Anmerkung der Redaktion: Die Automatisierung der Sinterdosierung ist ein grundlegender Prozess in der Stahlproduktion und gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. Obwohl die meisten Sinteranlagen diesem Aspekt große Bedeutung beimessen und in automatisierte Dosiersysteme investiert haben – einige sogar mehrfach modernisiert und mit erheblichen Kosten verbunden –, erreichen nur wenige letztendlich einen zuverlässigen Betrieb und ein hohes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Das Stahlwerk Laiwu hat, um den Anforderungen des Dosierprozesses gerecht zu werden, ein verteiltes Steuerungssystem auf Basis der Feldinstrumentenkommunikation eingeführt. Nach über einem Jahr Praxisbetrieb konnte ein zuverlässiger Betrieb und ein hohes Kosten-Nutzen-Verhältnis erzielt werden. Das Werk sammelte wertvolle Erfahrungen für die Entwicklung und Modifizierung automatisierter Dosiersysteme in Sinteranlagen. Schlüsselwörter: Feldkommunikation, Verteilte Steuerung, Sinterdosierung, HART, KI-Regler. 1. Überblick über die Dosieranlage der Sinteranlage Nr. 1 im Stahlwerk Laiwu: Der Sinterprozess beinhaltet die Berechnung der Anteile verschiedener Materialien – gemischtes Eisenerzpulver, Brennstoff (Koks), Lösungsmittel (Kalkstein, Dolomit, Branntkalk) sowie kaltes und heißes Rücklauf-Erz – gemäß den Anforderungen des Hochofenprozesses und der chemischen Zusammensetzung der einzelnen Materialien. Dies wird durch Gewichtsmessung und Steuerung der Zuführanlage erreicht. Der Dosierraum der Sinteranlage im Stahlwerk Laiwu verfügt über 17 Materialbehälter. Details siehe Tabelle unten. 2. Merkmale des Konstruktionskonzepts : Angesichts der Probleme herkömmlicher automatischer Steuerungssysteme für die Sinterdosierung werden der Prozess und die Managementprozesse vor Ort eingehend analysiert. In Kombination mit modernster Mess- und Regelungstechnik bietet das System folgende Merkmale: 2.1 Das System arbeitet mit einem verteilten Steuerungsmodus basierend auf Feldinstrumentenkommunikation. Dieses System verbindet Bandwaage, Lochplatten-Durchflussmesser, Radar-Füllstandsmesser, KI-Regler usw. über die intelligente Instrumenteneinheit Yudian mit Feldkommunikationsfunktion mit dem Host-Computer und bildet so ein verteiltes Steuerungssystem. Die Feldinstrumentenkommunikation nutzt das HART-Protokoll nach dem Master-Slave-Prinzip. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Kommunikation nur zwei Befehle (Lesen und Schreiben) erfordert, die Host-Computer-Software einfach zu entwickeln ist und ein PC als Host-Computer verwendet werden kann. Es bietet die Vorteile umfangreicher Softwareressourcen und schneller Weiterentwicklung. Im Vergleich zur analogen Übertragung bietet es Vorteile wie einfache Fehlersuche und Wartung sowie höhere Präzision. Das System bietet folgende Vorteile: (1) Hohe Zuverlässigkeit. Die Kommunikationsschnittstelle ist durch fotoelektrische Trennung von anderen Teilen der Instrumentenleitung isoliert. Selbst bei Ausfall der Kommunikationsschnittstelle oder -leitung arbeiten Bandwaage und Regler weiterhin einwandfrei. Da es mit digitalen Signalen niedriger Pegel arbeitet und die Phase kontinuierlich null ist, bietet es eine hohe Störfestigkeit. Die Verkabelung ist einfach, die Wartung komfortabel und die Datenübertragung präzise. Fehler breiten sich weder zwischen einzelnen Detektions- und Steuergeräten noch zwischen übergeordneten und untergeordneten Einheiten aus. Die Auswirkungen von Fehlern auf das Gesamtsystem werden minimiert, wodurch die Systemzuverlässigkeit deutlich erhöht wird. Die manuellen und automatischen Schaltmodi sind flexibel und vielfältig. Das System kann auf der übergeordneten Einheit, dem Grundregler, dem Frequenzumrichter und der Bedieneinheit geschaltet werden, wodurch das Problem langsamer Notfallreaktionen im Fehlerfall gelöst wird. (2) Die übergeordnete Einheit verfügt über leistungsstarke Datenverarbeitungskapazitäten und umfangreichere Überwachungsprogrammfunktionen. Da die Daten über Kommunikation erfasst und einige statistische Daten der einzelnen Einheiten von der untergeordneten Einheit ergänzt werden, verarbeitet die übergeordnete Einheit hauptsächlich Systemdaten. Dadurch werden mehr Zeit und Speicherplatz für die Verarbeitung funktionsreicherer Anwendungsprogramme frei. (3) Geringe Investitionskosten. Die übergeordnete Einheit benötigt keine analogen Ein-/Ausgangsmodule und zugehörigen Schaltschränke und macht eine separate Hot-Standby-Einheit überflüssig. Gleichzeitig entfällt beim Hinzufügen einer einzelnen Einheit die Notwendigkeit, öffentliche Hardware zu erweitern, wodurch Systemerweiterungskosten eingespart werden. Darüber hinaus werden Kosten für Signalkabel sowie Installation und Inbetriebnahme reduziert. Auch die Anforderungen an die Qualifikation von Anwendern und Wartungspersonal sind gering, was Schulungskosten senkt. 2.2 Fortschrittliche und praxisorientierte Hardware mit geringem Wartungsaufwand (1) Aufgrund des hohen Wartungsaufwands und der geringen Störfestigkeit herkömmlicher Bandwaagen wurde eine Bandwaage mit wartungsfreiem Wiegerahmen, Vor-Ort-Digitalisierung des Millivolt-Wiegesignals und Umwandlung in ein 4-20-mA-Signal gewählt. (2) Zur Erfassung des Durchflusses von Kalk und heißem Rücklauferz kommt eine fortschrittliche und praxisorientierte Lochplattenwaage zum Einsatz . Die kontinuierliche Erfassung des Durchflusses von Kalk und heißem Rücklauferz ist ein zentrales Problem beim Sinterprozess. Bisher wurden zur Kalkmessung in der Regel Schneckenwaagen und zur Erfassung eines Heißrücklauferz-Zuführpunkts zwei Bandwaagen oder Nuklearwaagen verwendet. Alle diese Systeme waren instabil, wartungsintensiv, ungenau und mit hohen Investitionskosten verbunden. Diese Konstruktion verwendet eine fortschrittliche und praktische Lochplattenwaage zur Detektion. Der Differenzverstärker wird durch einen hochpräzisen Wägesensor ersetzt, was nicht nur die Stabilität und Detektionsgenauigkeit verbessert, sondern auch den Wartungsaufwand und die technischen Anforderungen reduziert. Gleichzeitig lösen verschleißfeste Keramik-Lochplatten das Problem der kurzen Lebensdauer von Stahl-Lochplatten. Darüber hinaus wird das Durchflusssignal vom Wiegemodul der Bandwaage verarbeitet, wodurch die Synchronisierung mit dem Host-Computer gewährleistet ist. (3) Die Basissteuerung verwendet einen fortschrittlichen KI-Regler. Der Schlüssel zu einer hochpräzisen automatischen Regelung liegt in der korrekten Reglerauswahl. Diese Konstruktion verwendet den KI-Regler Xiamen Yudian AI-808, der über Feldkommunikationsfunktionen verfügt und Fuzzy-Regeln für die PID-Regelung nutzt. Im Vergleich zu herkömmlichen Reglern reduziert er das Überschwingen und verbessert gleichzeitig die Ansprechgeschwindigkeit. Bei großen Fehlern wird ein Fuzzy-Algorithmus zur Regelung eingesetzt, um die Sättigung des PID-Reglers vollständig zu eliminieren; bei kleinen Fehlern kommt ein verbesserter PID-Algorithmus zum Einsatz. Der Regler lernt automatisch die Systemcharakteristika und verarbeitet Änderungen von Soll- und Messwerten separat. Es verfügt über mehrere Einstellmethoden, die entweder digital über die Tasten am Bedienfeld oder analog über die externen Sollwertanschlüsse erfolgen. Um ein Überschwingen zu verhindern, können die oberen und unteren Grenzwerte der Regelgröße voreingestellt werden. Die Fehlersuche ist einfach und beeinträchtigt den laufenden Betrieb kaum. Dank der Hot-Swap-Funktion ist ein schneller und bequemer Austausch möglich. (4) Zur Füllstandsmessung in Kalk- und Heißrücklaufbehältern werden moderne Radar-Füllstandsmessgeräte eingesetzt. Herkömmliche Methoden zur Füllstandsmessung in Kalk- und Heißrücklaufbehältern, wie Wiegen, Gewichtssonden und manuelle Sonden, sind wartungsintensiv, aufwändig und unzuverlässig. Wir verwenden hingegen präzise, ​​zuverlässige und wartungsfreie Radar-Füllstandsmessgeräte. 2.3 Innovative, praktische und umfangreiche Anwendungsfunktionen Die Anwendung ist in VB6.0 geschrieben und bietet eine gute Visualisierungsleistung. Im Vergleich zu herkömmlichen Überwachungsprogrammen für Chargenverarbeitung zeichnet sich das Überwachungsprogramm dieses Systems durch neuartige, praktische und umfangreiche Funktionen sowie eine starke Mensch-Maschine-Interaktion aus. Dies zeigt sich insbesondere in folgenden Punkten: (1) Das Alarmverfahren basiert auf einem zeitbasierten, inversen Toleranzalarm. Herkömmliche Alarme sind meist sofortige oder kontinuierliche, kumulative akustische und optische Alarme. Aufgrund der Einschränkungen des Zuführungsverfahrens (ungleichmäßige Zuführung) kommt es bei sofortigen Alarmen häufig zu Fehlalarmen (Fehlerkorrektur vor der Verarbeitung) oder sie lösen bei Überschreitung der Toleranz (große Abweichung) nicht aus und verpassen somit Alarme. Auch kontinuierliche, kumulative Alarme weisen aufgrund zu kurzer oder zu langer Akkumulationszeiten Fehlalarme und verpasste Alarme auf. Zudem ist die Bestätigung des Alarmobjekts durch die Anzeige des Displays erforderlich. Wir verwenden daher einen zeitbasierten, inversen Toleranzalarm. Dabei werden ein bestimmter kumulativer Wert (absoluter Fehler) und ein bestimmtes Zeitintervall (kürzeste Verarbeitungszeit) als Alarmbedingungen verwendet. Der momentane Fehler wird kontinuierlich akkumuliert und per Kommunikation an den Host-Computer übertragen. Je größer der kumulative Wert pro Zeiteinheit, desto kürzer die Alarmzeit und umgekehrt. Gleichzeitig wird ein Alarm direkt ausgelöst, wenn die momentane Abweichung zu groß ist. Dadurch werden Fehlalarme und verpasste Alarme vermieden. Zusätzlich wird ein Sprachausgabesystem verwendet, um das Alarmobjekt automatisch und direkt zu melden und die Ursache sowie die erforderlichen Maßnahmen aufzuzeigen. Dies verkürzt die Alarmbestätigungs- und Bearbeitungszeit und reduziert die Belastung der Bediener durch die Bildschirmüberwachung. (2) Lösung des Problems der Chargenmaterialsteuerung: Herkömmliche analoge zentrale Steuerungssysteme erfordern analoge Größeneinstellungen zwischen Host-Computer und Regler, um eine variable Chargenmaterialsteuerung zu realisieren, was zu einer komplexen Hardwarestruktur führt. Wir verwenden die Methode, den variablen Materialwert im Host-Computer einzustellen und den Reglerwert anschließend über eine Vor-Ort-Kommunikation zu ändern. Der Wert wird automatisch nach dem Prinzip der Materialausrichtung übertragen. Die Materialwechselzeit ist kurz und beträgt maximal 90 Sekunden (bestimmt nur durch die Geschwindigkeit des Mischförderers und den Abstand zwischen den Trichtern). Der Regler verhindert ein Überschwingen und reduziert so Probleme durch starke Materialänderungen und Produktionsinstabilität aufgrund von Materialschwankungen. Bei Maschinenstillstand aufgrund langsamen Materialflusses ist keine Verriegelung mit dem elektrischen System erforderlich. (3) Der Yudian AI-808 ermöglicht ein schnelles und unterbrechungsfreies Umschalten zwischen manuellem und automatischem Betrieb . Herkömmlicherweise bedeutet schnelles und unterbrechungsfreies Umschalten, dass die momentanen Ausgabewerte beider Betriebsarten im Moment des Umschaltens übereinstimmen. Bei der automatischen Chargenregelung erfordert schnelles und unterbrechungsfreies Umschalten jedoch, dass der Mittelwert der Regelgröße vor und nach dem Umschalten gleich ist. Dies erfordert die Berechnung des Mittelwerts der Regelgröße vor dem Umschalten und anschließendes Umschalten, um die Auswirkungen auf den Prozess zu minimieren und ein schnelles und unterbrechungsfreies Umschalten zu gewährleisten. Das herkömmliche, sofortige schnelle und unterbrechungsfreie Umschalten ist hier offensichtlich nicht anwendbar. Beim Umschalten vom manuellen in den automatischen Modus mittels Feldkommunikation wird zunächst der Mittelwert der Regelgröße pro Minute auf dem Host-Rechner erfasst und berechnet. Dieser Wert dient als initialer Sollwert für den automatischen Modus. Umgekehrt wird beim Umschalten vom automatischen in den manuellen Modus der Mittelwert der Regelgröße pro Minute auf dem Host-Rechner erfasst und berechnet; dieser Wert dient als initialer Regelwert für den manuellen Modus. Diese Werte werden anschließend im KI-Controller eingestellt, wodurch ein reibungsloser und schneller Wechsel zwischen manuellem und automatischem Modus ermöglicht wird. Dies gewährleistet einen erfolgreichen Wechsel beim ersten Versuch und löst das Problem, dass zuvor beim Umschalten zwischen manuellem und automatischem Modus mehrere Anpassungen der Regelgröße oder des Sollwerts erforderlich waren, der gewünschte Schaltwert aber dennoch schwer zu erreichen war. Dies führte zu Produktionsschwankungen und verlängerte die Zeit bis zum Erreichen der Stabilität. 2.3.4 Automatische Korrektur des Sollwerts des Reglers nach Nullstellung und Kalibrierung jeder Waage: Basierend auf der Änderung des Nullpunkts und der Genauigkeit vor und nach der Nullstellung und Kalibrierung berechnet das System automatisch einen neuen Sollwert, der dem ursprünglichen Sollwert entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass der neue Sollwert hinsichtlich der tatsächlichen Menge mit dem ursprünglichen Sollwert übereinstimmt. Dies vermeidet zusätzliche Fehler durch Nullstellung und Kalibrierung und gewährleistet die Produktionskontinuität. Gängige Dosiersysteme verfügen nicht über diese Funktion. 2.3.5 Automatische Erfassung und zeitbasierte Abfrage von Toleranzüberschreitungen, Silowechseln, Unterbrechungen, Änderungen und langsamer Materialzufuhr werden realisiert. Dies löst das Problem der Echtzeitüberwachung der Prozessdisziplin im Dosierprozess. Bei Auftreten der oben genannten Alarme erscheint automatisch ein Dialogfeld mit Alarmobjekt, Alarmursache, Vorgehensweise und zuständigem Mitarbeiter. Der zuständige Mitarbeiter bestätigt die Angaben Punkt für Punkt. Dies klärt Verantwortlichkeiten, stärkt die Eigenverantwortung der Bediener, legt den Grundstein für die korrekte Analyse von Schwankungsursachen und trägt zur stetigen Verbesserung der Prozesstechnologie bei. 2.3.6 Die vertikale Achse des Verlaufsdiagramms ist in zwei Skalensegmente unterteilt, sodass die momentanen Änderungstrends sowohl großer als auch kleiner Durchflussmengen auf demselben Bildschirm klar erkennbar sind. 2.3.7 Die Parameter jeder Skala können zentral auf dem Host-Computer angezeigt und geändert werden, was die Skalenkalibrierung vereinfacht. 2.3.8 Die virtuelle Füllstandsanzeige im Silo entspricht der Restmenge nach Abzug der anfänglichen Materialmenge. Dadurch lässt sich der Füllstand präzise ohne Füllstandsanzeige bestimmen. 2.3.9 Die Chargeninformationen werden fehlerfrei als Datenpakete übertragen und können remote abgefragt werden. Dies ermöglicht den Austausch von Chargeninformationen und verbessert das Prozessmanagement. 2.3.10 Die Einstellungen des Chargenverhältnisses sind flexibel und vielfältig. Das System kann die Sollmenge anhand der Prozess-Chargenformel automatisch berechnen, indem die relevanten Komponenten und die Gesamtmenge eingegeben werden. Alternativ kann die Berechnung manuell erfolgen und die Sollwerte einzeln eingegeben werden. Die Einstellungen können einheitlich auf dem Host-Computer gemäß den Anforderungen der Chargensteuerung voreingestellt oder an jedem Basisregler separat vorgenommen werden. 2.3.11 Historische statistische Daten jeder Einheit werden im zugehörigen Modul gespeichert. Dies spart Rechenzeit und Speicherplatz auf dem Host-Computer und erhöht das Erweiterungspotenzial des Systems. 2.3.12 Die Maßeinheit kann zwischen t/h und kg/m³ umgeschaltet werden, was die Überprüfung vor Ort erleichtert. 2.3.13 Das Display verfügt über ein Hilfemenü, das die Bedienung für Bediener und Wartungspersonal vereinfacht. 3. Ergebnisse: Zwei Jahre Betrieb haben gezeigt, dass das System stabil und zuverlässig arbeitet und die Arbeitsbelastung von Bedienern und Wartungspersonal reduziert. Dank automatischer Erkennung und Anpassung wird das manuelle Wiegen deutlich reduziert. Dadurch steht mehr Zeit für Inspektionen zur Verfügung, potenzielle Probleme können frühzeitig erkannt und behoben werden, wodurch der Aufwand für die Bewältigung von Notfällen verringert wird. Gleichzeitig reduzieren präzise und zeitnahe Alarme Störungen und den Aufwand für die Fehlersuche. Insbesondere die Möglichkeit, Materialien zu wechseln und zwischen manuellem und automatischem Modus in einem Schritt umzuschalten, verbessert die Echtzeitsteuerung, erhöht die Regelgenauigkeit und reduziert den Arbeitsaufwand für wiederholtes Wiegen. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist intuitiv, einfach zu bedienen und verfügt über ein Hilfemenü für schnelles Lernen. Das Überwachungsprogramm bietet leistungsstarke Mensch-Maschine-Dialogfunktionen, die das Prozessmanagement erleichtern, die Verantwortung des Bedieners stärken, anormale Schwankungen reduzieren und die Produktionskennzahlen verbessern. Das System erreicht eine stufenlos einstellbare Regelstabilität und eine kumulative Regelgenauigkeit von ±1,5 % pro Minute im Scheibenzuführungsmodus. Es erfüllt die Prozessanforderungen hinsichtlich Materialwechsel und -verlangsamung, Umschaltung zwischen manuellem und automatischem Modus, reibungslosem Übergang vor und nach der Wiegekalibrierung sowie präziser und zeitnaher Fernübertragung von Chargeninformationen. Das Anwendungsprogramm integriert Mess-, Steuerungs- und Managementfunktionen und erzielt ein hohes Kosten-Nutzen-Verhältnis. 4. Probleme und Verbesserungsmaßnahmen 4.1 Langsame Kommunikationsgeschwindigkeit. Die Funktionen der untergeordneten Maschine sollten weiter verbessert werden, sodass die von der übergeordneten Maschine erfassten Daten vorkompiliert und im dafür vorgesehenen Speicher der untergeordneten Maschine gespeichert werden. Gleichzeitig wurde Datenkomprimierungstechnologie eingesetzt, um das Datenübertragungsvolumen zu reduzieren und die Kommunikationszeit zu verkürzen. Zusätzlich wurde die Baudrate der Kommunikation erhöht. 4.2 Ungleichmäßige Materialzufuhr durch die Zuführeinrichtung. Die Zuführmethode wurde weiter modifiziert, indem die Scheibenzufuhr durch eine Breitbandfördererzufuhr ersetzt wurde. 4.3 Schwierigkeiten bei der physischen Überprüfung. Am Materialabgabepunkt des Förderbandes wurde eine mobile Behälterwaage zur direkten physischen Wiegeprüfung installiert. 4.4 Trennung von Messtechnik und elektrischer Steuerung. Messtechnik und elektrische Steuerung wurden mithilfe eines Schalt-/Ausgangsmoduls vom Typ AI-301M kombiniert, um eine vollständige Systemautomatisierung zu erreichen und die Materialdosierinformationen in das Produktionsmanagement-Informationsnetzwerk einzuspeisen.