钢铁企业原料厂全流程防错料系统的探索与研究.pdf

第6 5卷第5期2024年3月自动化应用Automation ApplicationVol.65 No.5Mar 2024钢铁企业原料厂全流程防错料系统的探索与研究王立峰（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山0 6 32 0 0）摘要：原料场是钢铁企业产品流程的“源头”，持续、精准、稳定供料是原料场的核心任务，对于采取被动式上料的原料厂，混料/错料事故会对焦炭质量、高炉气密性等产生立即性影响。为此，着重分析了上料全流程中混料/错料的原因，并从料场源头取料、上料皮带的流程切换运输以及最终进入用户料仓等全流程，制定了技术性防错料的手段，以保障各环节均能精准运输。实践表明，以上措施从本质化解决了混料/错料隐患，效果显著。关键词：源头取料，皮带，精准供给中图分类号：TU991.33Exploration and Research on the Full Process Mismatch Prevention System for Raw MaterialAbstract:The raw material yard is the source of the product process in steel enterprises,and continuous,accurate,andstable feeding is the core task of the raw material yard.For raw material plants that adopt passive feeding,mixing/misfeedingaccidents will have an immediate impact on coke quality,blast furnace airtightness,etc.To this end,the reasons for mixing/incorrect materials in the entire feeding process were analyzed,and technical measures to prevent wrong materials weredeveloped from the source of the material yard,the process of switching transportation of the feeding belt,and ultimatelyentering the users material warehouse to ensure accurate transportation in all links.Practice has shown that the abovemeasures have fundamentally solved the hidden dangers of mixing/wrong materials,and the effect is significant.Key words:source retrieval,belt,precise supply文献标识码：APlants in Iron and Steel EnterprisesWANG Lifeng(Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)D0I:10.19769/j.zdhy.2024.05.0170引言原料场是钢铁企业产品流程的“源头”，负责原燃料的接卸、转储、上料以及成品矿的厂际直供等工作。对于独立成单元的原料厂或原料部，部分钢铁企业将用户仓仓上卸矿车及料仓料位等装置划归到下游用户管理，原料厂采取被动式上料模式,导致混料/错料的风险有所提升。因此，原料场的技术防错措施也成为原料厂保供达产的重要评价指标之一。1混料/错料原因1.1料场源头取料错料堆取料机是原燃料上料的源头设备，随着环保要求，原料厂基本均建设了料场大棚覆盖，但料棚内灯光较暗，且原燃料料堆间距较近，部分物料的外观颜色和形状相近。堆取料机司机接到主控集控工对讲通知的上料任务后，需通过人工方式确认目标物料的品种及地址，受光线及物料作者简介：王立峰，男,198 6 年，工程师，研究方向为基础PLC一级自动化和智能控制,E-mail:wlf1986.ok。外观等因素的影响,存在区分错误,进而出现取错物料的现象1。尤其是中夜班司机,在后半夜执行取料任务时，由于个人精神状态不佳，存在料条判断错误现象。1.2过程流程皮带混料/错料1.2.1短流程衔接错料对于自动化程度较高的钢铁企业原料厂，控制工艺错综复杂,控制设备负荷率较高,为降低PLC的CPU占用率，使流程切换更灵活，更大程度上挖掘单一皮带机的过程工艺属性,在控制系统设计时，需偶尔采取灵活的短流程衔接替代固化的长流程控制工艺。从发货库存地到收货库存地需要2 个或多个输送流程进行衔接，这些输送流程称为短流程。短流程的优点在于可大大减少PLC程序量，节约占用的PLC的内存资源，组合灵活，可提高运输效率。但短流程的组合较自由，且短流程的选择及下发往往在一级系统操作，组合过程中没有品种确认连锁，操作较复杂，存在混料/错料的隐患，如图1所示。1.2.2任务流程取消混料/错料在基于罗克韦尔公司ControlLogix系列PLC为控制61自动化应用工业过程控制系统主体的控制工艺设计中,在1个流程结束运输物料任务后，无论是流程顺停还是故障急停，均需手动取消该流程，若流程未手动取消，则该流程处于待用备选状态，操作人员仍可启动流程。一旦操作员选择与其相关联的其他流程，则该备选流程仍可被启动，存在很大的错料风险和安全风险2 。2.短流程数量多，流程组合过程中出错率较高智幕来告花得种邦所，造成CF101料种不同时混错料GF104GF103烧结原料仓FK104S3转运站YL2-3FK204混料图1短流程混料/错料示意图1.2.3流程叠加混料/错料当2 条互为穴余的流程运送物料时，由于故障、检修的原因，需要将2 条流程上的物料叠加到1条流程，该操作称为流程叠加,是极其常用的操作方法。但由于流程叠加的逻辑中没有品种确认，因此，当对不同品种的物料进行流程叠加时，会混料现象。以1#球团、2#球团与3#球团同时向3#高炉供料为例，当1#球团、2#球团直供3#高炉时，物料供应不足，此时需要3#球团同时对3#高炉供料，若两发货地所发物种不同，程序中又缺少物料品种的识别连锁，极易发生流程叠加造成的混料事故，如图2 所示。KK406TYL2-8KK404KK2转运站YL2-9FQ101RKK4转运站Q4023#球团Q201SHRQP41#/2#CP12球团1.3用户仓上设备混料/错料被动式上料模式：用户仓仓上卸矿车和料位计设施的控制连锁均在下游用户，原料厂无法根据卸矿车位置进行连锁控制，供需双方通过人工电话联系的方式确认供料需求，同时卸矿车的实时位置也由现场岗位人员控制，目标物料人仓：需要用户集控方、供料集控方、仓上岗位方三者信息统一，且卸矿车能提前到目标仓位，其中只要一方出现错误,就会造成混错料。此外,在卸矿车的上游皮带一般通过翻板控制,通过翻板的位置变换,将不同种物料受卸到不同的卸矿车，然后入目标仓。实践表明，在翻板的料兜位置会存在积料，虽然只有2 0 30 kg，但也会造成混料现象，给高炉等带来影响3。62第5期2防错料技术措施实施及效果2.1取料源头防错料措施及效果(1)建立堆取料机和主控室通信。通过敷设光纤、更换光纤耦合器等方式建立“堆取料机一地面换向箱一地面远程站一主控操作服务器”的通信，将大机位置、状态信息等通过供料环网实时传输到中控，实现大机与中控的信息交3#高炉操作启动流程，造成混错料一级画面可人为操作，易误返焦、焦粉仓FJ403FJ402CF102SHFK205MA7FK2063#高炉N3-4L2-11KK403TQ401SHRQ202Q205KK402T图2 流程叠加示意图互。(2)料场料棚马道上安装激光雷达扫描仪，测距精度为2 cm，水平视场覆盖角度为36 0,按每10 0 m间距安装1个激光雷达扫描仪，进行料堆扫描。料堆扫描数据通过地面交换机传送到模型分析服务器，利用三维智能建模方法建立全料场的三维数字模型，通过可视化处理形成3D和2D仿真图像监控生产。同时，结合L2级系统料堆信息（料种类别、料种批次、料种地址）,数字化料场信息与流程任务连锁联动，保障任务物料品种、任务物料地址、任务流程三者统一，利用技术措施规避人员操作的问题。数字化料场如图3所示。图3数字化料场2.2过程流程皮带防错料措施2.2.1短流程衔接防错料措施(1)取消一级操作。通过修改流程选择上位画面的参数，取消中控操作人员一级流程选择的权限。修改二级数据库系统参数前，中控操作人员可在中控画面进行操作和短流程选择。修改参数后和程序二次编辑后，在流程操作界面取消中控操作权限，操作人员无法在一级上位画面进行流程选择。(2)进行虚拟化绑定，绑定后只需确定好流程的起点和终点,即可在Oracle二级系统确定对应的上游流程以及下游流程。通过二级系统将上游、下游短流程固化绑定为虚拟长流程，可防止人为组合短流程造成的错料和混料，同时不占用一级 PLC 的 CPU 利用率。(3)二级Oracle系统操作界面中添加了流程的自动判断和品种确认功能。二级流程选择判断，选择发货头设备和收货尾设备后，二级系统会自动提供可供使用的流程，流程确认后自动绑定料种，在二级系统中通过品种确认和流程判断，可防止物料和流程发生错误，避免混料/错料事故4。将原一级选择的流程通过二级进行流程矩阵排布、虚拟长流程的二次组合，屏蔽一级流程选择功能。流程的切换第5期与选择全部通过二级系统发起，且附带物种与目标仓的匹配。一级系统仅需“确认”而无需“选择”，杜绝了上下游流程衔接过程中物料品种不一致造成的混料事故，并充分避免了中控岗位人员远程操作短流程衔接输送物料过程中因品种不匹配造成的混错料事故，提升了系统自身防错料能力。2.2.2任务流程取消防错料措施及效果修改PLC程序中关于流程顺停以及流程急停指令。流程顺停3s后，流程顺停命令复位；流程顺停的3s内，流程被释放，即流程被自动取消；流程急停6 s后，该命令复位；流程急停命令4s后，流程被释放，即流程被自动取消，此时，操作画面对应的流程号显示为“0 。当流程顺停或急停后，自动取消该流程，使对应皮带不处于选择状态，防止点击启动按钮后再次启动，避免误操作造成的混料情况。该措施也是对短流程防错料最恰当的补充，短流程防错料+自动取消防错料既保留了设计初始流程的灵活性,又实现了短流程层面的防错料,效果明显5。2.2.3流程叠加防错料措施及效果在二级Oracle系统中添加料种判定程序，新流程与老流程分别需要在二级进行物种选择，判断两流程料种是否一致，若不一致则在二级界面出现警报弹窗，使后叠加流程无法启动。操作界面报警，禁止下发新流程，后启动对应皮带不能启动，有效避免混料/错料，如图4所示。手动衣手动式手动眼式H工广号复送图4增加料种选择判断2.4用户仓上设备防错料措施及效果下游用户与原料之间搭建PI服务器，建立数据通信，工业过程控制系统自动化应用上料任务可通过信息化的形式传递，化被动式上料为主动式上料。同时，在原料主控操作员站HMI进行二次开发，实现卸料小车到位信息、目标仓料种信息、原料场运输的料堆信息三者统一，否则流程无法启动。另外，原料可根据目标仓仓位和卸矿车实时位置，原料场可主动补仓，缓解生产压力。卸矿车上游皮带原设计是翻板通过液压推杆对中间轴作用来改变翻板方向，从而改变卸料方向。其具体原理如下：一是落料点直接砸到“中间轴”，使物料受卸方向错误，导致混料；二是翻板用于缓冲的料兜会产生积料，进而混料。通过优化现场溜槽的供料形式，由原来的翻板、插板分料改变为移动时溜槽供料，消除内部存料，同时将物料下料角度改成45用移动式的分料装置代替插板，降低了物料对料库的冲击,延长了设备的使用周期。3结语通过长时间的实践表明，从一级PLC控制程序连锁，二级Oracle数据库料种连锁、现场硬件设备下料方式等方向进行探究，通过堆取料机源头防错料、过程流程防错料、目标仓上设备防错料等一系列措施，可有效实现防错料，措施实施2 年内未发生混料/错料现象，效果明显，具备很强的推广价值。手动版式1梁慧，董飞,赵红明.PLC技术在电气工程及其自动化控制系统中的运用J.数字通信世界,2 0 2 0(9)：197-198.2卓兵.皮带运输机PLC控制系统的设计与实现J.当代化工研究,2 0 2 1(15):49-50.3李若新.Oracle数据库技术在钢铁企业中的一般应用J.数字通信世界,2 0 19(5)：192-192.4吕超，侯小猛，宋贵友，等.钢铁原料运输料仓除尘方式改造开发与应用J.皮革制作与环保科技，2 0 2 1,2(3)：12 7-12 9.5王欣.论智能料场之焦化上煤防错料混料的自动控制J.冶金自动化,2 0 2 2,46(S1):363-365.参考文献（责任编辑：黄霞）63