混匀矿水分检测管理系统

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1、原料水分与混匀矿配料过程在现代钢铁企业中，根据烧结、球团工艺的需要，一般都设有原料厂，将不同种类的矿粉及其他辅料，预先按特定的比例混合均匀，成为混匀矿，再供给后续的烧结、球团工段，以保证烧结矿及球团的产量和质最。有研究表明混匀矿的配比精度对后续T段影响很大，有时一些微小的成分波动都会引起烧结产量的大幅变化¨]。因此提高混匀矿配料过程的管理和控制水平十分重要。原料水分是混匀矿生产中的重要参数，它直接影响着混匀矿的配比精度。混匀矿配料工艺流程可参见图1。不同种类的原料经上料皮带送入不同料仓，配料控制系统根据下料皮带秤的称量结果，将不同原料按工艺要求的称量配比混合堆放，生成混匀矿料。工艺要求混匀矿的混合比例是不含水的原料重量比，又称干基配比。以lt澳矿(水分10％)和1t巴西矿(水分lo％)为例，其干基配比为0．9t：0．9t=1：1，如澳矿含水变为5％，则干基配比会有约5％的变化。因此准确的配比需要检测原料的水分以扣除原料含水量。原料厂的不同原料堆放在露天料场，进料来源的不同及天气的变化，使得各原料堆内不同区域的水分差异较大。目前国内原料厂大都采用每8h人工局部取样，经烘干失重方法获得不同原料的水分数据。由于采样条件的限制，其检测结果只能粗略地反映原料堆局部原料的含水情况，可能与批次上料的实际水分有较大的差异。而且数据更新周期过长，实时性差，要缩短取样周期势必大幅度增加取样化验的劳动强度，因此大多数原料厂的原料水分管理困难，化验所得水分数据对后续配料过程的指导意义不大。针对这一现状，我们与几家大型钢铁企业紧密合作，在解决原料水分在线检测的基础上，进一步开发并完善了混匀矿水分检测管理系统(图1)，使混匀过程的水分管理水平得到显著提升。
2、原料水分的在线检测
    2．1测量位置的选择原料厂为混匀矿准备的不同原料种类繁多，某些厂可能有几十种之多，所以在每种原料的堆放地配备水分检测仪器是不现实的。依据混匀工艺流程的特点，众多原料最终都是经两至三条上料皮带送人料仓，因此只要在这几条传送带上安装水分计，即可满足对所有原料的水分测量，同时可直接获取每一批次上料的水分数据，大大提高配料所需水分数据的实时性和准确性。
    2．2水分测量仪器的选择在线测量传送带上物料的水分，应采用非接触测量方式。非接触水分测量有多种方式，目前在烧结行业使用最成熟的是红外线水分计。(1)测量原理水对一些特定波长的红外光表现冉强烈的吸收特性，其红外吸收光谱如图2所示。当用这些特定波长的红外光照射物料时，物料中所含的水就会吸收部分红外光的能量，含水越多吸收也越多，因此可测量反射光的减少量计算物料的水分。由于物料对红外线的反射率因其不同的吸收特性及杂散特性而异，若仅用水的吸收波长，物料的表面状态、颜色、结构等因素会干扰水分测量。为此采用三波长法，即一个被水强烈吸收的波长(测量波长)和两个被水吸收不太强的波长(参比波长)，检测和计算这三个波长反射光的能量之比，即可消除其他因素对水分测量的干扰。红外水分计的工作原理如图3所示。光源发射的红外光穿过分光盘上的滤光片，经反射镜射向被测物·6·莲褥捌蝌lNFORMATION TECHNIQUE&CONTROL图2红外吸收光谱图料；分光盘上的不同滤光片只允许某一波长的红外光透过，分光盘在马达的驱动下高速旋转，使测量波长及参比波长的红外光交替射向被测物料。这些红外光有部分被物料吸收，部分反射到凹面聚光镜，被光电传感器接收并转换为电信号。由后续电路处理以计算出物料的水分。图3红外水分计工作原理图(2)黑色物料混匀矿原料中既有浅色物料，也有深色物料甚至是黑色物料，对红外光的反射大不相同，其中以黑色物料反射最弱，这就需要我们选择具有微弱信号处理能力的红外水分计。实践表明，北京九如仪器有限公司与国外公司合作，针对黑色物料设计的OMM3000S红外线三波长水分计，完全满足系统的需求。
    2．3红外水分计的标定和数据管理非接触测量需要用烘干失重法测得的水分数据进行标定，这样对每一种原料分别作化验标定，将标定数据贮存在水分计中称作标定线，针对不同的原料选择切换到不同的标定线，即可实现对不同原料的水分测量。由于同一条上料皮带此时输送的是A料种，下一刻就可能是B料种，如果依靠人工获取料种信息并完成切换，很难做到及时准确，极易出错。这就要求系统具备根据料种变化自动切换标定线的功能。
红外水分计标定数据是否准确，直接影响其水分测量精度。为保证测量的准确性，需定期将测量数据与取样分析数据对比并作出校正。由于料种很多，经由水分计自身的操作面板完成标定与校正工作就会十分繁杂，易发生错乱。为此，我们采用工控PC替代水分计的操作面板，设计了标定线数据库及十分直观的人机交互界面，在PC机上每种原料不再是只有一个代码，而是可以直书其英汉名称，每一组标定线数据也可以附有备注，记录取样的原始时间与修正时间等信息，极大地方便了标定线数据的管理，减轻了维护人员的劳动强度，为水分计完成多种原料的水分测量提供了有力保障。
    2．4水分计的远程通讯功能为便于管理，工控PC应置于操作室内，而原料厂的上料皮带通常距操作室较远，利用OMM3000S红外线三波长水分计的RS一485通信接口，可以方便地连接多台水分计经一根双绞线与工控Pc进行长距离数据交互。在不方便敷设长距离通讯电缆的场合，也可以加装无线电台，实现数据的无线传输。


3、混匀矿水分检测管理系统组成与功能在引人工控PC帮助解决多种原料水分检测的同时，我们欣喜地发现，Pc机强大的数据库功能还可以帮助提升混匀矿的水分管理水平。由此我们逐步设计完善了混匀矿水分检测管理系统(图1)，并将该PC机命名为系统计算机。
    3．1 系统组成OMM3000S红外水分计安装在矿槽(料仓)上料皮带上，实时检测各种物料的水分，多台水分计可组网连接到设在操作室的系统计算机，实现数据交换；专设的人机交互界面，极大地简化了水分计的标定维护工作。系统计算机经以太网与厂内的DCS或PLC系统相连，实时接收批次上料的起止时间、料量、种类(槽位)等信息，据此自动完成水分计标定线数据的切换及相关信息的记录，自动计算各批次上料的重量加权平均水分，供配料控制系统查询以实现干基配料。系统内建数据库，可以根据用户需求自动生成任意时段的统计报表，并经以太网报送至厂内管理部门，为监控和管理混匀过程提供详实的历史记录。
    3．2 系统功能
       (1)水分计标定线的制作与修改系统计算机采集标定所需数据，完成标定计算。不同物料的标定线数据得以分类保存，为水分计的维护提供了巨大便利。本系统能够存储的标定线数量，完全能满足原料厂原料种类的需求。工业计量2008年第18卷第S期
       (2)原料水分实时数据采集功能系统计算机按UDP通讯协议通过网络接受主控室控制计算机定时发送的生产状态信息包。根据生产状态信息包中上料原料种类的不同，系统计算机同步切换到对应的原料标定线，实时检测、显示和保存原料的瞬时水分值。
       (3)原料水分实时曲线显示功能系统计算机主界面提供水分计24h内检测结果的实时曲线显示。随时间的推移系统不断刷新显示曲线，同时还可以利用定标游尺指定显示点的信息内容。
      (4)原料水分历史数据的曲线显示和列表查询功能根据选定的混匀矿堆号和设备号，系统计算机能够调阅已经产生或正在生成的混匀矿各原料批次水分值的数据信息，并用曲线或列表的方式给予显示。如果要继续更详细地查阅每个批次中数据采集点的信息，只要选定该批次号，计算机将自动调出该批次的采集点水分值数据，并用曲线或列表方式显示。
      (5)通过网络实时共享信息系统计算机既接受网络上的数据信息，调度自己的工作进程，生成检测结果；同时也将检测结果信息发送到网络上，完成数据信息的网络共享。大大提高了数据传输的自动化程度。
      (6)提供多种查询方法、生成多种形式的原料水分统计报表水分检测系统能够灵活地接不同的堆、批次、原料代码等多种组合形式查询历史数据，生成多种形式的原料水分统计报表。
      (7)提供批次上料的重量加权平均水分，方便配料系统扣除水分，实现干基配料。


4、系统软件设计本系统运行在WINDOWS2000或XP操作系统下，运用VISUALBASIC6．0和SQLSEVER2000作为主要开发工具。主要分三部分组成，与水分计的RS一485通讯，与以太网的UDP通讯以及数据库的管理。具体软件模块如下：
     (1)PC机与水分计通讯软件设计。该软件模块利用一套专用的通讯协议，用于接收水分计的数据。
     (2)PC机与中央控制室通讯软件设计。该软件模块利用专用通讯协议接收中央控制室的数据，并分离出有效数据。
     (3)服务器端数据库管理软件设计。该模块软件实现数据查询、检索、存档、分析，重构等功能。
     (4)浏览器端软件设计。该模块软件实现红外水分计检测数据的网络查询、检索、报表生成功能。
     (5)数据统计功能。该模块软件对接收到的历史数据进行分析，挖掘数据的内在规律，为产品质量管理提供参考依据。由于在开发过程中首先确定了软件设计思想，需求分析以及通讯协议，为系统开发的成功奠定了基础。


5、 结语混匀矿水分检测管理系统的应用极大地提高了混·10·匀矿水分检测的工作效率和检测精度，大大降低了采样人员的工作强度和工作风险，能够全面、综合、及时地反映混匀过程中各种原料水分含量的变化情况，为科学管理混匀造堆过程与实现干基配料提供快速准确的现场实际数据。可以预计，该系统在冶金行业中应用的前景是相当广阔的。