物料备料方法与流程

本发明涉及制造工艺技术领域，具体涉及一种物料备料方法。

背景技术：

目前，很多工艺都涉及到物料(例如，合金料、石灰石)的备料过程，这里以合金料为例进行说明，自贝塞麦开创转炉炼钢工艺至今，转炉炼钢已成为钢铁工业最重要的生产手段之一，到本世纪，转炉炼钢生产过程越来越精细化，对各种不同钢种的冶炼工艺具有不同的需求。

为使不同的钢种最终产品拥有不同的性能，常在转炉吹炼的过程中加入不同的合金。转炉合金下料量所占转炉炉容总量很小，但对产品性能产生重大影响。转炉生产过程不同于精炼炉，还要考虑保证一定的产品生产率，以80～120t转炉为例，一般吹炼时间20～50分钟，单炉生产总时间不超过一小时。合金料下料从几十到一百多公斤不等，每炉钢水通过一次合金下料完成。

一般在转炉高跨平台设置一套合金下料系统。典型的转炉合金下料系统主要工艺设备为振打电机和称料斗。下料前振打电机将合金按设定振入称料斗内，待下料时通过料管投入转炉。称料斗内重量到达设定后振打电机停止运行，因为惯性的作用，振打电机停止运行后，还有部分合金料进入称料斗内，使得合金料实际下料量比设定多，现有工艺往往人工设置合金备料停止振打的提前量，但由惯性等因素产生的误差往往和合金料的状态，如物料颗粒大小相关，一旦合金料状态变化，则很难保证最终落入到称料斗内物料的重量的准确。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的物料备料方法。

根据本发明的一个方面，提供了物料备料方法，方法包括：

plc控制模块根据补偿算法动态调整备料停机限值，根据变频器的参数信息设置预设备料限值，控制变频器的启动、停止和档位切换，以及设置物料的备料设定值；

变频器控制安装于振动筛上的振打电机工作，以使高位料仓内物料在振打电机的作用下通过溜管落入称料斗内；

称料斗内安装的称重设备对物料进行称重，并将物料当前的重量实时反馈给plc控制模块；

plc控制模块进一步实时判断备料设定值与反馈值的差值是否大于预设备料限值，若是，则控制变频器的档位设置于第一档位，控制振打电机以第一预设状态运行，若否，则控制变频器的档位由第一档位切换至第二档位，控制振打电机以第二预设状态运行；以及判断备料设定值与反馈值的差值是否小于备料停机限值，若是，则控制变频器停止工作，若否，则控制振打电机继续以第二预设状态运行。

根据本发明提供的方案，通过动态调整备料停机限值，以及参照变频器参数设置预设备料限值，plc控制模块根据备料停机限值和预设备料限值控制落入到称料斗内的物料，实现了准确地控制落入到称料斗内的物料的重量，使得落入到称料斗内的物料的重量更接近于备料设定值，提高了备料的准确性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的物料备料系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的物料备料方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明一个实施例的物料备料系统的结构示意图。该物料备料系统包括：高位料仓1、溜管2、振动筛3、振打电机4、称料斗5、称重设备6、电液平板闸门7、控制柜8、变频器9以及plc控制模块10。

物料备料系统工作过程如下：高位料仓1中装有物料，例如，合金料、石灰石等，高位料仓1通过溜管2同振动筛3连接，振打电机4安装于振动筛3上，振打电机4运行时，物料从振动筛3的下料口处落入称料斗5内，称料斗5底部安装有电液平板闸门7，内部安装有称重设备6。在备料时，电液平板闸门7处于关闭状态，振打电机4工作时，物料落入称料斗5内，重量不断增加直到称重设备6检测重量到设定值则振动停止，备料过程完成。下料时，电液平板闸门7打开，则物料由称料斗5落入转炉内。振打电机4通过控制柜8内的变频器9控制，变频器9设置两个档位，分别为第一档位和第二档位，使变频器运行于第一预设状态和第二预设状态。称料斗5内的称重设备6将重量信号传输给plc控制模块10。通过控制柜8内的plc控制模块10来控制变频器的启动、停止及档位切换。

图2示出了根据本发明一个实施例的物料备料方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤s200，plc控制模块根据补偿算法动态调整备料停机限值，根据变频器的参数信息设置预设备料限值，控制变频器的启动、停止和档位切换，以及设置物料的备料设定值。

具体地，备料停机限值是对振打电机停止工作时称料斗内的物料重量的限定；预设备料限值是对振打电机以高速运行还是以低速运行，称料斗内的物料重量的限定；备料设定值限定了本次备料过程，应落入到称料斗内的物料的重量值，是一个理想值，物料颗粒大小和振打电机停止工作后的余振都会影响最终落入到称料斗内的物料的重量。

在进行备料的过程中，为了能够快速地使物料落入到称料斗内，需要控制振打电机高速运行，以使得物料在振打电机的高速振打的作用下快速通过溜管落入到称料斗内。每次备料前都需要设置物料的备料设定值，即需要向称料斗中所备的物料的重量值，然而，如果一直保持高速运行，就会导致最终落入到称料斗内的物料的重量超过备料设定值，为了能够有效地控制最终落入到称料斗内的物料的重量，需要控制振打电机的运行速度，因此需要设置预设备料限值。在振打电机停止工作后，振打电机在惯性的作用下，会继续振动，高位料仓内的物料在余振的作用下，会继续落入到称料斗内，为了能够精准地控制最终落入到称料斗内的物料的重量，需要设置备料停机限值。因此，备料停机限值的数值影响着实际落入到称料内的物料的重量。

plc控制模块需要设定备料停机限值、预设备料限值以及备料设定值。

为了实现精细化备料，需要根据补偿算法动态调整备料停机限值，该补偿算法的实质是利用第n-1次备料的误差值en-1和n-1次备料的误差值总合来预估第n次的备料停机限值，具体地，可以利用如下公式(1)计算第n次的备料停机限值wln:

其中，wln-1表示第n-1次的备料停机限值，e为备料误差，表示备料实际值与备料设定值的差值，en-1表示第n-1次备料时，备料实际值与备料设定值的差值，ks、kr为权重，其中，ks、kr取值范围为(0，1)，在本发明实施例中，将第一次备料产生的误差记为e1，依次类推，第n-1次备料产生的误差记为en-1，第n次备料误差记为en。

在本发明实施例中，备料误差e可以分解为由系统本身机械缺陷等因素导致的系统误差和某些时刻由随机性事件，如料块大小不一，导致的随机误差，该补偿算法旨在于在备料过程中尽量消除随机误差对物料重量准确性的影响，以及在一定程度上降低系统误差对备料准确性的影响。

在公式(1)中，利用上一次备料情况ksen-1补偿部分系统误差和短时间(一般小于1次备料周期，例如，数十分钟)扰动所产生的随机误差的影响，但该项会受到长时间(大于1次备料周期)存在的扰动所产生的随机误差的影响；利用累计的误差值之和降低长时间(大于1次备料周期)存在的扰动所产生的随机误差的影响。

另外，ks、kr为权重，其中，ks、kr取值范围为(0，1)。

众所周知，任何系统的系统误差都不可能完全消除，只能尽量降低其影响，如果忽略系统误差，为使得备料实际值最终趋近并收敛于备料设定值，则ks、kr必须小于1且大于0，以补偿系统外扰动产生的随机误差。

如果物料备料系统工作的环境中，产生短期的扰动较多，主要指扰动持续时间小于一个备料周期的扰动，如环境中有其他设备振动干扰，使得振动筛下料偶然增加或减少，则应增加补偿算法中第二项ksen-1的权重，即适当设置较大的ks值。

如果工作环境中容易产生长期的扰动，主要指扰动持续时间大于一个下料周期的扰动，如高位料仓中的料批更换，导致物料颗粒度发生变化的情况。则应该增加补偿算法中第三项的权重，即适当设置较大的kr值。

对于不经常出现明显系统外扰动的环境，是一个趋近于0的值。偶尔出现的扰动造成备料实际值在备料设定值附近呈现震荡，为使得震荡在数个备料周期内收敛于备料设定值，则ks与kr之和也不宜大于1。因此，优选地，ks取值范围为(0.3，0.8)，kr取值范围为(0.01，0.1)。

在满足备料准确性的前提下，还需要考虑备料的快速性，尽量使整个备料过程尽可能多的时间振打电机都处于高速运行状态，这可以通过plc控制模块设定预设备料限值来实现。plc控制模块可以根据变频器的参数信息设置预设备料限值，其中，预设备料限值的设定需满足当振打电机由高速运行状态降为低速运行状态时，称料斗内的料重没有达到备料停机限值并留有足够的裕度。

针对变频器的控制方式不同，影响的因素也略有差别：

若变频器以v/f控制方式运行，变频器的参数信息包括：减速时间td、第二运行频率fd。减速时间与变频器输出频率成正比，则该预设备料限值需要满足以下条件：其中，twh表示振打电机以第二运行频率(变频器设定的低速运行频率，依据振打电机的低速运行频率而设定)将预设备料限值对应的物料振打至称料斗内所需时间，td表示变频器的运行频率从50hz降至0hz所需时间，n为预设倍数，且n大于1。

若变频器以矢量控制方式运行，参数信息包括：减速时间td、第二运行速度nd、额定运行速度ne。减速时间和电机速度成正比，则该预设备料限值需要满足以下条件：其中，twh表示振打电机以第二运行速度(变频器设定的低速运行速度，依据振打电机的低速运行速度而设定)将预设备料限值对应的物料振打至称料斗内所需时间，td表示变频器的运行速度从额定速度降至0所需时间，n为预设倍数，且n大于1。

在上述基础上，尽量减小预设备料限值的值，其值越小，则整个备料过程用时越短。需要注意的是，备料过程是不连续的过程，在准确性和快速性之间应优先满足准确性。

plc控制模块还可以控制变频器的启动、停止和档位切换，档位切换可以控制变频器的运行状态，档位处于第一档位时，变频器以第一预设状态运行(高速运行状态)，进而由变频器控制振打电机以第一预设状态运行，档位处于第二档位时，变频器以第二预设状态运行(低速运行状态)，进而由变频器控制振打电机以第二预设状态运行。

在设置好备料停机限值、预设备料限值和备料设定值之后，可以开始进行备料：

步骤s201，称料斗内安装的称重设备对物料进行称重，并将物料当前的重量实时反馈给plc控制模块。

在一个备料周期中，称料斗内安装的称重设备实时对物料进行称重，以及实时将物料当前的重量实时反馈给plc控制模块。

步骤s202，plc控制模块实时判断备料设定值与反馈值的差值是否大于预设备料限值，若是，则执行步骤s203；若否，则执行步骤s204。

初始时，称料斗内安装的称重设备反馈给plc控制模块的反馈值为0，plc控制模块判断出备料设定值与反馈值的差值大于预设备料限值，控制变频器的档位设置于第一档位，变频器控制安装于振动筛上的振打电机以第一预设状态运行，以使高位料仓内物料在振打电机的作用下通过溜管落入称料斗内。

为了确定变频器的运行状态是否需要进行切换，plc控制模块需要实时判断备料设定值与反馈值的差值是否大于预设备料限值，若备料设定值与反馈值的差值大于预设备料限值，说明称料斗内物料的重量与备料实际值还有一定差值，无需对变频器的运行状态进行切换，变频器可以保持以第一预设状态运行，即高速运行状态，若备料设定值与反馈值的差值小于或等于预设备料限值，说明称料斗内物料的重量已经接近备料实际值，则需要对变频器的运行状态进行切换，变频器可以保持以第二预设状态运行，即低速运行状态，从而能够保证精确地备料。

步骤s203，控制变频器的档位设置于第一档位，控制振打电机继续以第一预设状态运行，以使高位料仓内物料在振打电机的作用下通过溜管落入称料斗内。

步骤s204，控制变频器的档位由第一档位切换至第二档位，控制振打电机以第二预设状态运行，以使高位料仓内物料在振打电机的作用下通过溜管落入称料斗内。

不论变频器是以高速运行状态还是低速运行状态运行，称料斗内安装的称重设备一直实时地对称料斗内的物料进行称重，并实时地反馈至plc控制模块。

步骤s205，plc控制模块进一步实时判断备料设定值与反馈值的差值是否小于备料停机限值，若是，则执行步骤s206；若否，则执行步骤s207。

在控制振打电机以第二预设状态运行以后，plc控制模块还需要进一步实时判断备料设定值与反馈值的差值是否小于备料停机限值，以确定是否控制变频器停止工作，进行控制振打电机停止工作。备料设定值与反馈值的差值小于或等于备料停机限值，表明此时称料斗内物料的重量已经接近所设定的备料设定值，为了能够精准地备料，需要控制振打电机停止工作，利用振打电机的余振继续振打物料，使物料落入至称料斗内，从而使最终落入称料斗内的物料的备料实际值更接近于备料设定值；备料设定值与反馈值的差值大于备料停机限值，表明此时称料斗内物料的重量还与所设定的备料设定值有一定的差值，振打电机还可以继续以低速运行状态运行。

步骤s206，控制变频器停止工作。

步骤s207，控制振打电机继续以第二预设状态运行，以使高位料仓内物料在振打电机的作用下通过溜管落入称料斗内。

本发明提供的技术方案，通过动态调整备料停机限值，以及参照变频器参数设置预设备料限值，plc控制模块根据备料停机限值和预设备料限值控制落入到称料斗内的物料，实现了准确地控制落入到称料斗内的物料的重量，使得落入到称料斗内的物料的重量更接近于备料设定值，提高了备料的准确性。

另外，本发明的物料备料方法可以应用于对备料精度要求较高的转炉散装料下料系统，以及单炉冶炼单次下料的各种冶炼工程的各种下料系统中。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。