風(fēng)機同步電機一般采用自耦變壓器降壓啟動或采用全數(shù)字變頻啟動。交流低壓電動機一般有電動機控制中心進行監(jiān)測和控制,控制柜多采用單元組合方式進行。250kW以上的感應(yīng)電動機則采用電抗為器自耦變壓器等降壓。在生產(chǎn)過程自動化中,計算機要進行作業(yè)計劃輸入、配料槽粒為掌控、高級控制和設(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)自動化技術(shù)

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

首先就石灰豎窯自動化控制而言,在當(dāng)前的石灰窯控制系統(tǒng)中,多采用PLC進行控制,一般不會設(shè)上位機或工作站進行檢測和監(jiān)控。計算機自動化系統(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)檢測等系統(tǒng)控制。其次是石灰回轉(zhuǎn)窯自動化。在石灰回窯自動化中,主要是完成檢測和控制、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)熱機供料系統(tǒng)、大布袋除塵系統(tǒng)、預(yù)熱機下輸送系統(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,上述的幾個自動化技術(shù)只是框架式的系統(tǒng),其中還包括多個子系統(tǒng),對各個系統(tǒng)及子系統(tǒng)的自動化研究是冶金工業(yè)發(fā)展中不可或缺的部分,這還需結(jié)合生產(chǎn)實踐和自動化技術(shù)發(fā)展而進行。