KR脱硫升降小车系统智能控制策略

2015-11-02改造者祝兵权

中国科技信息 2015年15期

关键词：搅拌器设定值铁水

改造者：祝兵权叶静

KR脱硫升降小车系统智能控制策略

改造者：祝兵权叶静

本文针对目前KR脱硫升降小车系统控制系统的不足，提出了一种智能控制策略，并详细阐述了该策略的控制流程。依据该控制流程能够实现升降小车系统的全自动控制，并通过设置上升甩渣与定位甩渣子流程，有效地解决了搅拌器叶片堆渣问题。

KR脱硫是现代钢铁工业优化工艺流程的重要手段，具有脱硫能力深、脱硫能耗低、冶炼周期短等优点，是冶炼高品质钢材的优良选择，深受各钢厂厚爱。

升降小车系统是KR脱硫的核心设备，它的控制也就成了KR脱硫安全、有效、经济、快速生产的关键。升降小车系统主要包括升降小车、升降小车卷扬装置（以下简称卷扬装置）、升降小车定位夹紧装置（以下简称夹紧装置）、搅拌装置等设备，升降小车由卷扬装置通过钢丝绳拖动做上下运行，搅拌装置安装在升降小车上，用于拖动搅拌器旋转搅拌，夹紧装置用于固定升降小车，以防止搅拌器旋转时因升降小车导轨与升降小车之间的间隙而晃动。目前升降小车系统控制策略存在以下几类问题：升降小车等设备多为通过计算机集中手动控制，即由操作人员根据工序逐步操作对升降小车系统进行控制，手动操作大大增加了工人的劳动强度，易造成生产事故，同时延长了生产周期，增大了脱硫前后铁水温差，给下一道炼钢工序造成不利影响；铁水搅拌处理后铁水表面浮有一层较厚的铁水渣，现有控制策略下搅拌器提升时搅拌器叶片上便会形成堆积，往往处理几罐后叶片上便堆渣高达300～400mm，当堆积比较严重时，搅拌器叶片轮廓改变，搅拌漩涡难以形成，导致脱硫剂无法顺利被漩涡带进铁水，从而增加脱硫剂耗量，并加速了搅拌头耐材的腐蚀，目前在线刮渣装置使用不理想，只能在离线状态下人工刮渣，严重影响了生产进度。

本文针对现有控制策略的不足，为KR脱硫升降小车系统提供一种智能控制策略，实现升降小车系统的全自动控制，实现正常生产时搅拌器叶片少带渣，甚至是不带渣，保证生产的连贯性，缩短生产周期。

工艺流程简介

KR脱硫的基本方法是采用一个浇筑有耐火材料外衬的三叶或四叶搅拌器，插入到铁水罐铁水液面下一定深度进行旋转搅拌，使铁水产生漩涡，将投入到铁水表面的定量脱硫剂卷入并与铁水充分混合发生脱硫反应，达到脱硫的目的。

图1中升降小车、卷扬装置、夹紧装置及搅拌装置等设备属于升降系统，料仓、称量斗、加料溜槽、手动插板阀及旋转给料器属于加料系统，铁水罐车属于地面车辆系统。

图1中升降小车等待位与甩渣位是机械限位，其高度由工艺确定，固定不变，搅拌位是根据铁水液面高度计算而来的，它随每罐铁水液面的高度改变而改变。

图1　KR脱硫工艺布置简图

控制策略

将升降小车系统整个控制流程分为下降定位、搅拌脱硫、上升甩渣、定位甩渣、返回待机位五个子流程。KR脱硫控制系统发出升降小车系统自动运行命令后，各子流程之间将建立逻辑关系，前一子流程的完成是后一子流程的启动信号，从第一个子流程开始执行，直至执行完第五个子流程，完成整个控制流程，若前面四个子流程执行中任一个出现故障，则停止执行当前子流程，跳转执行第五个子流程，同时画面上报警，若第五个子流程执行中出现故障，则停止执行当前整个控制流程，同时画面上报警。当控制系统未发出升降小车系统自动运行命令时，各个子流程之间是相互独立的，不存在运行的逻辑顺序，当第五个子流程执行完或该子流程出现故障，各个子流程之间运行逻辑顺序自动取消。

首先分配寄存器Rxy（其中x=0，1，2，3，4，5； y=0，1，2）以存储整个控制流程以及各子流程运行状态，如表1为各寄存器的数值含义，其中Rx0表示流程是否正在执行，Rx1表示流程是否执行完，Rx2表示流程执行中是否出现故障。

表1　寄存器数值与含义对照表

图2　升降小车系统控制流程图

图3　下降定位子流程的控制流程图

如图2所示，当地面车辆系统以及其它系统准备好后，控制系统发出升降小车系统自动运行命令（同时将各寄存器复零），进入升降小车系统自动控制流程，R00置1；然后进入下降定位子流程，R10置1，若该子流程无故障执行完，则R10复0、R11置1；然后进入搅拌脱硫子流程，R20置1，若该子流程无故障执行完，则R20复0、R21置1；然后进入上升甩渣子流程，R30置1，若该子流程无故障执行完，则R30复0、R31置1；然后进入定位甩渣子流程，R40置1，若该子流程无故障执行完，则R40复0、R41置1；以上各子流程顺利执行完或任一子流程执行中出现故障（子流程出现故障则将相应Rx0复0、Rx2置1），则进入返回等待位子流程，R50置1，若该子流程无故障执行完，则R50复0、R51置1，若该子流程执行中出现故障，则R50复0、R52置1；返回等待位子流程无故障执行完或执行中出现故障后，进行流程运行状态判定，若各子流程无故障执行完，则R00复0、R01置1，若任一子流程执行中出现故障，则R00复0、R02置1，提示出现故障的子流程并在画面上报警。

图4　搅拌脱硫子流程的控制流程图

下降定位子流程控制策略

如图3所示，进入该子流程后（寄存器R10置1），首先判断升降小车系统是否故障，若无故障则从二级系统读取铁水液面高度或根据铁水重量计算铁水液面高度，从而根据工艺要求计算出搅拌器应插入铁水液面下的深度，得到升降小车应到达的高度（即搅拌位）；然后松开夹紧装置，同时启动定时器T1；夹紧装置松开到位后启动卷扬装置，卷扬装置下降至搅拌位后停止运行；以上顺利执行完后复位定时器T1，寄存器R10复0、R11置1。

若该子流程运行时间超过设定值或升降小车系统故障则下降定位子流程故障，寄存器R10复0、R12置1。

定时器T1～T5是为了防止其所在子流程程序进入死循环而设置的时间控制器，若该子流程运行时间超过设定值则下降定位子流程故障，若该子流程在设定时间范围内执行完则定时器T1复位。

搅拌脱硫子流程控制策略

如图4所示，进入该子流程后（寄存器R20置1），首先判断升降小车系统是否故障，若无故障则压紧夹紧装置，同时启动定时器T2；夹紧装置压紧到位后启动搅拌装置，加速旋转搅拌器，搅拌器旋转速度达到设定的加料门槛速度后，请求加料系统加料；加料系统开始加料后，继续加速旋转搅拌器直至达到设定的工作速度，此时开始累计搅拌时间；搅拌时间达到设定值后，复位定时器T2，寄存器R20复0、R21置1。

若该子流程运行时间超过设定值或升降小车系统故障则搅拌脱硫子流程故障，寄存器R20复0、R22置1。

上升甩渣子流程控制策略

如图5所示，进入该子流程后（寄存器R30置1），等待加料完成信号，若未有加料完成信号则画面通知人工确认加料完成；加料完成信号到达或人工确认后，判断升降小车系统是否故障，若无故障则减速旋转搅拌器，同时启动定时器T3；搅拌器旋转速度减少至其工作速度的约2/3后松开夹紧装置；夹紧装置松开到位后，启动卷扬装置将升降小车提升至甩渣位；然后停止卷扬装置并复位定时器T3，寄存器R30复0、R31置1。

若该子流程运行时间超过设定值或升降小车系统故障则上升甩渣子流程故障，寄存器R30复0、R32置1。

定位甩渣子流程控制策略

如图6所示，进入该子流程后（寄存器R40置1），首先判断升降小车系统是否故障，若无故障则压紧夹紧装置，同时启动定时器T4；夹紧装置压紧到位后加速旋转搅拌器，搅拌器旋转速度达到其上限速度后，开始累计甩渣时间；甩渣时间达到设定值后，复位定时器T4，寄存器R40复0、R41置1。

若该子流程运行时间超过设定值或升降小车系统故障则定位甩渣子流程故障，寄存器R40复0、R42置1。

图6　定位甩渣子流程的控制流程图

图7　返回等待位子流程的控制流程图

返回等待位子流程控制策略

如图7所示，进入该子流程后（寄存器R50置1），首先判断升降小车系统是否故障，若无故障则减速旋转搅拌器，同时启动定时器T5；搅拌器旋转速度减少至其工作速度的1/5后，停止搅拌装置，松开夹紧装置；夹紧装置松开到位后，启动卷扬装置将升降小车提升至等待位；然后停止卷扬装置并复位定时器T5，寄存器R50复0、R51置1。

若该子流程运行时间超过设定值或升降小车系统故障则返回等待位子流程故障，寄存器R50复0、R52置1。

定时器T1是为了防止下降定位子流程程序进入死循环而设置的时间控制器，若该子流程运行时间超过设定值则下降定位子流程故障，若该子流程在设定时间范围内执行完则定时器T1复位。