1. 鋼鐵自動化配料的應(yīng)用現(xiàn)狀

     鋼鐵行業(yè)現(xiàn)在越來越重視配料，提出了“精料方針”，從原料進(jìn)廠開始要求全過程控制。“精料方針”的重要性是顯而易見，但真要落實(shí)確存在一定的難度，首先，要提高配料系統(tǒng)的自動水平和配料精度；第二，要從生產(chǎn)管理上下功夫，制定配料計(jì)劃；第三，要加強(qiáng)原料及成品化驗(yàn)，提高化驗(yàn)的準(zhǔn)確性、抽樣及化驗(yàn)的頻度等。自動化配料是其中的重要一環(huán)，它是配料計(jì)劃正確執(zhí)行的根本保證，如果沒有高水平的自動化配料系統(tǒng)，精料方針根本無從談起。  自８０年代末期，鋼鐵企業(yè)陸續(xù)對配料系統(tǒng)進(jìn)行改造，逐步實(shí)現(xiàn)了自動化配料，隨著技術(shù)的發(fā)展形成了幾種不同模式，包括靜態(tài)計(jì)量、電子皮帶秤計(jì)量、核子秤計(jì)量等，各種模式分別適用于不同的應(yīng)用現(xiàn)場。本文將針對這幾種配料模式進(jìn)行比較并提出一些必要改進(jìn)措施。

 2. 幾種自動配料模式的原理與優(yōu)缺點(diǎn) 

     2.1. 靜態(tài)配料模式  靜態(tài)配料模式適用于無連續(xù)配料要求的現(xiàn)場，這些現(xiàn)場對配料的時(shí)間要求不高，可按批次進(jìn)行配料，批間允許存在一定的時(shí)間間隔，如高爐槽下上料前后兩批間時(shí)間間隔為3~5分鐘，每批料由多種物料組成，物料所占比率根據(jù)工藝要求在一段時(shí)間內(nèi)相對固定，對單批料的組成比例要求并不嚴(yán)格，只要在較多批中物料組成比例能達(dá)到工藝要求即可。  靜態(tài)配料模式下，各種物料分別貯放在不同料倉，料倉給料一般采用電振給料、螺旋給料或星形給料等形式，計(jì)量一般采用計(jì)量倉，并配裝有壓式或拉式重力傳感器進(jìn)行力電轉(zhuǎn)換，信號經(jīng)二次儀表放大處理后接入PLC或DCS等來完成計(jì)量。在一些對時(shí)間要求寬的應(yīng)用場合，可以采用一個(gè)計(jì)量小車進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)量，計(jì)量小車沿軌道運(yùn)行，依次定位到各料倉下按比例進(jìn)行物料配加，各種物料的配加量采用減差法計(jì)算出來。亦有采用單一固定計(jì)量倉方式的，各料倉以環(huán)狀分布在一個(gè)計(jì)量倉周圍，各物料的計(jì)量亦采用減差法，物料自溜槽或皮帶輸送機(jī)依次按比例配加到計(jì)量倉。  分別計(jì)量和減差法計(jì)量之間各有優(yōu)缺點(diǎn)，分別計(jì)量可以根據(jù)每次所加料的重量、體積來設(shè)計(jì)合適的計(jì)量倉和計(jì)量儀表，可以提高計(jì)量的準(zhǔn)確性，尤其是對小比例物料，但計(jì)量倉與計(jì)量設(shè)備成倍增加，成本較高。減差法計(jì)量采用一個(gè)計(jì)量倉或計(jì)量小車，計(jì)量設(shè)備投資少，同時(shí)由于采用同一計(jì)量設(shè)備，無論計(jì)量誤差如何，但都可以保證物料按比例配加，但對于小比例物料配加往難以保證其準(zhǔn)確性。  計(jì)量后的物料經(jīng)過集中后一般形成層狀或段狀分布的一批料通過輸送設(shè)備（如皮帶或小車）輸送到受料口，進(jìn)入下一工序，即完成一批料的配加。由于物料計(jì)量、輸送、加入等環(huán)節(jié)在時(shí)間上可以重疊在，在控制流程可以采用并行方式，以節(jié)省上料時(shí)間，提高上料速度。

      2.2. 動態(tài)配料模式  動態(tài)配料適用于連續(xù)配料要求的現(xiàn)場，如燒結(jié)配料、焦化配料。這些現(xiàn)場對配料的連續(xù)性要求較高，一般不允許出現(xiàn)中間配料停止的情況，對各種物料的配比要求比較嚴(yán)格。動態(tài)配料系統(tǒng)計(jì)量一般采用電子皮帶秤或核子秤作為計(jì)量設(shè)備，配料秤主機(jī)都帶有PID調(diào)節(jié)及報(bào)警功能，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)倉的自動控制。對于整個(gè)自動配料系統(tǒng)而言，配料秤一般作為計(jì)量儀表使用，有些自動控制功能比較強(qiáng)的配料秤可以利用其自控功能，配料秤通過現(xiàn)場總線與控制主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)分散式的體系，配料秤在體系作為一個(gè)子站或從站。

       2.2.1. 電子皮帶秤的計(jì)量原理及選型  電子皮帶秤利用計(jì)量皮帶來運(yùn)輸物料，當(dāng)物流經(jīng)過稱量段時(shí)由稱量段進(jìn)行連續(xù)采樣，由傳感器進(jìn)行力電轉(zhuǎn)換為mV級信號，經(jīng)放大器放大為電流信號后進(jìn)行遠(yuǎn)傳，電流信號可以與秤主機(jī)連接或直接與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，秤主機(jī)或計(jì)算機(jī)完成零點(diǎn)校驗(yàn)、標(biāo)定、測試、控制等功能。  稱量段是由一段皮帶、一組稱量托輥、支撐框架及力傳感器組成，結(jié)構(gòu)上有全懸浮式、半懸浮式、杠桿平衡式等多種形式，全懸浮式稱架結(jié)構(gòu)一般采用4只傳感器，半懸浮式一般采用1或2只傳感器、杠桿平衡式一般采用1只傳感器，傳感器有拉式傳感器和壓式傳感器兩種，根據(jù)稱架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以選用不同的傳感器。多傳感器設(shè)計(jì)時(shí)各傳感器可以采用并行和串行連接兩種方式。  對電子皮帶秤而言，其稱架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳感器的選擇是整體計(jì)量精度重要影響因素。秤架要具備足夠強(qiáng)度、形變小、重量輕。傳感器要根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷進(jìn)行選擇，有時(shí)會出現(xiàn)傳感器選擇過大，信號空間過窄，信燥比小，導(dǎo)致計(jì)量精度差、波動大等后果。全懸浮式和半懸浮式秤架由于其秤架的重量加在傳感器上，傳感器量程較大，相對靈敏度較差，此時(shí)要綜合考慮秤架及物料負(fù)荷的情況選擇傳感器，既要滿足最大物料負(fù)荷的要求，還要盡量提高相對靈敏度，滿足計(jì)量精度的要求。  

       2.2.2. 核子秤的計(jì)量原理及選型  核子秤是利用物料對核射線的吸收量與物料量相關(guān)的原理設(shè)計(jì)的。其數(shù)學(xué)模型如下所示     I=I0e-μdδ                   （1）    F=AlnI/I0    （2）     L=FV                       （3）    I0  ：無物料時(shí)的射線強(qiáng)度     I   ：被物料吸收后的射線強(qiáng)度    μ：物料的質(zhì)量吸收系數(shù)    d  ：物料厚度   δ ：物料比重    A ：負(fù)荷常數(shù)    F ：負(fù)荷     L ：物料實(shí)際流量  核射線自核源發(fā)出成一定角度穿透物料到達(dá)電離室，電離室內(nèi)裝有惰性氣體，惰性氣體在核射線的作用下電離，由采集裝置采集到電離的強(qiáng)度信號，經(jīng)前置放大后進(jìn)行遠(yuǎn)傳（一般為脈沖信號，脈沖的頻率與被射線照射的物料的量成線性相關(guān)），測速傳感器采集物料的移動速度，放大后遠(yuǎn)傳。核子秤主機(jī)對現(xiàn)場傳來的信號進(jìn)行放大處理后根據(jù)模型計(jì)算出實(shí)際的物料流量。  核子秤選型時(shí)要重要考慮核源強(qiáng)度、電離室、前置放大器等設(shè)備。核源的強(qiáng)度要符合國家衛(wèi)生防疫的有關(guān)規(guī)定，并滿足計(jì)量的要求。電離室和前置放大器要具備足夠的靈敏度和較小的漂移量。有時(shí)會以上各項(xiàng)選擇不當(dāng)造成因漂移量與靈敏度的影響而導(dǎo)致計(jì)量精度過小，不能滿足計(jì)量的要求。

       2.2.3. 電子皮帶秤與核子秤的比較  電子皮帶秤直接測量物料的重量信號并轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，物料的比重、形狀、粒度等對計(jì)量準(zhǔn)確性影響不大，計(jì)量精度高，一般為0.3％，但秤架的維護(hù)量大，對環(huán)境要求較高。核子秤通過間接方式測得質(zhì)量流量，由于其測量的原理的限制，物料的比重、形狀、粒度等對計(jì)量準(zhǔn)確性影響較大，計(jì)量精度也不高，一般為1%，但秤架維護(hù)量不大，適合于各種惡劣環(huán)境。核子秤由于具有核輻射，不能用在人員較多的場合，也不能應(yīng)用于食品計(jì)量上。

       2.2.4. 動態(tài)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)  計(jì)量儀表可以選用電子皮帶秤或核子秤，可選用測速裝置，如果秤具備自動控制及通訊功能，可以考慮分布式配料系統(tǒng)，否則只可將秤作為一臺計(jì)量儀表，控制功能由計(jì)算機(jī)來完成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要具備完善的通訊功能、高精度的輸入與輸出模塊、低故障率、易維護(hù)，軟件設(shè)計(jì)要充分考慮工藝的要求，具有一定的靈活性，并提供故障診斷功能，以協(xié)助檢修人員進(jìn)行檢修維護(hù)。 3. 配料系統(tǒng)發(fā)展  隨著研究的不斷深入及相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，配料系統(tǒng)也在不斷更新發(fā)展，主要包括以下幾個(gè)方面。  ▲高精度：新型傳感器、更科學(xué)的秤架結(jié)構(gòu)、高精度AD轉(zhuǎn)換模塊的采用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有效的提高了系統(tǒng)的整體計(jì)量精度；  ▲高可靠性：電路的高集成度與簡約化大大降低了系統(tǒng)的故障率，減少了維護(hù)量，故障時(shí)間大大縮短；  ▲智能化：系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了更多的新思想、新技術(shù)，系統(tǒng)的功能進(jìn)一步完善，與管理信息系統(tǒng)、化驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行信息共享，可以為管理提供多種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自動對配料比例、數(shù)量等進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到智能化配料。  ▲分布式：智能型的稱重配料單元被廣泛采用，現(xiàn)場單元的計(jì)量與控制功能逐步完善，形成分布式的結(jié)構(gòu)體系，系統(tǒng)的可靠性有了較大提高，計(jì)算機(jī)也從繁重的計(jì)量與控制工作中解脫出來，將重點(diǎn)放在了數(shù)據(jù)處理與配料優(yōu)化方面。