一种利用数学模型监控圆盘给料机给料量的方法与流程

本发明涉及一种利用数学模型监控圆盘给料机给料量的方法，属于混匀配料技术领域。

背景技术：

圆盘给料机由给料机和称量机组成，是钢铁企业普遍应用的配料设备,遍布原料场、烧结、焦化等生产工序，具有灵敏、可靠、准确的优点。对于圆盘给料机，理论上可以达到生产需要的精度。但是，在实际生产过程中，由于设备、管理以及外界因素的影响，如称量托辊运转异常、皮带跑偏、测速装置异常、传感器异常、零点漂移等问题，都会导致实际给料量同设定给料量发生偏差；而通过配料系统本身的调节，使得反映在电子秤上的值同设定给料量数值仍然是吻合的，即数据仍然显示正常，故配料继续进行，而没有针对系统设备本身问题的检测；当偏差逐步变大，依靠肉眼才能发现或利用秤间差核算后去发现问题，也非常滞后，往往导致库存偏离，难以补救，使配料质量出现偏差；配料比的执行精度决定了配料结构、成本、技术经济指标以及产品的物化性能和冶金性能，对高炉生产起着举足轻重的作用，配料质量的好坏直接影响到高炉生产，尤其是关键品种一旦出现偏差，将带来恶劣影响。因此，及时发现并解决圆盘给料机异常状态，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种利用数学模型监控圆盘给料机给料量的方法，利用数学模型监控，在圆盘给料机实际给料量超出预设报警值时及时报警，避免配料系统出现大的偏差,保证混匀配料质量，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种利用数学模型监控圆盘给料机给料量的方法，包括以下步骤：

第一步：计算机采集圆盘给料机电机的理论转速和实时转速；

第二步：分析处理上述数据，画出体现圆盘给料机电机的理论转速和实时转速随时间变化的波动图形；波动图形中，转速作为纵轴，时间作为横轴，称为坐标图；

对于多个圆盘给料机，每个圆盘给料机设定的给料量数值，对应一个电机的理论转速，为一恒定数值，在坐标图上显示一水平直线；电机的实时转速因实时给料量波动，通过模块PID调节，圆盘给料机电机的实时转速随时间不断变化，在坐标图中显示一波动曲线图形；各个圆盘给料机电机的理论转速和实时转速随时间变化的波动图形，分别在同一个坐标图中体现，便于查询、对比、统计、分析；

第三步：建立圆盘给料机的实际给料量同圆盘给料机电机实际转速之间的数学模型：

Q＝A*γ*R*π*60*r/i＝(A*γ*R*π*60/i)*r

式中：

Q：圆盘给料机小时给料量，单位：t/h；

A：圆盘给料机出料口面积，单位：m²；

γ：物料堆比重，单位：t/m³；

R：圆盘给料机盘面出料口中点处直径，单位：m；

r:圆盘给料机电机转速，单位：转/min；

i:圆盘给料机减速机速比；

在圆盘给料机出料口面积一定、圆盘上物料一定时，A*γ*R*π*60/i为常数C；

Q＝C*r

圆盘给料机的小时给料量，同圆盘给料机的电机转速成正比，是线性关系；

在实际工作中，由于受到闸门开度、物料比重、物料水分、出料口卡堵、料位高低等各种因素影响，实际转速的中值同理论转速有偏差，且偏差值随以上因素变化；即实时转速的波动曲线图形，围绕中值线波动，而非围绕理论转速线波动；

在首次启用监控系统前，以圆盘给料机称量设备正常为前提，在坐标图中利用统计工具计算，得到内具有代表性的每个圆盘给料机实际转速的平均值，即中值、最大值和最小值；作为该圆盘给料机运行参数的指导依据,用于跟踪、分析、比对；

偏差值B＝理论转速-实际转速的中值，取整数；

圆盘给料机电机实际转速的波动值D＝(实际转速最大值-实际转速最小值)/2，取整数；

由于理论转速对应设定给料量变化，B值变化相对较小，为了减小统计工作量，使之适应性更大，采用圆盘给料机电机转速的正常波动范围值如下：

{(理论转速-B)-D}～{(理论转速-B)+D}

当实际转速连续大于{(理论转速-B)+D}或小于{(理论转速-B)-D}时，说明实际给料量大于或小于设定给料量；通过实时转速的波动情况可以反映出实际给料量同设定给料量的差距；依据该数学模型可以监控圆盘给料机的实际给料量。

本发明可以安装报警装置，设定报警区间：

根据实际生产要求，设定实际转速的上下极限报警值；

兼顾各圆盘给料机实际运行状况，分析圆盘给料机电机的转速曲线图形，避免瞬时波动的误报，以及对于配料质量的影响，采用理论转速10％的浮动量，并给予故障持续10分钟开始报警，实时转速上下极限报警值的设定，按照(电机理论转速-B)±(电机理论转速*10％+D)进行设定。

所述报警装置包括SIEMENS PLC、输出继电器、连接电缆、声光报警器，在STEP7(西门子编程软件)硬件配置中，配置数字输出报警点，报警点对应的输出继电器的开点作为报警器的触发点，继电器通过电缆与报警器连接；依据报警值的设定，在STEP7(西门子编程软件)中编辑程序，使得输出继电器在满足报警条件时触发报警器；同时在WINCC(视窗控制中心)中制作相对应的报警画面，中控人员在报警器触发后，可通过观察画面找出引发报警的圆盘给料机。

本发明第一次确定了圆盘给料机的实际给料量同圆盘给料机电机的实际转速有线性对应关系；尽管因设备异常时系统调节后数据显示正常，然而圆盘给料机电机转速能够体现实际给料量的变化；因此，本发明建立圆盘给料机实际给料量同圆盘给料机电机实际转速之间关系的数学模型，利用该数学模型可以监控圆盘给料机的实际给料量。

本发明有益效果：随着圆盘给料机电机转速增大，则给料量增大，随着圆盘给料机电机转速减小，则给料量减小。一旦圆盘给料机电机转速超出设定报警值，即进行报警，提醒操作人员查找原因，第一时间停止异常配料状态，保证配料比执行精度。

附图说明

图1为本发明报警装置及连接示意图；

图中：QF断路器、PE接地；

图2为本发明实施例中圆盘给料机的设定给料量同圆盘给料机电机的理论转速之间的线性对应图；

图中：Y轴-圆盘给料机电机转速(转/分钟)

X轴-圆盘给料机小时给料量(吨/小时)。

具体实施方式

以下通过实施例，对本发明做进一步说明。

本实施为某钢铁公司原料车间混匀配料系统，具体步骤如下：

第一步：通过计算机内置程序，采集各配料定量给料装置(圆盘)电机理论转速和实时转速，并编制报警程序；

利用STEP7(西门子编程软件)中的FC105(105功能)把从变频器采集到的转速信号转变成以工程单位显示的实型值；SIMATIC300(西门子PLC 300系列)站点的Blocks(块)中插入FC(X)(功能)，此FC(X)中的程序段是根据报警值＝(电机理论转速-B)±(电机理论转速*10％+D)创建的，其中使用了变量表，还为报警输出增加了延时，设定10分钟；时间一到，DO(数字量输出)模块接通继电器，从而触发报警器；

第二步：利用Wincc在中控电脑操作画面上分别体现理论转速和实时转速随时间的波动图形；波动图形中转速作为纵轴，时间作为横轴；

第三步：建立圆盘给料机的实际给料量同圆盘给料机电机实际转速之间的数学模型：

以原料车间的1号圆盘给料机为例，小时给料量同转速有以下对应关系：

Q＝A*γ*R*π*60*r/i＝C*r；

其中：A＝圆盘给料机出料口宽度*高度＝0.8*0.3＝0.24(m²)

γ＝2.5(t/m³) R＝1.27(m) i＝240

C＝A*γ*R*π*60/i＝0.24*2.5*1.273*3.14*60/240＝0.59958≈0.6

Q＝0.6r圆盘给料机的圆盘小时给料量同圆盘给料机电机转速成正比，是线性关系。

第四步：取得设定报警值中的B、D值：

在电子秤经过校验，确定设备及配料系统正常情况下，根据各个圆盘给料机物料不同特性，对上一步所反映在中控画面上的圆盘给料机电机转速曲线图形，分别对各个圆盘给料机进行分析，经过一段时间统计计算，得到电机转速的平均值、最大值、最小值，取整数，从而得到各圆盘给料机的B、D值，取整数，可调整。

报警上下极限值＝(设定电机理论转速-B)±(设定电机理论转速*10％+D)；

第五步：安装报警装置

安装报警装置后，在程序中设定故障持续10分钟开始报警，理论转速10％的波动量，输入报警值中的B、D值，启动程序开始运行；

第六步：调试

根据实际运行情况，调整B、D值、故障持续时间和理论转速的波动量，更有针对性地解决实际问题，满足生产需要。