本發明涉及一種燒結混合料自動加水設備及方法，屬于燒結機混合料加水設備及方法
技術領域：
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背景技術：
：目前，我國大部分鋼鐵廠燒結混合料水分控制多采用現場手動加水技術，加水系統由一次混合機加水系統、二次混合機加水系統以及一些輔助設備三部分組成。每一個系統由電動調節閥、電磁流量計及組成，在一次和二次混合機出口安裝一個紅外測水裝置起檢測水分值作用。加水過程是通過看水崗位工人的經驗及現場觀察一混機出口混合料的干濕程度，同時燒結機看火工觀測臺車表面物料情況而確定加水量。現有系統中的紅外水分儀容易受到入燒物料的礦物顏色、濕溶性影響，比如鐵混料受原料結構影響，礦物顏色色譜有很多，這會影響紅外分析儀的參考波長采集的準確性，另外由于現場晝夜光線變化、水蒸汽密度變化從而引起紅外反射光強度的變化，而紅外反射光強度的變化又引起混合料水分測量值的變化，從而影響測量精度。目前的現場手動加水技術只能人工粗略計算設定加水量，受物料含水量的不同、總上料量的波動等因素的影響，含水量無法準確計算，波動無法消除，造成混合料水分波動較大。混合料的水分過高或過低都將使混合料的制粒效果變差、燒結混合料的透氣性變差，使燒結過程變壞，燒結成品率下降，返礦升高，更嚴重的是人工打水失誤造成混合料水分過干和過濕，使燒結過程嚴重惡化，燒結終點無法控制，造成燒結礦在環冷機上二次燃燒結塊或冬季環冷機上濕料結凍的惡性事故。另外，燒結機開停機時，混合料料頭、料尾的水分不易控制，工藝要求按偏干原則掌握，以防緩沖倉粘倉懸料事故發生。而混合料水分偏干控制，在開機后緩沖倉蓄料過程中，圓輥扇形閥下料不均勻，就會因布料較差而形成燒結頭尾料，這些燒結礦對整體燒結礦的質量會形成一定影響，嚴重影響燒結礦的各項指標。因此，對燒結混合料自動加水進行科學處理至關重要。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是提供一種燒結混合料自動加水設備及方法，采用這種設備和方法可以對現場的混合料進行檢測，準確測定加水量，有效避免干料和泥漿料的產生，達到控制混合料水分穩定的目的。解決上述技術問題的技術方案是：一種燒結混合料自動加水設備,它包括一混機、計量秤、紅外水分儀，計量秤安裝在一混機前方的混料皮帶下方，紅外水分儀安裝在一混機后方的出料皮帶上方，其改進之處是，在一混機前方的混料皮帶上增加微波水分儀，在安裝有紅外水分儀的現場物料上方增加了密封罩，并在一混機后方的出料皮帶上安裝平料器，對紅外水分儀使用的氮氣吹掃管路增加加壓罐，在廠房墻壁處安裝數字式環境測溫儀。使用上述燒結混合料自動加水設備的加水方法，它采用以下步驟進行：a．判斷加水系統進入計算狀態時刻：為正常起車和重停起車后自動加水系統投入運行的時刻；b．計算所配混合料減去實含水分后的干料值：用混料延時重量除以100減去一混機需加水設定值且設定區間為6.5－8.5，區間為防止崗位操做人員輸入數據誤操作而設定，以此作為加水控制的計算基數；c．計算一混機需加水實際流量：目標水分設定值減去混料皮帶混合料微波水分儀含水檢測值取16個掃描周期平均值且介于3.2－4.2之間，取值范圍設定區間原因為防止檢測水分值波動，乘以步驟b中所得值。最終計算出實際需水流量；d．同域加水流量定時定量快速補償修正：用一混機出口紅外水分儀取16個掃描周期水分平均值，且區間設定為6.2－6.8，與一混加水目標設定值進行PI運算，PI計算器的比例作用系數GAIN為0.1和復位時間TI為300秒，輸出高低極限分別為正負10%；引入系統偏差ERR的計算，系統偏差ERR由設定點一混加水目標設定值SP和受控變量一混機出口紅外水分儀取的水分平均值PV之間的差異得出，此偏差ERR會導致操作變量Y即加水補償修正系數發生更改，偏差ERR限定范圍輸出高低限為正負0.6。此時對于ERR正系統偏差，PI計算器的輸出Y即加水補償修正系數以斜坡狀向上移動，直到達到輸出的上限YMAX值10%才停止；若出現ERR負系統偏差，則Y會出現斜坡狀的下降，直至達到下限負10%停止；相關公式為：,,式中：GAIN為比例作用系數,ERR為系統偏差，TI為復位時間，Y為加水補償修正系數；加水補償修正系數Y乘以一混加水目標設定值流量SP再乘以季節天氣等氣象環境的修正因素系數K，得到定時定量一混機加水流量補償值，該值或為正值增加設定水量或為負值減少設定水量。E．計算變頻給水泵頻率輸出：以需加水實際流量為設定值，一混機加水管實際流量值為反饋值進行比例積分運算器PID計算，通過輸出上限Ymax=設定料批數/設計生產能力*50、輸出下限Ymin＝0來控制變頻器的HZ輸出，且通過一階限速器變化速率RATE數據值來控制變頻器的響應速度，此處取變化速率RATE＝1.2，比例積分運算器PID其它重要參數分別為：比例系數KP0.4,積分系數為KI0.18,微分系數為KD0.05,干擾輸入BIAS為，比例積分運算器PID的暫停保持調節管腳halt為PID調節偏差ERR小于0.3且保持6秒，鎖定變頻器的輸出值以防止因數據的波動及其外部干擾引起的水分波動，且現場設置兩臺水泵，正常運行時一主一備，保證加水系統的不間斷運行；F．計算電動調節閥開度輸出：以需加水實際流量為設定值，一混機加水管實際流量值為反饋值進行比例積分運算器PID計算。通過輸出上限Ymax=設定料批數/設計生產能力*100、輸出下限Ymin＝0來控制調節閥的開度輸出，一階限速器功能塊變化速率RATE值來控制調節閥的響應速度，此處取變化速率RATE＝3，以此保證調節閥即能及時做出響應又能防止數據波動導致其頻繁動作造成閥門故障，PID其它重要參數分別為：比例系數KP為0.4,積分系數KI為0.14,微分系數KD為0,干擾輸入BIAS為，比例積分運算器PID暫停調節halt為比例積分運算器PID調節偏差ERR小于0.3且保持6秒，鎖定變頻器的輸出值以防止因數據的波動及其外部干擾引起的水分波動。上述燒結混合料自動加水方法，所述步驟a中的正常起車是配料混合系統無負荷起車，以此確定配料加水可以進入計算及運行的時刻；重停起是車一混機和混料皮帶由自動位且運行發生下降沿事件且混料皮帶混合料流量大于等于50T/h時觸發標志信號置1，此時判斷為重停起車；正常起車延時自動運行，重停起車跟隨生產系統同步起車。上述燒結混合料自動加水方法，所述步驟b中的混料延時重量為混一皮帶計量秤實測流量或根據各配料秤料單設定之和計算流量，利用施奈德Unity3.0編程軟件中的采樣功能均取16個掃描周期平均值且延時配料到一次混合機入口處時間的延時長度，根據現場實測為正常起車時190s，配混系統重停后的再起車則為1s。上述燒結混合料自動加水方法，所述步驟d中的氣象環境的修正因素系數K的一般冬季環境修正系數K為0.85-0.95直接限定區域設定，夏季環境修正系數K為1.2-1.45之間限定區域設定，其余時間或天氣狀況K系數為0.95-1.2之間限定區域波動設置。上述燒結混合料自動加水方法，所述步驟d中的定時定量一混機加水流量補償值修正時間為每300S加水時間，此時間為混合料從進一混機開始到排出的時長，取30S用于流量的加減補償修正，其余時間加水設定流量不變，這樣便將增減加水的時間單位分割成每300秒一批次，利于更加快速的補償修正水分，將水分滯后問題得到很好的解決。本發明的有益效果是：本發明的操作步驟為:現場儀表設備和加水輔助設備的配置和優化、判斷狀態、干料計算、加水流量計算、同域加水流量定時定量快速補償修正、變頻輸出計算、閥門開度計算；故此本發明也稱作“同域快速補償修正雙回路加水算法”。本發明通過“同域快速補償修正雙回路加水算法”解決和實現了燒結機混合料加水在過去二十多年一直要解決而未能實現的精確自動加水控制功能。本發明最重要特點是：實現了混合料只在一個區域內自動定時定量快速的補償修正加減水；上步算法中創造性的將季節和溫度等氣象環境因素實現工業現場的數字化表述和應用；變頻和調節閥的雙路調節，調節和操作方式靈活多變，調節方式和設備互為備用。發明中涉及到的程序算法的編制和各類參數的整定均為發明人在大量的生產實踐和調試過程中取得的最為精準和匹配的數據，具有唯一性和排他性，是本行業其他技術人員難以想象的。將季節和溫度等氣象環境因素實現數字化應用于燒結工藝自動加水現場也屬于該發明中較先進理論方法和技術。本發明通過編制計算機控制程序和現場檢測方式的改進有效地避開干料和泥漿料的產生。實踐表明：通過同域雙回路修正加水法的實施，混合料倉粘倉、開停機頭尾料數量均明顯降低，布料不好的臺車數量降低到了0至1塊臺車。取得混合料水分不合格率為零的成績，最大程度穩定燒結生產節奏，避免了因加水不穩定導致燒結廢料的產生，保證了燒結生產的穩定運行。實現人力資源，材料設備，及維護成本的有效降低。附圖說明圖1是本發明的燒結混合料自動加水設備結構示意圖。圖中標記如下：混料皮帶1、計量秤2、微波水分儀3、一混機4、紅外水分儀5、出料皮帶6、密封罩7、數字式環境測溫儀8、調節閥9、變頻水泵10。具體實施方式本發明的一種燒結混合料自動加水設備,它包括一混機4、計量秤2、紅外水分儀5、出料皮帶6、密封罩7、數字式環境測溫儀8、調節閥9、變頻水泵10。圖中顯示，計量秤2安裝在一混機4前方的混料皮帶1下方，紅外水分儀5安裝在一混機4后方的出料皮帶6上方，調節閥9和變頻水泵10安裝在來自工藝水的管路上。圖中顯示，在一混機4前方的混料皮帶1上增加微波水分儀5，并針對不同料批的調整水分儀的誤差范圍梯級為0.4，以確保不同料批物料變化時測量水分的準確性。在安裝有紅外水分儀5的現場物料上方增加了長5米的密封罩，使得物料不會因晝夜、晴陰等外部光線變化而影響測量精度。圖中顯示，由于出料皮帶6上的混合料型不規范，影響紅外水分儀5返射波的接收，需安裝平料器，預先整定料型，因此在一混機4后方的出料皮帶6上安裝平料器。紅外水分儀5現用的氮氣吹掃管路壓力偏低，使紅外水分儀5鏡頭易粘污垢，因此改造了氮氣管路，增加加壓罐，提高氮所壓力。同時還在一混機4的廠房墻壁處安裝有數字式環境測溫儀DS18B20，用于感知加水的環境溫度。本發明的使用上述燒結混合料自動加水設備的加水方法，它采用以下步驟進行：第一步判斷加水系統進入計算狀態時刻；進入計算狀態分兩種情況，正常起車和重停起車后自動加水系統投入運行的時刻，實現加水系統適時投入運行生產系統是穩定加水的前題，根據工藝要求以混料皮帶和一次混合機均在集中自動控制位運行狀態且由于配料混合系統正常起車時是無負荷起車，因此選擇混料皮帶秤實際流量大于50t/h以此確定配料加水可以進入計算及運行的時刻且判斷為正常起車。當一混機和混料皮帶由自動位且運行發生下降沿事件且混料皮帶混合料流量大于等于50T/h時觸發標志信號置1，此時判斷為重停起車。正常起車延時自動運行，重停起車跟隨生產系統同步起車。第二步計算所配混合料減去實含水分后的干料值：用混料延時重量（此重量為混一皮帶計量秤實測流量或根據各配料秤料單設定之和計算流量，利用Unity3.0編程軟件中的采樣功能均取16個掃描周期平均值且延時配料到一次混合機入口處時間的延時長度，根據現場實測為正常起車時190s，配混系統重停后的再起車則為1s）除以100減去一混機需加水設定值且設定區間為6.5－8.5（此區間為防止崗位操做人員輸入數據誤操作而設定）以此做為加水控制的計算基數。次步驟中取16個平均值是為防止數據跳躍，使階躍信號轉為平滑信號。制作實測流量和計算流量的選擇功能程序，實際使用時選擇實測流量。當現場混料皮帶秤計量超差時選擇計算流量。第三步計算一混機需加水實際流量：目標水分設定值減去混料皮帶混合料微波水分儀含水檢測值取16個掃描周期平均值且介于3.2－4.2之間（取值范圍設定區間原因為防止檢測水分值波動）乘以②中所得值。最終計算出實際需水流量。第四步同域加水流量定時定量快速補償修正：用一混機出口紅外水分儀取16個掃描周期水分平均值，且區間設定為6.2－6.8（取值依據為防止水分儀故障導致所測水分為錯誤值的強制輸出區間）與一混加水目標設定值進行PI運算，PI計算器的比例作用系數GAIN為0.1和復位時間TI為300秒，輸出高低極限分別為正負10%，該技術成功引入了系統偏差ERR的計算，系統偏差ERR由設定點一混加水目標設定值SP和受控變量一混機出口紅外水分儀取的水分平均值PV之間的差異得出。此偏差ERR會導致操作變量Y（即加水補償修正系數）發生更改，偏差ERR限定范圍輸出高低限為正負0.6。此時對于ERR正系統偏差，PI計算器的輸出Y即加水補償修正系數以斜坡狀向上移動，直到達到輸出的上限YMAX值10%才停止；若出現ERR負系統偏差，則Y會出現斜坡狀的下降，直至達到下限負10%停止。相關公式為：,,此加水流量補償修正系數Y乘以一混加水目標設定值流量SP再乘以季節天氣等氣象環境的修正因素系數K（一般冬季環境修正系數K為0.85-0.95直接限定區域設定，夏季環境修正系數K為1.2-1.45之間限定區域設定，其余時間或天氣狀況K系數為0.95-1.2之間限定區域波動設置）得到定時定量一混機加水流量補償值，該值或為正值增加設定水量或為負值減少設定水量。修正時間為每300S加水時間（此時間為混合料從進一混機開始到排出的時長）取30S用于流量的加減補償修正，其余時間加水設定流量不變，這樣便將增減加水的時間單位分割成每300秒一批次，利于更加快速的補償修正水分，將水分滯后問題得到很好的解決。此修正方式崗位人員可根據實際情況在操作面板選擇修正與否。此步驟中采用編制的水流量補償修正程序可實現一混機處同一個區域一次完成混合料自動定時定量快速的加減水，無需像原系統中及其其他鋼廠的二次加水或一次加水過量無法補救的事故，節約了設備和人力，這是和其他企業混合料加水方案最大的區別之處，即“同域補償修正”加水。該步算法中創造性的將季節和溫度等環境因素數字化。季節天氣等氣象環境的修正因素系數K取決于環境測溫儀的讀值和本地季節交替時間的綜合算法判定，其取值關系表如下：第五步計算變頻給水泵頻率輸出：以需加水實際流量為設定值，一混機加水管實際流量值為反饋值進行PID計算。通過輸出上限Ymax(設定料批數/設計生產能力*50）輸出下限Ymin＝0來控制變頻器的HZ輸出。且通過一階限速器RATE值來控制變頻器的響應速度，此處取RATE＝1.2。PID其它重要參數分別為：比例系數KP0.4,積分系數為KI0.18,微分系數為KD0.05,干擾輸入BIAS為，PID暫停調節halt為PID調節偏差ERR小于0.3且保持6秒，鎖定變頻器的輸出值以防止因數據的波動及其外部干擾引起的水分波動。且現場設置兩臺水泵，正常運行時一主一備，保證加水系統的不間斷運行。第六步計算電動調節閥開度輸出：以需加水實際流量為設定值，一混機加水管實際流量值為反饋值進行PID計算。通過輸出上限Ymax(設定料批數/設計生產能力*100）輸出下限Ymin＝0來控制調節閥的開度輸出。且通過編程軟件unity3.0中一階限速器功能塊RATE值來控制調節閥的響應速度，此處取RATE＝3。以此保證調節閥即能及時做出響應又能防止數據波動導致其頻繁動作造成閥門故障。PID其它重要參數分別為：比例系數KP為0.4,積分系數KI為0.14,微分系數KD為0,干擾輸入BIAS為，PID暫停調節halt為PID調節偏差ERR小于0.3且保持6秒，鎖定變頻器的輸出值以防止因數據的波動及其外部干擾引起的水分波動。上述第五步和第六步的兩種輸出方式通過編制功能選擇程序實現調節閥和變頻器的調節方式和功能二選一，互為備用，且調節和操作方式靈活多變，為典型的“雙回路”調節加水。本發明還有系統報警功能。本發明設定了變頻水泵故障狀態報警，一混機出口紅外水分檢測值與設定值偏差超限報警，配料料單設定值與計算值及其計量秤檢測值超差報警，加水流流量計算設定值與反饋值超差報警，混料皮帶含水量微波檢測值超限值報警。以此來實現加水全過程的跟蹤報警。當檢測設備實際發生故障時可手動輸入經驗值及化驗值，如混料皮帶混合料水分為化驗值等。本發明的特點分析如下：根據以上各個步驟的介紹，本發明也稱作“同域快速補償修正雙回路加水算法”。目前，在燒結混料加水過程中，發生加水量不穩定主要原因包括人為經驗判斷失誤、水分儀測量不準、含水量無法準確計算，無法根據實際天氣和環境因素實現水分值實時增減，無法實現設備無人值守等等，本發明針對以上各種原因造成的中加水不穩之定，在分析了具體原因及加水自動控制原理后，結合看水崗位的數據調查和分析，通過“同域快速補償修正雙回路加水算法”在宣鋼3#燒結機現場實施應用，解決和實現了宣鋼燒結機混合料加水在過去二十多年一直要解決而未能實現的精確自動加水控制功能。本發明最重要特點是：實現了混合料只在一個區域內自動定時定量快速的補償修正加減水；上步算法中創造性的將季節和溫度等氣象環境因素實現工業現場的數字化表述和應用；變頻和調節閥的雙路調節，調節和操作方式靈活多變，調節方式和設備互為備用。發明中涉及到的程序算法的編制和各類參數的整定均為發明人在大量的生產實踐和調試過程中取得的最為精準和匹配的數據，具有唯一性和排他性，是本行業其他技術人員難以想象的。將季節和溫度等氣象環境因素實現數字化應用于燒結工藝自動加水現場也屬于該發明中較先進理論方法和技術。加水自動控制過程中，為了嚴格控制加水計算基礎的干料，加水流量實現從零到實際值的線性遞增，各料批實際值段下所對應調節閥開度及變頻HZ實際調節限值數如下表：料批范圍t/h變頻水泵（HZ）調節閥開度（%）600-6504055500-5503752450-5003247400-4503045300－4002240本發明實施實例為宣鋼3#360㎡燒結機配混料加水系統，這臺燒結機在使用本發明進行自動加水控制后，投產至今未發生一起加水不穩定造成的廢料事故。當前第1頁1 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