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摘 要 阐述了称量自动补偿算法对减少高炉槽下称量误差现实意义，对高炉槽下称量控制系统的工艺流程进行了分析，在高炉槽下称量控制的每一个环节中说明了称量自动补偿设计思想和原理。
关键词 槽下称量 称量补偿 控制系统
1 前言
随着高炉对炉况的控制要求的不断提高，高炉不仅对冶炼的原料的质量、种类有了较高的要求，同时对原料的比重和重量准确度方面也有了较高的要求。高炉槽下称量自动控制系统作为上料系统中的重要环节，其称量的准确度越来越受到重视。因为高炉冶炼要求入炉的焦矿等原料的重量配比准确，而通常的开环称量其误差的产生是单方向的，日积月累的频繁称量其积累起来的误差非常可观，直接影响到对炉况的控制和冶炼成本，所以，应用对称量过程进行闭环控制通过软件实现称量参数自动修正和称量误差补偿是十分有意义的。
2 高炉槽下设备及工艺
高炉槽下设备通常由若干个原料槽，及与其相对应的给料设备、称量漏斗及闸门、上料皮带带等组成。图1所示为较常见的槽下设备布置示意图（图中所示仅为槽下一角）。矿石品种常见的有：烧结矿、土烧矿、球团矿等；熔剂有：石灰石、莹石。
各设备工作流程如下。
（1） 各料仓中的原料由料仓上面的原料准备系统移动皮带装入（因不在本系统控制范围内，故图1中未示出）。
（2）各料仓下方设有给料设备（振动筛和或振动给料器），仓内原料根据需要从料仓下方流嘴，经给料设备装入相对应的各称量漏斗中。
（3）给料设备工作时，将原料装入相对应的各称量漏斗中连续称量，当称量值接近设定值时，停止给料设备工作，将称提前停给料设备的提前量根据实际设备进行调整，其目的是使实际装料重量尽量与设定重量接近。
（4）称量漏斗备好料后处于待命状态。高炉上料时，按装料程序要求，打开相应的称量漏斗闸门将原料直接或经运料皮带，运往炉顶装入高炉内冶炼。
（5）称量漏斗放空后，电子秤发出料空信号，延时关闭称量漏斗的闸门。然后启动给料设备往称量漏斗中备料。
（6）上述设备工作过程是循环往复地进行的。
3 称量自动补偿控制思想
高炉冶炼过程要求对入炉原料称重准确、配比合理，开环称量其误差是无法控制的，每天上千次的频繁称量，积累误差十分可观，使炉料配比大大偏离了设置值，这样就增加了对炉况控制的难度。要想改变这种现象就应用对称量装置进行闭环控制，根据当次称量产生的误差修正下次称量参数值，对称量误差予以补偿，从而基本消除积累误差，保证了原料入炉重量的准确性。
3.1 称量补偿算法设计思想
在槽下供料设备工艺流程中，每个称量漏斗在每次称量，由于原料的粒度粘度不同及给料机械冲击惯量的影响，均会产生称量误差，其称量误差若不进行补偿，误差将越积累越多，直接影响到对高炉的操作精度，因此必须对误差加以抑制。其抑制的手段一是根据每次称量产生的误差值调整下次称量料满控制值，即提前停给料设备的时间，使实际装料量尽量按近设定重量，减少每次称量产生的误差；二是根据每次称量的误差值，修正下次称量目标值，对称量误差进行补偿。
3.2 称量补偿过程中的算法设计
3.2.1 计划备料重量W计和料满控制值W控
称量漏斗每次备料前根据该秤斗的设定重量W设（此值由高炉工长根据冶炼工艺计算出来并以料单形式输入PLC中），和需要给上次称量误差进行补偿的重量W补（算法由自动计算），计算出本次计划备料重量：W计=W设-W补。
为了减少机械惯性和给料设备余振下料等因素所造成的装料偏差，PLC必须提前发出料满信号停止给料设备，料满信号在秤斗重量达到料满控制值W控时发出，只有这样才能确保产生称量误差最小。料满控制值W控由下列算式得出。
W控= W计+W空-W提
秤斗内装满料后，备料过程便告结束。当上料程序选中该秤斗放料时，开启称量漏斗闸门放料，并自动跟踪电子秤重量。料放空后发出料空信号，关闭称量漏斗闸门。放料过程结束后测得电子秤内残余挂料重量，即秤斗的空秤重量以W空表示。秤斗备满料时，可以测得秤斗满秤重量W满。故可计算出净装料重量W净和装料偏差∆W。
W净=W满-W空
∆W=W净-W计
其中，∆W为“+”时表示多装，为“-”表示少装。
为了降低误差补偿幅度，关键是选择合适的料满提前量，使每次称量产生的误差尽可能小。在1次称量结束，我们可以计算出装料偏差∆W，用这次的装料偏差来修正下次的备料料满提前量W提。如果因意外发生的非正常因素，致使偏差超出正常允许的范围，那么我们仍以上次的提前量，即
若∣∆W∣≧C，则令∆W=0
上式中，为一设定常数，在实际生产中视不同设备、不同品种而不同、可以人工设定。这样我们就可以用本次装料偏差去修正下次备料料满提前量，以便更合理、准确地计算出料满控制值，从而使实际装料量更接近计划装料量，下式为料满提前量计算公式。
W提n+1=W提n+а∆Wn
其中，а为一校正系数，取值范围0<а<1，а值越大提前量校正速度就越快，但过大容易出现振荡现象；а值越小校正速度就越缓慢。校正系数а的取值大小与原料的颗粒大小，下料速度、给料设备的余振下料量、下料冲击力大小有关。如果原料的颗粒大，下料速度快，冲击力大，а值适当取小些；反之取а值略大些值。а值一般取值在60%~90%之间，视不同料种略有差别。总之，а的取值一定要适中。
在每次秤斗放空，装料结束后，自动计算积累误差W误，根据积累误差计算下次补偿量W补。我们的原则是本次的称量积累误差应尽量从下次称量中得到补偿。但一次补偿量过大可能会超过秤斗所允许的极限装料能力，并且在工艺上也不允许，遇到此种情况时，先按最大补偿量W补max （可人工预先约定W补max的值）进行，而剩下的称之为欠补值W欠）从以后各秤中逐秤补偿回来。其数学模型可表示为：
W误n=中W净n-W设+W设n-1
其中，W误n为“+”时表示多装，为“-”表示少装。
当W误n≤W补max时，W补n+1=W误n；
当W误n﹥W补max时，W补n+1=W补max。
综上所述，各种因素所形成的误差通过以上的补偿和控制措施，便能达到所需要的称量精度。若干次装料后形成称量误差累计量等于最后一秤的称量积累误差。即∑i=1到n（W净i-W设）=W误n。
因此，随着称量次数的增加，其总的称量误差不会越积越多。
通过不断优化料满提前量，准确计算装料控制值，使每次的称量偏差降低到最低限度，对产生的误差及时予以补偿，从而达到了自动称量补偿的目的，保证了连续称量的精度。
4 称量补偿算法的PLC软件实现
称量系统和槽下各设备的动作均由PLC进行自动控制，各称量漏斗的电子秤信号通过PLC模拟量输入模板测量并换算称量过程按工艺顺序可分为备料过程和放料过程，这里分别对这个过程的程序设计作一介绍。
4.1 备料过程
备料过程开始的条件：秤斗已放空料并且闸门已关闭（放料过程结束）。按照算法计算本次计划备料重量W计和料满控制值W控， 然后发出启动给料设备命令，给料设备工作，料仓中的原料不断地装入秤斗，当秤斗重量达到或超过料满控制值W控时，程序发出”料满”信号，停止给料设备工作，延时数秒，等给料设备停止且余振下料完毕，将此时的秤斗重量读入秤斗满秤重量寄存器，结束备料过程。程序框图如图2所示。
4.2 放料过程
备料过程已结束，秤斗满秤，给料设备已停止工作，按照上料程序执行轮到该秤斗放料，程序发出开启秤斗闸门命令，驱动外部控制回路打开闸门，秤斗中的原料通过闸门直接或经运料皮带装入上料小车中，秤斗重量连续下降。当秤斗重量达到或低于料空控制值时（此控制值为一常数由人工设定并输入PLC寄存器），程序发出“料空”信号，延时数秒，关闭秤斗闸门。此时，秤斗已放空料，该秤斗重量即为空秤重量，然后，按照前述算法计算下次料满提前量W提、积累误差W误和下次补偿量W补。程序框图如图3所示。
放料过程到此结束，等待开始下次备料过程。放料过程与备料过程总是交替进行。循环往复的。
5 结束语
这种称量补偿控制系统在高炉生产中得到了很好的应用，实际检验证明，使用此补偿系统参数优化快，不振荡，补偿精度高。为高炉原料比重的准确性提供了很好的技术手段，保证了高炉的稳定、高效的运行。
参考文献：
[1] 周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］.北京：冶金工业出版社，2002.8.
[2] 胡洵璞.高炉炼铁设计原理［M］.北京：化学工业出版社，2010.2.
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