圆盘配料控制计算模型结合生产工艺、实际作业状况及现场经验，根据所需混匀料的要求，完成一系列复杂运算，最终计算出各圆盘的流量给定值，达到混匀配料的目的。采用直接在组态软件中加入计算模型函数，将工艺模型作为整个控制系统的一部分的方式实现模型的功能，更好地实现整个系统的控制功能，在通讯速度、操作的易用性等方面有明显优势。

1 引言

钢铁企业原料场自动控制系统承担全厂铁矿石、焦煤、动力煤等主附原料的输入、储备、破碎、匀矿以及向各生产厂供料，是钢铁企业主业的第一道生产工序。本系统方案应用于济钢第一炼铁厂原料场，该原料场主要任务是为济钢烧结厂3 台120m2烧结机提供矿石（综合料和单配料）和燃料（煤粉和焦粉）。其主体配料工艺系统分为受卸系统、一次料场输出系统、混匀预配料系统和供料系统。其中混匀预配料系统是提高原料质量的关键环节。

济钢第一炼铁厂原料场现有混匀预配料系统主要由混匀矿槽、定量圆盘配料装置、胶带输送系统、混匀堆料机及料场组成。其中圆盘配料控制系统是原料混匀控制的核心，配料的精确度直接影响烧结矿的品质及其稳定性。该原料场共有12 台圆盘给料机及皮带秤，圆盘给料机可变频调速控制出料流量。圆盘配料计算模型就是结合生产工艺、实际作业状况及现场经验，根据所需混匀料的要求，按生产部门制定的配料比例完成一系列复杂运算，最终计算出各圆盘的流量给定值，达到混匀配料的目的。

2 系统简介及控制要求

2.1 圆盘配料工艺

作为原料场原料混匀控制核心的圆盘配料控制系统，控制的主要设备就是12 个对应不同原料料槽的圆盘给料机，控制各配料圆盘的下料量，即混匀配料的各种原料的配料比例，达到按比例第一次混匀的目的。经过圆盘的混合料被送到二次料场后，由1 台堆料机进行往复式平铺堆料，以实现二次混匀。

生产部门根据生产工艺制定配料计划，并根据配料的检测结果调整配料计划，由此计算出各圆盘的配料比例，并根据圆盘、皮带、堆料机等设备情况及产量要求计算总的设定流量，最后根据各料仓配比计算出每个圆盘的设定流量。在计算模型中，圆盘设定流量的计算不仅要考虑料仓配比，还要考虑堆料机的参数变化，如料堆的长度、比重及料堆的堆积角度等参数。为确保混匀料的二次混匀质量，圆盘流量的改变周期为堆料机往返一次的时间。

如果配料计划的执行与计算由人工完成，操作人员的劳动强度大，易发生误操作，配料精度低。改由计算模型自动完成，控制给料机的转速，实现快速、精确配料，确保了配料精度和混匀料质量。

2.2 圆盘配料控制要求

圆盘配料控制系统主要控制的设备为圆盘、圆盘对应的皮带称、圆盘至二次料场所有的皮带设备。控制任务为，当二次料场堆料机开始堆料、相关流程正常启动以后，圆盘配料系统开始工作。根据具体设备和生产要求，每个圆盘可选择自动或手动方式进行工作。在自动状态下，圆盘按时间间隔顺序启动，这样可避免原料在皮带上的堆积。圆盘速度按模型计算出的每个料仓的流量给定值来确定，并根据流量的变化调节圆盘的速度。当一堆料按设定重量堆积完成，或中途因设备等原因需要暂停时，圆盘可自动顺停。在堆料过程中可任意中断或运行某个圆盘，而不会影响整个堆料过程。计算模型实时监控状态参数的变化，并根据参数的变化实时调整其余运行圆盘的设定流量。

2.3 原料场自动控制系统

济钢第一炼铁厂原料场自动控制系统采用工业以太网的通讯连接方式，共有5 个控制站，通讯介质为光纤，通讯速率100 Mbps。采用这样的控制方式，可以做到正常情况下各工作站相互配合，完成系统控制功能。一旦有通讯中断的情况发生，各站点均有自身的配料控制器，各站可以实现本地的联锁控制以及本地设备的小流程控制。其他站仍可以在主控室进行集中控制。主控室计算机监控系统主控级设备包括3 台主机兼操作员工作站，监控软件采用CitectSCADA，上位机和控制器之间采用工业以太网连接。工作站PLC 采用施耐德公司的Quantumn系列产品。

2.4 系统软件功能

原料场自控制系统选用CitectSCADA 作为系统组态软件。Citect 是一种工业自动化信息管理软件，提供简单、集成的方案，以低廉的费用处理来自工厂的所有控制和监视需求，并以可靠性和灵活性著名。同时Citect 的脚本函数达400 多个，包含了几乎所有编程语言所具有的功能函数，这也为建立数学模型提供了方便。圆盘配料数学模型包含了大量的数学分析、运算和数据库方面的存取功能，多采用VC、VB 等编程语言来完成模型的开发，而Citect因其脚本编程的多样性和灵活性使得计算模型的功能能够在其系统中运行，使模型与控制系统完美地结合在一起。

3 系统主要功能

3.1 圆盘配料计算模型功能

圆盘配料系统参数画面如图2 所示。包括堆料计划表、工作参数设定表、堆料计划档案管理等内容。这些参数都是圆盘配料计算模型计算所需要的参数，同时修改工作参数，修改、制定生产计划表，管理计划档案等任务也在该画面进行。

1）堆料计划表。该计划表可以根据现场实际情况，随时修改，无需停止模型运行，不影响堆料进程，在系统运行时实时修改更新。如某圆盘有故障停止运行，可调整其他圆盘料仓的流量比例，更新后流量立刻转换为新的流量比例进行堆料。程序设定大堆阶段最大值为8。

2）工作参数设定。工作参数可在堆料进行过程中修改，修改完成只要“刷新”一下，模型就可以按新的参数计算。“保存”功能是将现在的参数保存在Access 数据库中，“恢复”功能是将保存在Access数据库中的参数恢复，以免参数误操作或遗忘时无法恢复。

3）堆料计划档案管理。管理者可以提前制定常用的生产计划，保存在Access 数据库中。选择一个堆料计划名，堆料计划表就更新为选中的堆料计划。堆料可在不中止的情况下进行堆料计划的切换。可对计划参数进行修改，按“退出”，修改后的计划表保存到Access 数据库中。“更新堆料计划表”，此功能将新的堆料计划表内容更新到画面堆料计划表区域，堆料即刻按新计划执行。可命名计划名，本系统预留了10 个计划空间，将常用的计划保存在Access 数据库中，按生产需要可随时调出进行堆料。

3.2 圆盘控制系统功能

1）工艺流程及设备监控。控制系统可通过画面显示12 个圆盘料仓及累计的参数和运行状态，其中包括：瞬时流量（PV）、计划流量（SP）、累计流量（WQ）、圆盘工作状态和圆盘手自动转换。

2）料堆参数显示。当大堆残余为零时，系统将进行封堆处理，计划流量清零，并进入手动状态。

3）功能按钮操作。按“自动”按钮，圆盘配料计算模型开始工作，进入选择画面，选择“开新堆”或“继续”。继续堆料表示保持当前阶段号、大堆残余、大堆实际、当前设定流量等参数，继续执行圆盘配料计算模型功能。选择“开堆”或“继续”后，圆盘将按3 s 时间间隔顺序启动，全部启动后圆盘按当前流量运行。“暂停”是圆盘在运行中因设备或生产原因需要暂时停止工作时的操作，与“继续”按钮一起使用，需要继续工作时按“继续”，圆盘重新顺序启动。“封堆”操作是在大堆残余不为零时，强制封堆（自动堆料在大堆残余为零时，自动执行封堆操作）。“计划流量清零”，将计划流量设定为零，并改变为手动状态。“累计流量清零”，首先把当前各个料仓和总累计流量保存到分组数据库中，然后把累计流量清零。分组累计流量可以通过“查询累计流量”功能查看。“查询累计流量”：屏幕上弹出1 个窗口显示分组累计流量。“查询生产纪录”：屏幕上弹出1 个窗口显示生产记录。在窗口外点击鼠标自动关闭窗口。窗口中显示的数据内容分别为：堆料层数、各个料仓的瞬时流量、各个料仓的计划流量、表示各个料仓的流量、总瞬时流量、总计划流量、总累计流量、纪录的时间。

记录在正常堆料情况下每1 min 保留1 次。每次堆料开始将生产记录数据库以当前日期时间的命名方式保存在历史目录下，然后清除当前数据库记录，以保留当前堆料的实时记录。采用Access 数据库，可直接作为生产报表及管理软件的数据来源。

4 主要创新点

一般工艺计算模型大都采用独立编程的方式，采用VB、VC 等易于实现计算功能，易于数据库系统操作的编程语言，只有有限的接口与控制系统连接，与控制系统通讯多采用OPC 的方式进行，而且往往模型与控制系统是不同单位完成，双方在通讯、实时性、兼容性等方面存在不足，从而影响整个控制系统的控制功能。

济钢第一炼铁厂原料场圆盘计算配料模型直接作为控制系统的一部分，直接在系统组态软件中完成。从而将工艺模型作为整个控制系统的一部分的方式来实现模型的功能，无需独立的计算机和编程软件，无需单独操作，可以更好地实现整个系统的控制功能，在通讯速度、操作一致性等方面有明显的优势，使圆盘流量的计算与圆盘系统及生产流程的控制充分结合起来，作为一个整体实现整个系统的自动控制。

圆盘配料计算模型的输出结果主要是计算圆盘设定流量，模型制定的计算公式既保证一次混匀的质量（主要参数是生产计划表的配比），又保证了二次混匀的质量（主要参数为堆料机工作参数，变化周期采用堆料往返一次的时间，保证每层料具有相同品质）。系统自动修正运行误差，以保证配比的准确性。实现快速、精确配料，达到稳定配料的目的，进一步提高了烧结矿的质量和产量。

5 结束语

济钢第一炼铁厂原料场圆盘计算配料模型作为配料控制系统的一部分，自2007 年3 月在原料场运行以来，与整个控制系统配合良好，提高了混匀矿粉的质量，保证了烧结生产的稳定顺行，为高炉高产创造了有利条件。该计算模型的应用模式还可以用于焦化配煤、水泥等行业的控制系统改造。

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