一、前言 改造前，漣鋼130m2燒結(jié)機配料系統(tǒng)有18臺電子配料皮帶秤（簡稱設(shè)備）。由于當(dāng)時設(shè)計缺乏系統(tǒng)考慮，導(dǎo)致設(shè)備制造廠家多，型號規(guī)格五花八門，設(shè)備配套不統(tǒng)一，同時設(shè)備配料能力較低，備件來源也很困難，尤其隨著新上180m2燒結(jié)機的投產(chǎn)，兩臺燒結(jié)機生產(chǎn)工藝流程為共用進出料雙系統(tǒng)，工藝控制難度大，生產(chǎn)能力成倍增長，而系統(tǒng)的電子皮帶秤又是原130m2燒結(jié)機的配置，所以導(dǎo)致配料系統(tǒng)經(jīng)常超負荷運行，設(shè)備的驅(qū)動裝置與傳動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，特別是使用的國產(chǎn)二次稱重儀表沒有總線方式的配置，功能不強，僅能采用4mA～20mA信號傳輸?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)機是在原130m2燒結(jié)機配料能力基礎(chǔ)上增加了2臺中和粉倉電子配料皮帶秤，是實現(xiàn)配料過程分配流量自動控制及一混、二混加水自動控制的關(guān)鍵設(shè)備。改造前存在的主要問題：①分料室兩臺圓盤落料點與秤用輸送皮帶的落料點高度太大（>700mm），導(dǎo)致落料高度對秤直接產(chǎn)生較大的沖擊力，加上秤的有效稱量段太?。?500mm），落料高度的沖擊力直接影響了物料計量準(zhǔn)確性，使高精度的電子皮帶秤在使用中成了一臺普通的物料輸送皮帶機，造成資源的浪費；②兩臺分料用的電子配料皮帶秤輸送流量設(shè)計偏小，為滿足燒結(jié)生產(chǎn)只好強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)備的正常運行；③選用的兩臺稱量輸送皮帶機制造工藝粗糙，秤架結(jié)構(gòu)單薄，剛度與穩(wěn)定性較差，不適應(yīng)130m2和180m2兩臺燒結(jié)機分料能力的擴大生產(chǎn)（原設(shè)計能力分料輸送最大流量僅為550t／h，而目前實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)計能力差異較大，造成輸送能力不能滿負荷滿足燒結(jié)生產(chǎn)需求。 針對130（180）m2燒結(jié)機配料系統(tǒng)存在的以上問題，結(jié)合燒結(jié)生產(chǎn)發(fā)展需求和工藝特點，通過技術(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月開始對該項目采用國內(nèi)先進的秤體結(jié)構(gòu)改造設(shè)計配備與國外新型具有總線制功能的稱重顯示儀表相結(jié)合，實現(xiàn)了一系列低成本自動化改造措施，做到了投資省、見效快、實用性強。 二、改造措施與實踐 1. 將180m2燒結(jié)機分料室原有的兩臺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?？紤]實際需求的最大流量，同時將原有的兩套秤用變頻調(diào)速電機減速機功率由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，實現(xiàn)自動調(diào)速控制的最佳效果。 2. 根據(jù)兩臺燒結(jié)機分料能力的增大，改造設(shè)計中在刻意增強180m2燒結(jié)機分料室兩臺新秤的結(jié)構(gòu)強度和機械性能的同時，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)過精確計算，在確定電子配料皮帶秤輸送最大流量和同一料倉放料能力比例匹配的同時，對130m2燒結(jié)機生石灰倉、精粉倉下料斗和180m2燒結(jié)機分料室的兩個中和粉倉圓盤給料槽口位置及設(shè)備的安裝部位進行工藝改造，達到了提高其計量準(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)計為整機式結(jié)構(gòu)，取消了原有的蝸輪蝸桿二級傳動裝置，統(tǒng)一采用先進的國內(nèi)生產(chǎn)的單級直聯(lián)軸裝式驅(qū)動裝置。并盡量利用原有秤體安裝基礎(chǔ)（或安裝支架）和料倉空間位置進行新秤結(jié)構(gòu)設(shè)計，不但節(jié)省了大筆工藝設(shè)備改造費用，而且加快了這些設(shè)備改造安裝的施工進度。 5. 根據(jù)漣鋼ERP項目配料數(shù)據(jù)上網(wǎng)需求，這次改造選用了國外先進的帶MOD-BUS PLUS總線制的MW696型稱重智能顯示儀表。通過對原程序的改進和修改，直接通過數(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)換帶來的誤差，而且提高了配料控制精度，實現(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。通過現(xiàn)場總線通訊方式，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確定料批重量，根據(jù)儀表反饋的錯誤碼實現(xiàn)遠程觸發(fā)、上位PID計算及故障報警，可輕松完成清零去皮強制累積等功能。控制系統(tǒng)軟件設(shè)計上做到了信號的冗余采集，即來自稱重傳感器的信號一路由4mA～20mA通用模擬顯模塊采集，做為總線采集的冗余，一路通過現(xiàn)場總線采集。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)都能正常運行。在變頻器頻率給定上也做了冗余設(shè)計，既可通過PLC中編寫的PID控制程序模塊輸出頻率給定值由HMI畫面進行遠程設(shè)定，又可由秤儀表內(nèi)帶的PID通過其輸出端子對變頻器頻率給定輸入端子傳送4mA～20mA信號。 三、改造應(yīng)用效果 1. 裝備性能 通過我們科學(xué)合理的技術(shù)改進實踐，改造后的130（180）m2燒結(jié)機配料系統(tǒng)電子配料皮帶秤型號統(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、維修簡捷、操作方便。投運使用一年來的實踐證明，系統(tǒng)稱量準(zhǔn)確，配料控制效果好，單機稱量準(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)機配料系統(tǒng)與國內(nèi)外同類裝備相比（如秤體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)控制、功能特點、維護操作、技術(shù)指標(biāo)、性能價格比等）達到了國內(nèi)外先進水平。 2. 自動控制水平 該系統(tǒng)采用低成本自動化改造，在改造設(shè)計中大膽選用國外進口的先進智能型稱重控制儀表，淘汰了比較落后的老式國產(chǎn)二次儀表，原自動控制配置改用MODBUS PLUS總線制方式與現(xiàn)有的QUENTUM PLC進行直接數(shù)據(jù)交換，完成數(shù)據(jù)采集與PLC指令下達，系統(tǒng)硬件先進合理。應(yīng)用軟件設(shè)計獨特。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)計了節(jié)能環(huán)保程序模塊，人機界面，信息共享，其自動控制技術(shù)的全面性和先進性達到國內(nèi)先進水平。該系統(tǒng)采用的星形以太網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)絡(luò)TCP／IP五層模型，聯(lián)結(jié)三個工作站，既可對130（180）m2燒結(jié)機配料工藝流程進行實時監(jiān)控和遠程監(jiān)控，又可實現(xiàn)人機界面和在線設(shè)定、在線參數(shù)整定，進一步完善了燒結(jié)配料生產(chǎn)過程的統(tǒng)一調(diào)度指揮和崗位規(guī)范操作的先進生產(chǎn)管理模式。 3. 技術(shù)經(jīng)濟指標(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%對燒結(jié)礦成品率貢獻0.5%，改造后的2005年生產(chǎn)入爐燒結(jié)礦349.34萬噸，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5.24萬噸；（2）燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率2005年為92.01%，比公司目標(biāo)計劃提高了2.01%，比改造前的2004年提高了2.27%；（3）燒結(jié)礦平均轉(zhuǎn)鼓強度由改造前的75%提高到改造后的76.13%，同時篩分指數(shù)比原來有較大改善，-5mm粒度級含量也明顯降低；（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)濟指標(biāo)也完全達到了國內(nèi)同類先進水平，實踐證明，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)機各種原料（如熔劑、中和粉、焦粉、返礦等）通過圓盤給料機和料倉給料器與集料皮帶機之間安裝調(diào)試好的的電子配料皮帶秤稱量檢測后，可定時取得各原料流量反饋值的電壓信號，由稱重傳感器信號輸送至稱重控制儀表，經(jīng)PI運算后再輸出4mA～20mA控制信號，或經(jīng)MB+現(xiàn)場總線送至PLC有關(guān)模塊進行處理，與上位機設(shè)定值進行比較，由PLC完成PI運算，設(shè)定相關(guān)變頻器的輸出頻率；兩種PI運算經(jīng)控制柜上的硬接線轉(zhuǎn)換開關(guān)進行選擇（也可通過上位機HMI畫面上的軟轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇PLC—PI運算輸出或儀表PI運算輸出）。配料皮帶秤中測速編碼器（傳感器）是用來測量皮帶運輸原料速度的，通過被動輪的轉(zhuǎn)動距離轉(zhuǎn)換成皮帶上原料運行速度的脈沖信號送到稱重控制儀表，然后進行調(diào)節(jié)運算，實現(xiàn)自動控制流量大小的要求。系統(tǒng)工作方式有三種：一種是手動給料，即通過外部電位器給變頻器一個模擬電壓，以調(diào)節(jié)電動機的運行速度；第二種是自動給料，即通過稱重控制儀表鍵盤，任意給定所需給料量并通過給料量大小變化自動調(diào)整變頻器頻率（電動機的運行速度）；第三種是上位機遠程給定，由PLC通過模擬量模塊采集二次儀表輸出的4mA～20mA信號，或者經(jīng)MB+現(xiàn)場總線方式完成PLC數(shù)據(jù)采集，這時給料設(shè)定就可由上位機HMI畫面來完成。三個工作站與PLC通過以太網(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)計的創(chuàng)新點 1. 通過對130（180）m2燒結(jié)機配料（分料）電子皮帶秤在結(jié)構(gòu)上的改造設(shè)計（見圖2），提高了秤的整體結(jié)構(gòu)機械性能。結(jié)構(gòu)采用單體框多托輥形式，秤架結(jié)構(gòu)系數(shù)為0.5，過載系數(shù)為150%，運行穩(wěn)定性好，計量準(zhǔn)確度較高，使用壽命較長。 2. 秤體結(jié)構(gòu)在改造設(shè)計中大膽創(chuàng)新，采用優(yōu)質(zhì)厚壁方型管材制作，機架側(cè)面為“目”字型結(jié)構(gòu)，秤框為“日”字型設(shè)計。采用矩形型材，剛性大，撓度小，重量輕，強度高，新穎美觀，完全淘汰了目前國內(nèi)大多數(shù)廠家傳統(tǒng)落后的全槽鋼結(jié)構(gòu)。 3. 秤體支點采用長軸設(shè)計，同心度高，轉(zhuǎn)軸摩擦力小，并設(shè)計雙軸螺旋，高密度小型橡膠軸承，抗扭矩性能好，復(fù)位精度高。秤體托輥軸、支點軸均采用側(cè)面安裝法，其承載能力強，穩(wěn)定性好。 4. 秤體的吊掛部分采用關(guān)節(jié)軸承與短鋼帶直聯(lián)方式。這種結(jié)構(gòu)的復(fù)位性、靈敏度均好于改造前的關(guān)節(jié)軸承連接或十字簧片連接方式。經(jīng)現(xiàn)場一年的使用情況證明，這種關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新使傳感器承受的載荷信號與垂直于皮帶的線載荷線性一致，確保秤的配料精度高的準(zhǔn)確性。 5. 為減小“皮帶效應(yīng)”對計量精度的影響，這次改造將主動輪設(shè)計在受料端，采用擺線針輪與減速器同心傳動，傳動效率高，穩(wěn)定性好，擺動小。徹底消除了電動機、減速機聯(lián)結(jié)不同心產(chǎn)生的秤體擺動所造成的計量誤差。 6. 稱重機構(gòu)采用單杠桿雙托輥雙傳感器機構(gòu)，其優(yōu)點與創(chuàng)造點是由兩組托輥所組成的一個稱量平臺，且力臂較長，能最大限度的克服物料輸送不均勻所造成的計量誤差，同時采用雙傳感器，能較好地克服由于皮帶跑偏（偏載）所造成的計量誤差。 7. 改造后的配料秤驅(qū)動均設(shè)計為后輪驅(qū)動，其特點是在皮帶運行時上層為松馳狀，下層皮帶為繃緊狀，能較好地克服皮帶張力所帶來的稱重誤差。驅(qū)動輪為包膠腰鼓形，因為包膠可以增強主動輪與皮帶之間的摩擦系數(shù)，還能消除皮帶重載時打滑的現(xiàn)象，同時腰鼓形主、從動輥還具有防皮帶跑偏的功能，運行中不會產(chǎn)生由皮帶強行糾偏所造成的配料控制精度誤差，根據(jù)130（180）m2燒結(jié)機大小流量原料配比工藝要求，其驅(qū)動裝置部分采用BW型硬齒面擺線針輪減速機，聯(lián)軸器采用爪形橡膠聯(lián)軸器，采用直聯(lián)式安裝方式，具有無噪聲、維護量小、檢修方便等特點。 8. 130（180）m2燒結(jié)機有6臺圓盤配料秤用刮料器，以前采用平衡錘調(diào)節(jié)單邊刮料橡膠片，長期使用受圓盤配料流量大、原料水分多、粘性強、物料輸送波動變化大的影響，容易造成單邊刮料板磨損快、平衡錘重心輕、調(diào)節(jié)失控、配料皮帶刮料不干凈，導(dǎo)致稱量皮重難以消除，直接影響了秤的配料控制精度和皮帶使用壽命。這次改造中利用皮帶輸送波動起伏的狀態(tài)，創(chuàng)新為每個平衡錘裝置設(shè)計一套簡易的彈簧式調(diào)節(jié)裝置，并同時將原單邊刮料板改成兩面橡膠刮料片，保證了皮帶刮料干凈，刮料板利用率提高了50%，皮帶消耗率降低52.5%，每年可節(jié)省維修成本3萬元以上。 9. 通過對秤體結(jié)構(gòu)進行技術(shù)改進后，擁有了質(zhì)優(yōu)價廉的配料稱重檢測設(shè)備，我們還根據(jù)燒結(jié)工藝的要求，針對有些配料倉容量的擴展和工藝設(shè)備的改造情況，對每一臺設(shè)備的安裝高度位置和落料點與有效稱量段分布進行了合理的調(diào)整。由于采用性能優(yōu)越的新型配料稱量設(shè)備，取消了原準(zhǔn)備更新28臺變頻器的計劃，通過精確計算充分利用了原有電氣控制設(shè)備，單此一項節(jié)省工程投資12.6萬元左右。 10. 由于秤儀表本身不具有現(xiàn)場通用智能總線功能，這次改造中，我們采用了協(xié)議轉(zhuǎn)換手段，通過網(wǎng)關(guān)，將稱量儀表的 RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換為MODBUS PLUS協(xié)議，為此實現(xiàn)了RS422／RS485←→MODBUS PLUS,RS422／ RS485←→MODBUS之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。 11. 開發(fā)了基于節(jié)能和安全方式的程序模塊，控制方式上有集中／機旁方式，HMⅡ畫面上有集中自動／集中手動操作方式。在集中自動控制模式中，PID的調(diào)節(jié)精度高，采用了流量前饋技術(shù)，抗干擾能力強，從而達到精確變頻、節(jié)能的目的。同時充分利用儀表反饋的狀態(tài)碼，對現(xiàn)場設(shè)備進行實時全面監(jiān)控，比純硬接線方式更能全面地反映現(xiàn)場故障狀況，保證人身與設(shè)備的安全。 六、結(jié)束語 結(jié)合漣鋼原料來源復(fù)雜、成分波動大、雜物多的實際情況，消化和掌握了國內(nèi)先進的配料工藝和裝備技術(shù)，大膽創(chuàng)新，努力提高電子配料皮帶秤的準(zhǔn)確度是這次改造的目的。生產(chǎn)實踐證明，隨著配料準(zhǔn)確度的提高，燒結(jié)礦成品率大幅提高，按照相關(guān)統(tǒng)計資料和自身以往的數(shù)據(jù)分析，配料準(zhǔn)確度每提高1%，燒結(jié)礦成品率將提高0.5%。2005年漣鋼燒結(jié)廠三燒車間共生產(chǎn)入爐燒結(jié)礦349.34萬噸，改造后實際提高了3%配料準(zhǔn)確度，增加產(chǎn)量5.24萬噸，確保了燒結(jié)過程工藝控制穩(wěn)定，為漣鋼燒結(jié)廠2005年完成歷史性的500萬噸產(chǎn)量提供了基礎(chǔ)性支持，同時也為漣鋼產(chǎn)鐵375萬噸、產(chǎn)鋼410萬噸提供了有力保證。該系統(tǒng)改造設(shè)計的成功實現(xiàn)，可年創(chuàng)經(jīng)濟效益1000萬元以上。