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项目介绍

烧结工艺是炼铁的工序，配料是它的关键，决定了 烧结球团的质量，物理性质，化学成分，对高炉铁水的质量和炼铁效率有着深远的影响，要保持高质量的配料 水平，必须采用配料自动控制，本文将介绍模糊控制在 自动配料和配料加水中的应用。

配料及配料加水工艺

烧结配料共有18个配料仓，料仓内装有含铁原料、燃 料、石灰石、生石灰、白云石、返回矿等原料，料仓下 面各有一个给料皮带，给料皮带由电机带动旋转，将料落入圆盘下面送料皮带，由送料皮带送入混合机，在混合机中加水搅拌，完成加水功能。在配料生产中，各参数优化组合恰当，对烧结矿的品位，碱度，等一系列工 艺要求有着十分重要的意义。

配料自动控制

·配料基础级自动控制

配料PLC采用西门子S7-400，它配有一个操作员面板 OP37，通过面板也可进行优化参数的操作。OP37由 PROTOOL 编程，它以很高的分辨率，动态地显示彩 色配料工艺画面。在主控室，配有上位机，上位机与 配料PLC共同连在PROFIBUS网上，随时显示配料工艺 信息。画面由WINCC制作。这样在主控室也可随时监控配料情况。

一般由优化机计算出下料量，借助以太网通讯至配料PLC，再经PLC的模拟量输出模板送往电子称，完成设定功能。电子称的流量反馈信息通过PLC的模拟量输入 模板送往优化机，完成显示功能。

·配料优化

下料量计算：我们提出一种*(操作人员，理论研究 人员都可为*)经验法的思路，基于数据库技术、网络 技术和各种具体实用的优化技术。它将*的经验(包括 操作人员的经验积累，研究人员的理论经验，和各种实 验数据)存储于*数据库供人们调用。优化算法将“经 验”出来进行处理，形成优化数据库，因此，它回 避了经验公式法和理论计算法的不足，没有**的精确, 但又是以较高的概率去接近现实。在配料计算中，用它 算出的下料值进行烧结，确实能够使烧结炉况稳定，配料顺利，碱度稳定产品合格率提高。

·下料故障判断

下料故障因素很复杂，主要有堵料和失控两种。一般说来在短时间内如果流量过大，并且流量对时间变化导数 很大且为正，则为堵料，较长时间内如果流量过小，并 且流量对时间变化导数很小，则为失控。具体应用时采 用模糊推理的方法，隶属函数采用三角形隶属度函数, 推理规则由优化程序确定。

混合加水自动控制

混合料加水量，大大地影响烧结矿的品质，烧结终点等其它环节的正常运行，混合料分两次加水，即一次混合加水 和二次混合加水。一次混合占绝大多数的加水量，二次混合占小部分加水量，起微调作用。由于一次混合加水与二次混合加水原理相同，我们仅介绍一次混合加水。

系统配置

本系统网络为工业以太网，监控机、优化机和配料PLC控制器都连接在网上。配料PLC采用西门子的S7-400控制器 来完成现场模拟量的输入输出处理，完成PID控制算法的 实现，并实现控制量的输出。 配料PLC控制器通过通讯模 板CP443与烧结机主体S7-400控制器通讯。控制器的编程 软件为STEP7。上位机通过以太网卡CP1413入网。

监控画面由WINCC完成，有多种打印功能，查询功能,数据收集和归档功能，声光报警功能,统计和报表功能,有功能均设计了友好的人机对话机制。

优化算法用VC++编程实现，VC++可与WinCC共享数据,通过数据共享来读取控制参数，完成控制算法，并由 WinCC在线修改。人机接口部分由VC++和WinCC共同完 成，控制面板由PROTOOL编程。

工业年月机作为中央控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。

1、中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于PLC对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。

2、控制系统可靠性降低的主要原因

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：

1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；

2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制；

3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

影响执行机构出错的主要原因有：

1)控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；

2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；

3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

3、设计完善的故障报警系统

在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位/灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。

4、输入信号可靠性研究

要提高现场输入给PLC信号的可靠性，首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。

在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图2b 程序设计方法，对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由A/D转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器DT10、DT11、DT12中，当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉较大和较小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器DT0中。

提高读入PLC现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给PLC的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护，当开关动作时发出信号给PLC，这个信号是否真实可靠，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在极限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在极限位置，判断可能是液位极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。

5、执行机构可靠性研究

当现场的信号准确地输入给PLC后，PLC执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是我们关心的。

X0为接触器动作条件，Y0为控制线圈输出，X1为引回到PLC输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。R0为设定的故障位，R0为ON表示有故障，做报警处理；R0为OFF表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮。

当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给PLC，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。程序设计如图3b 所示。X2为阀门开启条件，Y1为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，X3为阀到位返回信号，R1为阀故障位。

6、结论

我们在胜利油田胜利采油厂胜砣注聚站自动控制系统设计中采用了以上方法，经过近2年的运行证明这些方法的采用对提高系统可靠性运行是行之有效的。