二通机器配料系统在铁合金行业的应用

二通机器配料系统在铁合金行业的应用

前  言

    甘肃二通机械制造有限公司是原国家机械工业部在西北地区生产矿山起重运输机械设备的定点企业，也是隶属兰州市机械电子工业局的骨干企业，始建于1966年，2003年成功改制为民营股份制企业。创新与超越作为企业发展的生命线！不断的向上进取是二通人前进的动力！近年来先后参与了百万吨盐湖钾肥项目输送系统建设与改造，中信集团青海东西台钾镁肥项目输送系统建设与改造，国内第一套五十万吨集中洗盐项目设计制造安装。与西北铁合金合作，设计、制造、安装了4×25000KVA节能环保型电炉机器配料系统，项目完成于2010年3月，已安全运行两年多。

一、二通公司研究的背景及其意义

电子衡器设备已经广泛应用于工业生产和社会生活的各个领域，随着科学技术的不断发展，电子衡器也随之不断进行技术改进。在很多生产工艺过程中，人们除了要求衡器能准确地进行称量以外，还要求称重过程能大幅度提高生产效率。在冶金、煤炭、化工、水泥等行业中，由于生产工艺的需要，要求在某些时候可以实现各种物料的不同比例搭配，配比的准确与否严重影响着产品的质量。为了使得配料精度能够满足相应的工艺要求，还需要对输送过程中的流量进行调节和控制以实现准确的配比。配料质量控制的优劣直接关系着企业生产能否顺利进行，如果配制的配比不能满足要求，轻则造成原料、能源、时间的浪费；重则影响产品的质量和生产效率，并且在某些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产过程酿成事故，造成无法计量的损失。因此，配料精度的高低和配料速度的快慢制约着整个生产的产品质量和产量，因此应对配料过程的质量和产量控制给予足够重视。近年来，随着计算机技术的飞速发展，对原有配料系统进行技术方面改进已经成为必然的趋势，提出了通过数据采集、自动控制、远程监视、报警、运行管理、变频调速等多方面的技术改进方法。在生产任务繁重的时候，要求系统能够加快生产速度，集中控制电机的启动、浏览生产工业流程图、事故报警响应、调节电机运行速度等功能，应用这种配料方式，不仅提高了生产效率，而且具有安全性高，精度高，配方可修改等特点。同时，这种配料过程不需要人工操作，减少了人为误差的产生；计算机还可以通过中央控制室对整个生产过程进行监控，对生产数据进行统计和分析，不仅有利于生产过程中各种信息的及时掌握，而且有利于进行产品成本计算和质量分析等现代化管理。实现所需功能的集中控制，这就要求系统可以实现远程控制功能，并且实时对现场设备进行监控。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在 PC 机上可开发出友好的人机界面，恰恰能满足这一要求。通过多方面的研究，结合现代先进的控制技术，可采用 PLC 控制技术、调速技术、组态软件监控技术，系统算法改进等来对配料控制系统进行设计，形成自动配料控制系统，应用自动配料控制系统不仅能够提高配料的精度，相较于以往的人工配料，节省了人力物力，大大提高了工人的生产效率；而且在一定程度上，减轻了工人的劳动强度，使各方面资源得到充分的利用。

二、配料系统的国内外发展现状

随着计算机技术、微电子技术、自动控制技术的迅猛发展，配料控制系统的发展也经历了从人工手动控制、机械电气控制、单片机控制、到工业控制计算机集中控制等几个阶段。

第一阶段：配料设备庞大，且各设备之间无法实现实时通讯，系统主要由现场操作人员进行控制，一个操作员只能操作监视一至两台配料皮带秤，所需数据也全由人工记录，容易出现误差，因此操作人员的熟练程度对产品的质量有很大的影响，这种方法准确性和可靠性都较差。

第二阶段：随着电子管、晶体管技术的不断发展，逐渐出现了各种小型化的微机配料电动组合仪表，但这种仪表也存在着许多问题。首先，电噪声问题比较严重，为了解决这一问题，不得不采用非常复杂的电子线路；其次，由于工作环境都比较恶劣，电子元件被严重干扰，且容易老化。因此该系统的可靠性不高，稳定性也较差。

第三阶段：随着科学技术的不断发展，大规模集成芯片技术日渐成熟，单片机配料控制系统也日渐成熟，这种配料系统相较于之前两种配料系统可靠性大大提高，而且在一定程度上能满足用户的要求，所以，现今许多大中型企业仍然采用这种配料控制系统。但由于工作环境的限制这种配料控制系统还是被淘汰。

第四阶段：随着计算机技术、组态技术的迅猛发展，由于工业控制计算机具有可靠性高、结构小巧、组成系统功能灵活、组态方便且具有小型化、模块化、组合化、标准化的特点，不断被人们应用在工业生产控制中。应用这种控制方法，计算机不仅要对各被控对象进行直接控制和相关数据

的采集工作，还要实时显示各被控设备的工作情况，控制工艺流程，存储

数据，打印报表，故障检测及报警等功能。

三、铁合金行业现状

我国铁合金行业生产企业数量多，但小企业占比例较大(50%以上)。我国铁合金行业形势严峻，由于产能增长过快，低水平重复建设状况严重，一些生产企业规模小、生产流程自动化程度极低，相当部分企业还处于人工配料上料阶段，环保投入严重不足，随着电价提升和劳动力成本上升以及对环保要求的提升等因素的影响有些企业自身的力量相当脆弱，行情不好，就马上停产减产，经受不起市场行情的变化，很多企业都挣扎在生死的边缘。

四、解决方案

1.    与发电企业联合，由发电企业直接供电，降低电力成本；

2.    引进先进技术的电炉与先进的机器配料系统、淘汰落后产能、产业升级；

3.    重视环保的投入，节能减排，发展循环经济；

4.    随着先进技术的引进，对企业的员工与管理提出了更高要求，必须要求企业加强人才的引进与管理的投入。

五、二通机器配料系统在西北铁两年来使用效果

    2009年7月西北铁合金厂（现名腾达西北铁合金有限责任公司）淘汰6300KVA电炉，升级新建4×25000KVA节能环保型电炉，甘肃二通机械制造有限公司在消化吸收德国曼内斯曼德马克冶金技术公司25000KVA硅铁电炉技术基础上，与西北铁合金合作，设计、制造、安装了机器配料系统，项目完成于2010年3月，已安全运行两年多。 机器配料系统是铁合金行业生产工艺过程中的一道非常重要的工序，配料系统工作原理：配料系统的设计是采用主从式结构，将多台单片微机连接成功能强大的系统，通过专业、精准的称重配料，使用户提高了产品质量，配料控制系统所具备的强大的生产数据统计功能，为用户生产的科学生产与管理提供了强有力的保证。

随着工厂企业规模的不断扩大和发展，自动配料控制系统经历了长足的发展。配料生产系统是一种将多种原料按照一定比例混合在一起，进行加工生产出某种产品的过程。其中，配料是生产中必不可少的关键环节，配料的精确与否对产品质量有着重要的影响。随着信息技术和自动控制技术的不断发展，新一代的配料控制系统必将朝着信息化和智能化的方向发展。

二通公司研究了一种以可编程控制器（PLC）和系统监控软件（TuringControl）相结合的自动配料控制系统，完成了一种具有性价高、可推广应用的自动配料控制系统。PLC 因为其功能强大、容易使用、可靠性高等特点，常常被用作现场数据的采集和设备的控制。组态软件作为用户可自行定制功能的软件平台工具，在 PC 机上可开发出友好人机界面，通过 PLC 可以对自动化设备进行智能控制。

（一）、系统的构成

本次4×25MVA硅铁电炉的配料上料系统由一个工作站、一套三菱Q系统和二套三菱FX系统及若干皮带输送机，给料机等设备系统组成，上位机和FX系列与Q系列之间的通讯采用分时通讯的方式， FX系列与Q系列之间通过硬接点来实现连锁和控制，每套FX系列系统均和Q系列系统构成一套完整的配料上料系统，共计2套系统，每套系统负责给2台25MVA硅铁电炉供料，且两套系统满足互为备用；三菱Q系列系统主要实现料仓的对位、皮带输送机的启停、故障报警、急停等功能，把物料通过皮带运输系统运送至炉顶料仓；FX系列系统和4台电子秤完成对4种物料的称重，并将物料均匀的卸到卸料电动电振机下方的皮带上。四台电子秤“一”字排开，在皮带系统运行的情况下，四台卸料电振机按照一定的延时时间后开始振动，使物料均匀地落到皮带上。所有的皮带输送机及配料的卸料电动电振机之间均实现软件互锁，以防堵料；所有皮带输送机的运行情况，料仓的对位情况，称重的数据及报警等均在上位机显示器显示。

（二）、系统的工作原理

系准备就绪后，从上位机键入4台电炉各种物料的配比，通过数据线将料批的配比传至FX系列，在要料信号的控制下系统自动识别炉号及配比，另一方面Q系列进行料仓对位并启动皮带输送机，系统开始配料，4台电动电振机同时振动，将各种物料加入各自的称重料仓，称重过程的工艺流程图如图1-1所示

电动配料机的变频器选用丹佛斯FC型，使用前应对其有关参数进行设置，如功率、电压等，对其有关控制端子进行定义，本次系统中定义27#端子为快振端子，29#端子为慢振端子，18#端子为启动信号端子，其部分控制端子如图1-2所示。快、慢振的频率根据物料粒度和流进的大小在变频器上手动给定，快、慢振频率的临界点通过上位机在FX系列的程序中给定，一般大粒度的物料在配料至总重量的90%左右进入慢振，小粒度的物料在配料至总重量的95%左右进入慢振。慢震时减少了对秤体平台的震动，有利于物料的准确计量；电动卸料机变频器选用ED3100，使用前对其有关参数进行设置，由PLC提供启动信号就可以了，运行频率由面板给定，可随时根据物料的多少调整卸料速度，保证料批的均匀

刚开始配料时，由于所需的物料较多，PLC控制变频器运行在较高的频率，配料电振机往秤体快速给料，当重量大于或等于快慢振的临界点时，PLC控制变频器运行在较低的频率，配料电振机缓慢给料，达到配比所给的值时，PLC关闭电振机，当四台电振机均停振后，系统配料工作结束。在皮带运料系统启动的条件下，延迟几秒钟后，四台电振卸料机依次开始把物料均匀的卸到下方运行的皮带上。当所有的物料卸完毕后，卸料电振机停振，同时向Q系列发出卸料完毕信号，所有的皮带输送机从卸料机下方的皮带开始，经过一定的延时，依次停止，同时，如果有要料信号，系统又开始配料，完成一次配料过程。程序中的控制流程如图1-3所示：

（三）、使用效果

二通机器配料系统自运行以来性能一直较为稳定，效果比较理想，下表为1#炉连续10批料的配料记录，配比为1000：395：260：190      

从上表可以看出，硅石的最大误差为0.7℅，焦炭1为0.25%，焦炭2为

0.38%，铁料为0.52%，达到了比较高的精度，根据二年多的实际使用证明每

炉料仓配料误差不大于2kg,解决了人工手动配料存在的精度低、随意性大的

缺点，同时在物料粒度变化较大时，可以方便的通过改变PLC系统的设定值保证料批的准确性、均匀性、一致性，满足了冶炼生产的工艺要求。

（四）、二通机器配料系统主要优势：

1） 灵活的配料形式     2） 方便的远程监控

3） 简单的现场操作     4） 成熟的行

5）符合环保要求

（五）、二通机器配料系统设计原则

简单------操作简单

经济------从用户角度考虑尽量减少不必要的花费

实用------根据铁合金行业现状设计，选用选择已经过实践检验实用的设计选型

可靠------选用技术与产品不一定是最先进的，但已在同行业实践证明可靠的设计