介绍了基于现场仪表通讯的配料控制仪在山东某烧结配料生产中的应用、优点、存在的问题及改进措施。来源:自动化工业网。
1、山东某集团烧结机配料控制仪概述。
在烧结配料过程中，根据高炉冶炼要求和各种物料的化学成分，对均匀混合生产烧结矿的铁矿石粉、燃料(焦粉)、溶剂(石灰石、白云石、生石灰)和冷热返矿进行配料计算，确定各种物料的配料比，通过重量检测和加料设备的控制实现配料。
烧结机配料仪控制的料仓。
2.烧结配料控制仪方案的特点。
针对传统烧结配料控制仪存在的问题，深入分析现场工艺和管理现状，结合最新实用先进的测控技术，设计方案特点如下:
2.1配料控制仪表系统采用基于现场仪表通信的分布式控制模式。
在本设计中，皮带秤、冲压流量计、雷达液位计、人工智能调节器等。通过具有现场通讯功能的宇典智能仪表与上位机通讯，形成基于现场通讯的分布式控制系统。
现场仪表通信采用基于主从协议原理的HART通信协议。其特点是通信中只需读写两条指令，上位机软件编写简单，上位机可以使用PC，应用了其软件资源丰富、开发快速的优点。与模拟传输相比，具有调试维护简单、精度较高的优点。配料控制仪具有以下优点:
(1)可靠性高。
光电隔离技术用于将通信接口与配料仪的其他部件隔离。当通讯接口或线路出现故障时，皮带秤和调节器仍能正常工作。由于采用低电平数字信号，相位连续平均值为零，抗干扰能力强。接线简单，维护方便，数据传输准确。故障不会在单台机器中的检测和控制设备之间传播，也不会在上、下位机之间传播，从而将故障对整个配料系统的影响降到最低，大大提高了系统的可靠性。手动和自动切换模式灵活多样。可在上位机、基础调节器、变频器、操作箱中进行转换，解决了故障时应急响应慢的问题。
(2)配料仪上位机数据处理能力强，监控程序功能更丰富。
由于数据是通过通讯的方式采集的，单机的部分统计数据由下位机完成，上位机主要处理系统数据，腾出更多的时间和内存来处理功能更丰富的应用。
(3)节约投资。
上位机不需要模拟输入输出模块和相应的机柜，也不需要热备用上位机。同时，增加单机时不需要增加公共硬件，节省了系统扩展成本。另外，节省了信号电缆和安装调试的费用。对用户和维护人员的素质要求也比较低，节省了培训费。
2.2配料控制仪硬件设备先进实用，维护工作量小。
(1)针对一般皮带秤维护工作量大、抗干扰能力差的问题，选择免维护称重毫伏信号现场数字化、4-20mA信号的皮带秤。
(2)选用先进实用的打孔机检测石灰和热返矿流量。
石灰和热返矿流量的连续检测是烧结配料中的一个难题。以前用螺旋秤检测石灰，用两个皮带秤或核子秤检测一个热返矿给矿点，不稳定，维护工作量大，精度低，投资高。本设计选用先进实用的冲压秤进行测试。用高精度称重传感器代替差分放大器，不仅提高了稳定性和检测精度，还降低了维护工作量和技术要求。同时，陶瓷耐磨冲压板的使用解决了钢制冲压板使用寿命短的问题。另外，其流量信号由皮带秤称重模块处理，解决了与上位机的匹配问题。
(3)选用先进的人工智能调节器作为基础配料控制器。
选择合适的调节器是实现高精度自动调节的关键。本设计选用厦门宇典AI-808人工智能调节器，具有现场通讯功能，采用模糊规则进行PID调节。与一般调节器相比，可以减小超调量，提高响应速度。误差较大时，采用模糊算法进行调整，完全消除PID饱和积分现象；当误差变小时，采用改进的PID算法进行调整。它具有自动学习系统特性和分别处理给定值和测量值变化的功能。它有多种设置模式，可以直接通过面板按钮上的手动数字进行设置，也可以通过外部给定端子上的模拟数字进行设置。为了防止异常超调，它还具有预设控制量上限和下限的功能。同时调试简单，对正常生产影响不大。结构类型为热拉入，更换方便快捷。
(4)选用先进的雷达料位计检测石灰和热返矿仓料位。
石灰和热返料仓料位的传统检测方法是称重、重锤和手动塞尺，维护困难，维护工作量大，不可靠。我们选择准确、可靠、免维护的雷达液位计检测。
2.3配料控制仪的应用程序新颖、实用、丰富。
应用程序采用VB6.0编写，可视化性能良好。与称重配料仪的通用监控程序相比，该系统的监控程序更加新颖、实用、丰富，具有很强的人机对话能力，突出表现在:
(1)报警方式采用超差反时语音报警。
传统报警多为瞬时或长期连续累积声光报警。由于送料方式的限制(下料不均匀)，瞬时量报警要么频繁发出误报警(来不及处理就恢复)；超出公差不会发出警报(大偏差)，但会错过警报。连续累计报警，也是因为累计时间太短或太长而误报和漏报。同时在确认报警对象时，要配合显示屏。我们使用超差反时限报警。也就是说，以一定的累计量(绝对误差)和时间间隔(最短的处理时间)作为报警条件，通过通信的方式不断累计瞬时误差并传送到上位机。单位时间内累计量越大，报警时限越短，反之，报警时限越长。同时，当瞬时偏差过大时，会直接报警。这样既不会有假阳性，也不会有假阴性。此外，采用语音播报系统，直接自动报告报警对象，并提示原因和处理措施。它不仅缩短了报警确认和处理时间，而且消除了操作人员盯着屏幕的需要，从而减少了他们的疲劳。
(2)解决了批量控制的问题。
传统的模拟集中控制系统需要实现可变物料批量控制，模拟量设置在上位机和调节器之间，硬件结构复杂。在上位机预设好可变料值后，通过现场通讯的方式改变调节器的设定值，根据料头和料尾对齐的原理自动发送。可变物料时间较短，最长时间仅为90秒(仅由混合料带式输送机的速度和料仓之间的距离决定)。调节器不超调，减少了可变物料波动带来的恶性可变物料和生产不稳定问题。当物料减速时，不需要与电气系统联锁。
(3)宇典AI-808真正实现手动自动快速切换，无扰动。
传统的手动和自动无扰快速切换是指手动和自动切换的瞬时输出值相等。在配料自动调整中，手动和自动无扰动快速切换要求切换前后被控或被控量的平均值相等，因此需要计算切换前被控或被控量的平均值，然后进行切换，以达到对工艺影响最小，真正实现手动和自动无扰动切换。显然，传统的瞬时手动和自动无扰快速切换并不适合这种情况。因此，我们使用现场通讯，在自动切换手动模式时，在上位机跟踪计算每分钟控制量的平均值；自动初始化时取这个值作为给定值；当从自动切换到手动时，首先在上位机跟踪计算每分钟控制量的平均值，并将该值作为手动操作的初始控制值。然后，将它们设置到人工智能调节器上，最后，在没有干扰的情况下，手动和自动快速切换平均值。实现了成功的转换，解决了以往手动和自动切换中控制量或设定值必须多次修改，仍难以达到切换要求值，导致生产波动，延长达到稳定的时间的问题。
2.3.4在零点校准和各刻度校准后，自动校正相应调节器的原始设定值。
根据零点和精度在零点和刻度校准前后的变化，自动计算出与原设定值对应的新设定值，保证了新设定值的物理量与原设定值相等，避免了零点和刻度校准带来的附加误差，保持了生产的连续性。一般的配料仪表控制系统没有这种功能。

2.3.5实现了超差、换仓、破仓、换料、延期的自动记录和按时间查询，解决了配料过程中工艺规程的实时监控问题。
当上述报警发生时，显示屏会自动弹出一个对话框，对话框中有报警对象、报警原因、处理方法、值班员等，值班员会逐项确认。明确责任，增强操作人员的自律意识，为正确分析波动原因奠定基础，有助于稳步提高技术水平。
2.3.6历史趋势图的纵坐标分为两个成比例的线段，保证了大流量和小流量在同一个画面中都能清晰区分瞬时变化趋势。
2.3.7每个秤的参数可以在上位机显示器上集中查看和修改，方便秤的校准。
2.3.8料仓内料位的虚拟指示是初始料位减去下料量即为剩余量，无需料位计即可准确指示料位。
2.3.9配料信息可以通过数据打包无误地传输，可以异地查询，实现了配料信息共享，提高了流程管理水平。
2.3.10比率设置灵活多样。根据工艺配料的配方，输入相关配料和总量后，可以自动计算设定量，也可以人工计算后，逐个输入设定值；它可以根据批量控制的要求在上位机上统一预设，也可以在每个基本调节器上单独设置。
2.3.11单台机器的历史统计数据存储在其对应的称重模块中，节省了上位机的时间和内存，增加了系统扩展的空间。
2.3.12计量单位可以点击，在t/h和kg/m之间互换，方便现场检定。
2.3.13显示屏上有帮助菜单，方便操作人员和维修人员学习和掌握。
3.利用烧结配料控制仪器效果。
两年的运行实践表明，烧结配料控制仪工作稳定可靠，降低了操作人员和维护人员的劳动强度。由于自动检测和调整，可以大大减少人工跑板和称重，可以留出更多的时间进行巡检，及时发现隐患，减少突发事故及其处理工作量。同时报警准确及时，也减少了干扰和故障处理的工作量。特别是换料、手动和自动转换可以一次完成，不仅增强了实时控制，提高了控制精度，还降低了重复称重的劳动强度。人机界面直观，功能操作简单，提供帮助菜单，方便易学。监控程序具有很强的人机对话能力，便于过程管理，提高操作人员的责任心，减少异常波动，促进生产指标的提高。
配料控制仪实现了圆盘给料方式下，控制稳定性可连续调节，每分钟累计量控制精度为1.5%。满足换料和延期料、手动和自动切换、秤校准前后平稳过渡、配料信息准确、及时、远程传输的工艺要求。应用功能集测量、控制和管理于一体，实现高性能投资比的目标。
4.烧结配料仪存在的问题及改进措施。
4.1仪器通讯速度慢。进一步完善下位机的功能，使上位机采集的数据已经统计并尽可能存储在指定的存储单元。同时，采用数据压缩技术，减少数据传输，缩短通信时间。另外，提高通信的波特率。
4.2送料设备下料不均匀。进一步改变送料方式，将圆盘送料改为宽带拖动。
4.3物理验证困难。在皮带机下料点加一个移动料斗秤，随时实物检查秤。
4.4仪表控制和电气控制分离。仪表控制与电气控制相结合，采用AI-301M开关输入输出模块，实现配料控制仪表的全自动化，将配料信息纳入生产管理信息网络。

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