攀枝花钢钒有限公司炼铁厂四川攀枝花617062
摘要：本文着重探讨了攀钢钒炼铁厂3#高炉马基式旋转布料器的控制方式，以及OvationDCS控制系统对高炉布料精度的控制应用，为高炉生产的稳定顺行及高强度冶炼创造了条件。
关键词：马基式布料器；控制方式；精度
引言
攀钢钒炼铁厂3#高炉炉顶设备采用的马基式旋转布料器，由小钟、小钟斗和小钟杆等组成，其主要功能是保证高炉布料均匀，是高炉生产的重要设备。马基式布料器由电机通过传动装置驱动旋转到角度，将炉料按步进角度分布在360°的设定点上，在大钟开启时，物料按设定点投入炉内，达到炉料均布。一旦出现控制故障，炉料就不能按料制进行正常的循环布料，将直接影响到料面、料比发生变化，造成炉内煤气分布、风温、顶压不稳定等状况，导致冶炼操作难度增加，生铁质量、数量下降。因此，马基式旋转布料器的精准控制对确保高炉生产稳定顺行具有极为重要的作用。为便于描述，以下简称马基式旋转布料器为布料器。
1布料器的组成及工艺要求
1.1布料器的装置组成
布料器通过由电动机、减速器、万向联轴器经圆锥齿轮减速器及开式小齿轮、转动大齿轮而驱动料斗和小钟一起旋转。在攀钢钒炼铁厂3#高炉采用变频器控制交流电机，角度转换为绝对式编码器检测，具体负责的控制模式由DCS实现。
1.2布料器工艺要求
布料器的旋转角度选用，对于大型高炉采用15°角24个正反旋转点为基本参数，中型高炉采用60°角6个正反旋转点为基本参数，且带料旋转，旋转速度约为3转/分，布料器有效容积为料车有效容积的1.1倍。
攀钢钒炼铁厂3#高炉的炉容为1200m3，属中型高炉，冶炼中常用角度为60°×6的布料制度。因冶炼钒钛磁铁矿的特殊性，在生产冶炼实践中总结出若干个布料角度以适应不同的工况条件，由此要求布料器控制系统能多角度、多方式设定控制角，达到灵活的全方位控制角度。布料器的设定角度为步进方式，以大钟开启为条件，每开一次大钟，变化一次布料角度，即角度自动步进，布料器转角以料车斜桥中心线设定为0°，料车到顶布料器角度自动清零，延时转动布料器。
为适应生产实际需求，要求布料器具备自动、手动两种工作模式：手动模式下可以对变频器速度进行设定（低速、高速），角度控制在手动模式下可以实现步进，DCS与变频器之间能交互数据，以便对变频器故障进行复位等操作。
布料器的实际控制角度，以设定角度是否大于180°而定正反转，小于180°，每一次正转相应的设定角度，布料器在小钟开启前旋转到位。（图1）
1.3布料器工艺控制流程
在攀钢钒炼铁厂3#高炉的布料器控制方面，已经对控制系统进行了技术改进，布料器在高炉操作上主要采用DCS进行控制，由变频器来实现布料器的高精度控制。（图2）
图2布料器控制系统工艺图
2布料器控制程序设计
攀钢钒炼铁厂3#高炉控制系统采用艾默生公司的DCS系统Ovation1.6.2系统（美国西屋公司产品WDPFII升级后第三代世界先进的主流集散系统），功能强大，网络配置安全，提供集成的复杂算法功能块，可以很好的实现数字量与模拟量控制。该系统基于SunMicrosystenes公司Solaris8.5版Unix系统，传承沿用WDPFII分布式系统经典开服软件平台提供PowerTools软件开发工具以I/OBuilder、PointBuilder、ContrlBuilder、GraphicsBuilder、WEStationConfigTools及DropLoader等构成强大软件开发平台，硬件方面以快速以太网为网络主架构，以双冗余热备控制器Drop为核心，以服务器SS/HRS、工程师站/操作员站EWS/OPR、OPC等构成。该系统对数字量及模拟量处理完善，功能领先于其他控制系统，为布料器的高性能控制提供了有效保障，本文将所有涉及布料器的程序控制均是基于Ovation1.6.2系统及其平台予以实现。（图3）
布料器控制程序在Oation系统上，需完成编码器角度检测转换、实际角度转换运算，布料器动作方式设计按2.3，2.4，2.5所述完成程序功能实现。
2.1编码器角度转换程序
选用10位绝对式高精度编码器同轴布料器减速机检测旋转角度，将10位编码器变化信号接入DCS数字量输入模板，因绝对式编码器采用格雷码编码方式，DCS系统检测到的格雷码为GnGn-1Gn-2…G2G1G0，DCS系统需要将格雷码转换为二进制编码BnBn-1Bn-2…B2B1B0后才进一步转换为模拟量进行运算，根据格雷码和二进制转换转换公式格雷码高位保留为二进制高位，格雷码次高位与转换后二进制码高位异或得到二进制次高位，以此按位异或进行格雷码与二进制转换，后利用Ovation系统提供的控制算法PACK16(数字量打包算法)对数字量点进行打包处理该算法展开即为对二进制编码进行十进制转换，采用SPTOSA将数字量转换为-32767～32767的模拟值，利用程序TASK（任务区）自扫描频率计算增加的角度变化量，并最终将其转换为实际的编码器角度值，其中10位编码器最大一圈可以检测1024，对应于角度就是360°，在角度显示转换时以如下公式计算系数：
以该系数乘以累加的角度变化值即实际转动的角度，对于显示角度，在前面的讨论中已经阐明，布料器正转显示实际转动角度，布料器反转，显示360°减去实际转动角度。
2.2布料器工作方式设定
利用DCS系统提供的人机接口功能，设计自动、手动、步进、高速、低速按键，与布料器控制变频器的故障软复位按键。
图3Ovation系统图
正常情况下布料器选择自动方式工作，在手动模式下可以选择步进，给出高速和低速的组合指令“启/停”布料器，也可以在特殊情况下强制布料器到位。
为更好的监控布料器运行状态，在操作画面上利用DCS的优势通过字体颜色来表明状态，并对其电源进行监视。
2.3布料器逻辑程序设计
布料器启动、停止以及布料转动到位与高炉上料逻辑程序连锁，构成高炉上料系统密不可分的一环，关键点连锁进入高炉炉顶设备联动，完成类似60°×6的布料制度工艺要求。
2.4布料器角度控制程序设计
在布料器角度控制程序中与料单结合紧密，在初始设定值得到赋值后，布料器角度设定值步进与大钟开连锁，每开一次大钟布料器进位，在Ovation系统中采用ANALOGDRUM(模拟量磁鼓类似位寄存器)实现角度1、2设定及步进功能；采用HIGHMON（高值监视算法）对设定值是否大于180°进行判断从而决定布料器正转还是反转，以3个DBEQUALS（偏差比较）算法来判定布料器转动速度和是否到位，该程序设计实质是充分利用插补控制原理进行布料器角度精确控制，采用系统提供的其他高级算法的优点进行程序优化组合，使程序设计更严密，得以实现更完善的功能。
3布料器的控制方式及控制精度
3.1布料器角度控制方式
按照工艺要求，对攀钢钒炼铁厂3#高炉布料器设计为双角度设定菜单，有角度1、角度2两种方式；角度1按常用60°×6角度步进设定，角度2按51°×7角度设定，以满足高炉在2-1-2、1-1-2等料制下，不同的布料角度选择。
布料器控制模式设计为自动、手动、停用三种；在手动模式下布料器有启动、停止、步进操作，强制到位操作；可以设定布料器高速、低速传输至变频器，有正转/反转、电源状态显示等。
布料器角度控制操作画面（图4）。
图4布料器控制操作画面
在（图4）中，角度1、2的红色表示选中，表示角度设定的输入域（人机接口），表示当前需控制的布料器角度设定值。表示当前工作方式为自动。
3.2布料器角度的处理
布料器的角度选择是相对角度，每一个角度值以料车斜桥向中心线为0°，转动的角度值由10位编码器连接在减速机同轴引出杆上，通过接入DCS系统的数字量输入模板，按编码器角度经典处理方法（格雷码→二进制编码→十进制）进行数字-角度转换，并按360°换算成角度，在零点的处理方式上由传统的固定零点改进为活零点（动态零点，一种比较复杂的灵活的算法动态取零，不需要将编码器校对到绝对零点位置）。
3.3布料器的逻辑控制流程
布料器的逻辑动作与高炉料单、料车位置、矿石中间斗排料、大小钟状态、探尺状态等相互连锁。在布料器第一次运行读取设定角度时，需要手动操作步进到第一位角度值，当布料器取得初始设定值后，高炉每开一次大钟，布料器控制角度变化一次。
在钟式高炉上，料单分为A/B/C三种程序，A程序上料次序为SCSC↓，B程序CSCS↓，C程序SS↓SCCC↓。周期进位以料车底部条件触发条件，↓为开启大钟标志，即：A/B程序各开启大钟一次，C程序开启大钟2次。通常开大钟时，小钟上往往已经上一车料，在A/B/C程序周期第二位时，大钟满足开启条件，当大均压好、探尺到料线、小钟关极限、小均压关极限、高炉允许开大钟等条件满足时，高炉开启大钟，随后布料器读取下一个角度设定值进行布料，料车底部位置是重要的程序标志，此时，料单要进位，槽下需按料单排料，小均压阀要开启，炉顶布料器角度显示值清零，布料器延时启动正（反）转，至控制角度，布料器到位，小钟等待小均压信号好开小钟，循环上料。
3.4布料器角度的精度控制
布料器控制的难点和重点是角度精度的控制，即每一次旋转的角度高精度控制。在电气上采用变频器进行控制，但实现高精度的控制关键在于DCS角度控制程序，包括对布料器实行启动、停止、低速、高速控制。
因布料器在布料时，不允许在某一角度值来回转动寻找控制平衡点，布料器角度控制在DCS程序中设计为开环控制。由（图6）可见：布料器在程序启动前先进行方向判断，以读取的控制角度与180°比较，低于180°给出正转信号，显示的转动角度为实际转动角度；若读取的控制角度大于180°，给出反转信号，显示的角度为360°减去反转的实际角度。在速度给定上（图7），采用可调偏差设定比较，当实际转动角度检测反馈与设定角度值偏差绝对值大于25°，给出变频器高速；当实际转动角度检测反馈与设定角度值偏差绝对值大于8°小于25°，给出变频器低速；实际转动角度与设定值偏差比较绝对值在4°以内，发出布料器到位信号，同时发出布料器停止信号传输给变频器控制。（上述角度值只是方便论述，不代表实际控制参数）。
图7变频器速度控制约束表
4结束语
通过将艾默生公司的DCS系统（Ovation1.6.2系统）运用于攀钢钒炼铁厂3#高炉马基式旋转布料器的控制，采取DCS系统与变频器相结合的方式，将误差精度控制在0.1°内，满足布料的精度要求，实现炉料均匀分布，为高炉生产的稳定顺行创造了条件。
参考文献
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[7]《微型计算机硬件软件及其应用》周明德编著.
作者简介
罗蜀希（1972、07-），女，本科，攀钢钒炼铁厂设备室。