燒結(jié)生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在燒結(jié)生產(chǎn)中，混合料水分是其中一個(gè)重要的參數(shù)。適宜穩(wěn)定的水分，不僅影響混合料的制粒效果，更可直接影響燒結(jié)工藝的生產(chǎn)質(zhì)量等一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如垂直燒結(jié)速度、結(jié)塊率、燃料消耗、表層質(zhì)量、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、FeO含量等。

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》是北京宇宏泰測控技術(shù)有限公司以CM710e紅外線水分儀為測量核心，采用開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和市場化的監(jiān)控軟件，融入公司技術(shù)人員的全新設(shè)計(jì)理念，為鋼鐵系統(tǒng)燒結(jié)打造的一個(gè)全開放式、高可靠性、高性價(jià)比的工業(yè)級水分集散控制系統(tǒng)，使困擾冶金燒結(jié)企業(yè)多年的水分測量與控制問題得以解決。本系統(tǒng)已通過北京市科委組織的鑒定?！禡MC-21紅外水分測控系統(tǒng)》已在北京首鋼、上海寶鋼、曹妃甸京唐鋼鐵、本鋼、武鋼、太鋼、濟(jì)鋼、鞍鋼、包鋼、山東日照鋼鐵、唐鋼、安陽鋼鐵、海鑫鋼鐵、遼寧北鋼、江蘇南京鋼鐵、浙江杭鋼、江西南昌鋼鐵、新鋼、臨鋼、湖南湘鋼、漣鋼、廣東韶鋼等數(shù)十家鋼鐵廠成功投入使用近五百套。實(shí)踐證明，由于混合料水分的自動控制穩(wěn)定，促進(jìn)了生產(chǎn)過程的良性循環(huán)，對于燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的提高和消耗下降起了很重要的作用，使企業(yè)投資回報(bào)得以提升。

　　一、系統(tǒng)原理

　　水分控制系統(tǒng)實(shí)際是整個(gè)配料、混料過程系統(tǒng)共同控制的結(jié)果，僅僅依靠CM710e紅外水分儀的測量，對某個(gè)局部環(huán)節(jié)的水分進(jìn)行檢測和控制是不夠的。因此，《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》在水分控制計(jì)算中除了水分的測量值和加水的水流量外，還引入了物料的瞬時(shí)流量、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的延時(shí)等參數(shù)，并加入皮帶及混合機(jī)的啟停信號作為判斷生產(chǎn)與否的依據(jù)，分別根據(jù)上述參數(shù)的變化對加水量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，有效的避免了水分添加量的劇烈波動，將燒結(jié)混合料的水分值精確的控制在合理范圍之內(nèi)。

系統(tǒng)控制原理圖

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》接收的模擬量信號有燒結(jié)料皮帶秤稱重信號，電磁流量計(jì)加水流量信號，水分儀輸出的燒結(jié)混合料水分含量檢測信號。

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》接收的開關(guān)量信號有混一皮帶的開機(jī)信號，各混合機(jī)的開機(jī)信號，該信號為無源干接點(diǎn)信號。

　　燒結(jié)線開機(jī)后首先由現(xiàn)場操作員手動控制至系動穩(wěn)定，系統(tǒng)穩(wěn)定后再計(jì)算燒結(jié)混合料的來料含水量，并手動將此值寫入控制器中，用此來料含水量計(jì)算出相應(yīng)燒結(jié)混合料的加水量，計(jì)算公式如下：

　　來料水分值=目標(biāo)水分值-實(shí)際加水量/料重------------------------（1）

　　應(yīng)加水量=料重×（目標(biāo)水分值-來料水分值）-----------------------（2）

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》中以估算的應(yīng)加水量為給定值的PID2調(diào)節(jié)模塊通過PID運(yùn)算后去控制調(diào)節(jié)閥的開度，以使控制系統(tǒng)的加水量達(dá)到應(yīng)加水量的值，另一PID1調(diào)節(jié)模塊以紅外水分儀的檢測信號與目標(biāo)水分值相比較并經(jīng)PID運(yùn)算后修正調(diào)節(jié)閥的開度，以使燒結(jié)混合料的水分值穩(wěn)定在要求的目標(biāo)水分值的附近，從而最終達(dá)到燒結(jié)混合料水值的全自動控制。

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》中的電子皮帶秤的信號既是前饋信號也是粗調(diào)信號，當(dāng)燒結(jié)混合料重量變化時(shí)應(yīng)加水量也跟著變化，PID2的輸出也隨之變化，而燒結(jié)料在混合機(jī)中有三分鐘左右（具體時(shí)間隨工藝情況變化）的延時(shí)，紅外水分儀的測量信號在三分鐘之后方發(fā)生變化。為消除測量延時(shí)的影響，在系統(tǒng)中考慮相應(yīng)的燒結(jié)料重對應(yīng)的加水量，故而在燒結(jié)生產(chǎn)過程中不會存在加水量大起大落的變化，也就是說在一定范圍內(nèi)保證了水分值的穩(wěn)定，燒結(jié)混合料的含水量不會發(fā)生過量的變化。

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》中使用加水流量作為前饋，當(dāng)加水管路系統(tǒng)中的壓力發(fā)生變化時(shí)，隨之而來的是加水流量的變化，PID2中由于PV值的變化輸出也會跟著變化，調(diào)節(jié)閥也會隨之變化，從而保證了加水流量不會隨著壓力變化而變化，也就是說在一定的范圍內(nèi)能保證加水量的穩(wěn)定。

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》中設(shè)有三重保護(hù)，當(dāng)皮帶秤的輸出為零時(shí)啟動保護(hù)，當(dāng)混一皮帶與混合機(jī)停止運(yùn)行時(shí)均啟動加水保護(hù)，既將系統(tǒng)由“自動”切為“手動”狀態(tài)運(yùn)行，同時(shí)將調(diào)節(jié)閥的輸出切換為零，并啟動切斷閥關(guān)閉加水回路，確保在試車過程中不會誤動作加水。

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》3G無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，在安裝我公司開發(fā)的遠(yuǎn)程維護(hù)軟件后，即可隨時(shí)隨地與公司控制平臺連接，進(jìn)行故障診斷與排除，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)，即時(shí)響應(yīng)現(xiàn)場故障，無需安裝電話線，更方便快捷。

二、系統(tǒng)組成

《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》由測量、控制兩大核心部分組成，就是采用以CM710e紅外水分儀為測量部分，保證水分測量的準(zhǔn)確可靠，將可編程控制器等控制單元集成至控制柜中，與流量計(jì)、智能型電動調(diào)節(jié)閥和切斷閥等各項(xiàng)外圍檢測、控制設(shè)備組合而成的一套水分測量控制裝置。

測量部分：

在水分控制系統(tǒng)中，準(zhǔn)確、可靠的水分測量是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此為保證燒結(jié)混合料水分測量的準(zhǔn)確、可靠，本系統(tǒng)采用專為冶金行業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的CM710e紅外水分儀為測量設(shè)備。

CM710e紅外水分儀：

檢測范圍：水分

測量范圍：0~50%

精度（%值）：±0.1%

測量波段:：達(dá)10個(gè)（VFS技術(shù)）

探頭到產(chǎn)品操作距離：250mm（標(biāo)準(zhǔn)）

工作距離范圍：150-350mm（±100mm）

采樣面積：60mm圓周塊

響應(yīng)時(shí)間：0.1S-1000S，可由用戶調(diào)整

系統(tǒng)輸出：4-20mA或RS232、標(biāo)準(zhǔn)Lonworks、Devicenet、Profibus、Ethernet、TCP/IP

報(bào)警設(shè)置：標(biāo)準(zhǔn)的高/低報(bào)警繼電器，容量：1A/240V

網(wǎng)絡(luò)能力：探頭到控制柜連接電纜標(biāo)配為20m，最長可達(dá)50m

CM710e紅外水分儀

控制部分：

控制柜

　　控制部分：

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》控制柜選用質(zhì)量高、可靠性強(qiáng)的控制設(shè)備和系統(tǒng)軟件，主要控制器件采用英國歐陸公司獲的DCS可編程控制器，性能可靠，并具有強(qiáng)勁的通訊能力，控制對象根據(jù)需要可擴(kuò)展多到條燒結(jié)線。

　　《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》控制柜

　　輸入電源：165V-240VAC，50 Hz，3A.

　　模擬量輸入/輸出信號：4~20mA、1~5VDC

　　外形尺寸：1800mm X 600mm X 50mm

　　數(shù)據(jù)近程采用TIP/IP網(wǎng)線通訊，遠(yuǎn)程采用光纜通訊

　　本地監(jiān)控與遠(yuǎn)程集中監(jiān)控并舉，可遠(yuǎn)程異地維護(hù)與監(jiān)控

三、系統(tǒng)案例

　　 本鋼煉鐵廠現(xiàn)有兩臺265m2燒結(jié)機(jī)（1號、2號），分別于2000年11月份、2001年10月份投入生產(chǎn)，年生產(chǎn)能力400萬噸左右。我公司結(jié)合該廠生產(chǎn)的實(shí)際情況制定燒結(jié)混合料水分自動控制的實(shí)施方案，分別于2008年2月在兩臺265m2燒結(jié)機(jī)一、二次混合料出口共安裝四套《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》，使該廠燒結(jié)系統(tǒng)的混合料加水全部實(shí)現(xiàn)自動控制，目前系統(tǒng)均投入運(yùn)行，效果良好，燒結(jié)礦質(zhì)量得到提高，降低了燃料消耗，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。下圖所示系統(tǒng)控制畫面取自該廠的《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》，該系統(tǒng)投運(yùn)至今，測量穩(wěn)定，控制良好，效益十分明顯。

控制系統(tǒng)畫面

　　由于該廠生產(chǎn)上必須消耗部分煉鋼廠的污泥，因此本系統(tǒng)將加水回路分成兩部分，工業(yè)清水加水回路和污泥補(bǔ)加回路。污泥補(bǔ)加水回路是作為混合料加水的輔助加水回路，由壓力變送器和回流調(diào)節(jié)閥組成壓力調(diào)節(jié)回路，以穩(wěn)定污泥加水管道的壓力，然后根據(jù)加水調(diào)節(jié)閥的開度折算成的污泥配加流量，并將其疊加流量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，系統(tǒng)將從加水總量中減去這部分污泥配加量。

　　為保證適應(yīng)現(xiàn)場工況保證加水效果，本系統(tǒng)采用了我公司開發(fā)的延時(shí)器模塊，精確計(jì)算混合料由皮帶秤位置進(jìn)入混合圓筒的延遲時(shí)間，確保了水分值調(diào)整的及時(shí)和穩(wěn)定。同時(shí)本系統(tǒng)針對生產(chǎn)時(shí)不定量添加的返礦及除塵灰等影響水分值的配料，設(shè)置了單獨(dú)的水分增減按鈕，的結(jié)合了加水量與生產(chǎn)工況的變化，穩(wěn)定了水分控制。另外本系統(tǒng)加入了皮帶和混合圓筒的啟停信號作為加水與否的判斷，保證在生產(chǎn)開始或停止時(shí)啟動切斷閥來確保燒結(jié)混合料的水分值不受影響。本系統(tǒng)還有單、雙系統(tǒng)生產(chǎn)一鍵轉(zhuǎn)換功能，使得單系統(tǒng)生產(chǎn)與雙系統(tǒng)生產(chǎn)切換時(shí)加水量迅速隨之改變。

　　下圖為運(yùn)行本系統(tǒng)前后的水分變化情況。

系統(tǒng)運(yùn)行前后的水分曲線變化

　　由圖中可以看出，在運(yùn)行《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》后，燒結(jié)混合料的水分值控制與運(yùn)行系統(tǒng)前相比明顯更穩(wěn)定，符合生產(chǎn)工藝要求。

　　混合料含水量檢測準(zhǔn)確、水分控制穩(wěn)定，確保了該廠燒結(jié)混合料水碳平衡，混合料成球良好，為后續(xù)的布料、點(diǎn)火、燒結(jié)提供了保障。自動加水控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大減輕了崗位工作勞動強(qiáng)度，限度地減少了人為因素影響，提高了設(shè)備作業(yè)率，有效的保持了系統(tǒng)的連續(xù)性與穩(wěn)定性。（詳見附錄三：設(shè)備解決燒結(jié)混合料加水控制難題）

附錄一：CM710e紅外線水分儀

　　 CM710e紅外線水分儀基于水分對特定波長的紅外線的選擇性吸收特性。下圖為其探頭光路圖。水分儀的光源發(fā)出紅外光，經(jīng)透鏡、濾光盤和反射鏡將平行光反射到被測物料上。其中一部分紅外光被吸收，另一部分紅外光散射后經(jīng)凹面鏡聚焦到光電轉(zhuǎn)換元件上，受光元件將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。這個(gè)信號的大小與被測物料含水量有關(guān)，輸出信號經(jīng)放大、變換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號用于顯示、記錄、控制或傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。

　　CM710e紅外線水分儀特點(diǎn)：

　　內(nèi)置電氣處理單元，智能化探頭

　　增強(qiáng)型濾光鏡鍍膜技術(shù)各

　　紅外燈泡：經(jīng)老化處理，壽命更長；經(jīng)預(yù)調(diào)制，安裝/更換時(shí)毋須光路校準(zhǔn)；功率更大，紅外光強(qiáng)度更大

　　馬達(dá)：直流無刷馬達(dá)，轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘6000-8000轉(zhuǎn)，有效提高了檢測速度，增加了綜合抗干擾能力

　　波長數(shù)：最多可達(dá)10個(gè)波長，消除各種行業(yè)應(yīng)用的環(huán)境影響

　　離軸光收集鏡：更加充分利用紅外光能，增強(qiáng)儀器的穩(wěn)定性

　　增加光束分離器反射鏡，增強(qiáng)紅外光能

　　LAPDOG光束分離器光孔編碼細(xì)化，使紅外光在探測器上分布更均勻

　　增大了取樣面積；由原40毫米圓周塊增加到60毫米，擴(kuò)大了取樣率

　　內(nèi)部快速診斷裝置，降低維護(hù)成本

　　窗口污染檢測裝置：當(dāng)窗口水蒸氣和塵埃凝集在探頭鏡片上達(dá)一定程度時(shí)（對檢測發(fā)生影響以前），該裝置會自動提示，操作人員擦試干凈后毋須再校正，減少了人為依賴性和風(fēng)險(xiǎn)。（有空氣清潔窗時(shí)，不會有凝結(jié)情況出現(xiàn)）

　　統(tǒng)一熱度感應(yīng)器，使探頭免受過高溫度影響，同時(shí)自動復(fù)位保險(xiǎn)線絲防止意外損壞。

　　CM710e水分儀在冶金行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新點(diǎn)：

　　CM710e水分儀專為冶金行業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能有效克服燒結(jié)現(xiàn)場的水蒸氣、粉塵、物料溫度、形狀變化等因素對水分測量的影響，并不受各種外界光源的干擾，能的適應(yīng)燒結(jié)現(xiàn)場的生產(chǎn)環(huán)境。

　　采用單光路雙探測器快速連續(xù)檢測

　　基準(zhǔn)測量光和產(chǎn)品測量光使用同一光路，可以有效消除各項(xiàng)漂移

　　基準(zhǔn)測量探測器獨(dú)立封裝，外部光不干擾基準(zhǔn)測量，抗干擾能力強(qiáng)，不需要遮光罩

　　關(guān)鍵器件—高精度濾光片，濾光片中心波長誤差小于±0.0002μm，濾光片的高精度決定紅外水分儀高精度。

　　24分格變非球面變焦距主聚光鏡技術(shù)，充分利用反射光，紅外探測器接受均勻光線，減少測量距離變化產(chǎn)生的干擾，提高信噪比，精度得到提高

　　采樣鍍膜直接反射式反射鏡，消除反射色差，光源反射鏡鍍成“冷鏡”，不反射能夠引起升溫的遠(yuǎn)紅外，減小探頭溫升

　　藍(lán)寶石磨損光學(xué)窗口

　　多種接口，可配置：Ethernet IP，Modbus TCP，Profinet，DeviceNet, Profibus DP，CANbus Open，除了以太網(wǎng)連接之外，HMI 還提供四個(gè)可擴(kuò)展的模擬輸出、八個(gè)光電隔離的數(shù)字輸入和八個(gè)數(shù)字輸出。

　　基于以太網(wǎng)，提高網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力，適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化管理

　　標(biāo)準(zhǔn)配置：

　　型號：CM710e+HMI

　　輸出：4-20mA或其他數(shù)據(jù)通道；以太網(wǎng)輸出；

　　功能：可現(xiàn)場顯示、模擬/數(shù)字信號輸出、以太網(wǎng)輸出，可對探頭進(jìn)行設(shè)置、快速標(biāo)定，進(jìn)行樣本測量和執(zhí)行校準(zhǔn)等功能，或執(zhí)行諸如維護(hù)用戶密碼等管理員功能

　　注： 1、在多塵和蒸汽環(huán)境中，須加裝空氣清潔窗。

　　　　2、在溫度長期高于50℃以上時(shí)，須加裝空氣或水冷卻裝置。

附錄二： MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)在首鋼煉鐵廠生產(chǎn)應(yīng)用

附錄三：設(shè)備解決燒結(jié)混合料加水控制難題（節(jié)選）

附錄五：MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)專家鑒定意見

附錄六：現(xiàn)場應(yīng)用圖片