燒結生產(chǎn)是一個復雜的物理化學過程，在燒結生產(chǎn)中，混合料水分是其中一個重要的參數(shù)。適宜穩(wěn)定的水分，不僅影響混合料的制粒效果，更可直接影響燒結工藝的生產(chǎn)質(zhì)量等一系列技術經(jīng)濟指標，如垂直燒結速度、結塊率、燃料消耗、表層質(zhì)量、轉鼓強度、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)絡結構和市場化的監(jiān)控軟件，融入公司技術人員的全新設計理念，為鋼鐵系統(tǒng)燒結打造的一個全開放式、高可靠性、高性價比的工業(yè)級水分集散控制系統(tǒng)，使困擾冶金燒結企業(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。《MMC-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。實踐證明，由于混合料水分的自動控制穩(wěn)定，促進了生產(chǎn)過程的良性循環(huán)，對于燒結礦產(chǎn)、質(zhì)量的提高和消耗下降起了很重要的作用，使企業(yè)投資回報得以提升。
一、系統(tǒng)原理
水分控制系統(tǒng)實際是整個配料、混料過程系統(tǒng)共同控制的結果，僅僅依靠CM710e紅外水分儀的測量，對某個局部環(huán)節(jié)的水分進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流量、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的延時等參數(shù)，并加入皮帶及混合機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)的變化對加水量進行實時控制，有效的避免了水分添加量的劇烈波動，將燒結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料皮帶秤稱重信號，電磁流量計加水流量信號，水分儀輸出的燒結混合料水分含量檢測信號。
《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》接收的開關量信號有混一皮帶的開機信號，各混合機的開機信號，該信號為無源干接點信號。
燒結線開機后首先由現(xiàn)場操作員手動控制至系動穩(wěn)定，系統(tǒng)穩(wěn)定后再計算燒結混合料的來料含水量，并手動將此值寫入控制器中，用此來料含水量計算出相應燒結混合料的加水量，計算公式如下：
來料水分值=目標水分值-實際加水量/料重------------------------（1）
應加水量=料重×（目標水分值-來料水分值）-----------------------（2）
《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》中以估算的應加水量為給定值的PID2調(diào)節(jié)模塊通過PID運算后去控制調(diào)節(jié)閥的開度，以使控制系統(tǒng)的加水量達到應加水量的值，另一PID1調(diào)節(jié)模塊以紅外水分儀的檢測信號與目標水分值相比較并經(jīng)PID運算后修正調(diào)節(jié)閥的開度，以使燒結混合料的水分值穩(wěn)定在要求的目標水分值的附近，從而最終達到燒結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，當燒結混合料重量變化時應加水量也跟著變化，PID2的輸出也隨之變化，而燒結料在混合機中有三分鐘左右（具體時間隨工藝情況變化）的延時，紅外水分儀的測量信號在三分鐘之后方發(fā)生變化。為消除測量延時的影響，在系統(tǒng)中考慮相應的燒結料重對應的加水量，故而在燒結生產(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，當加水管路系統(tǒng)中的壓力發(fā)生變化時，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)》中設有三重保護，當皮帶秤的輸出為零時啟動保護，當混一皮帶與混合機停止運行時均啟動加水保護，既將系統(tǒng)由“自動”切為“手動”狀態(tài)運行，同時將調(diào)節(jié)閥的輸出切換為零，并啟動切斷閥關閉加水回路，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)絡控制系統(tǒng)，在安裝我公司開發(fā)的遠程維護軟件后，即可隨時隨地與公司控制平臺連接，進行故障診斷與排除，真正實現(xiàn)系統(tǒng)遠程維護，即時響應現(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、智能型電動調(diào)節(jié)閥和切斷閥等各項外圍檢測、控制設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，準確、可靠的水分測量是整個系統(tǒng)的基礎，因此為保證燒結混合料水分測量的準確、可靠，本系統(tǒng)采用專為冶金行業(yè)應用而設計的CM710e紅外水分儀為測量設備。
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10個（VFS技術）
探頭到產(chǎn)品操作距離：250mm（標準）
工作距離范圍：150-350mm（±100mm）
采樣面積：60mm圓周塊
響應時間：0.1S-1000S，可由用戶調(diào)整
系統(tǒng)輸出：4-20mA或RS232、標準Lonworks、Devicenet、Profibus、Ethernet、TCP/IP
報警設置：標準的高/低報警繼電器，容量：1A/240V
網(wǎng)絡能力：探頭到控制柜連接電纜標配為20m，最長可達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、可靠性強的控制設備和系統(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，并具有強勁的通訊能力，控制對象根據(jù)需要可擴展多到條燒結線。
《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，遠程采用光纜通訊
本地監(jiān)控與遠程集中監(jiān)控并舉，可遠程異地維護與監(jiān)控
三、系統(tǒng)案例
本鋼煉鐵廠現(xiàn)有兩臺265m2燒結機（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。我公司結合該廠生產(chǎn)的實際情況制定燒結混合料水分自動控制的實施方案，分別于2008年2月在兩臺265m2燒結機一、二次混合料出口共安裝四套《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》，使該廠燒結系統(tǒng)的混合料加水全部實現(xiàn)自動控制，目前系統(tǒng)均投入運行，效果良好，燒結礦質(zhì)量得到提高，降低了燃料消耗，減輕了工人的勞動強度。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加回路。污泥補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)的延時器模塊，精確計算混合料由皮帶秤位置進入混合圓筒的延遲時間，確保了水分值調(diào)整的及時和穩(wěn)定。同時本系統(tǒng)針對生產(chǎn)時不定量添加的返礦及除塵灰等影響水分值的配料，設置了單獨的水分增減按鈕，的結合了加水量與生產(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)開始或停止時啟動切斷閥來確保燒結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)一鍵轉換功能，使得單系統(tǒng)生產(chǎn)與雙系統(tǒng)生產(chǎn)切換時加水量迅速隨之改變。
下圖為運行本系統(tǒng)前后的水分變化情況。
系統(tǒng)運行前后的水分曲線變化
由圖中可以看出，在運行《MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)》后，燒結混合料的水分值控制與運行系統(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確、水分控制穩(wěn)定，確保了該廠燒結混合料水碳平衡，混合料成球良好，為后續(xù)的布料、點火、燒結提供了保障。自動加水控制系統(tǒng)的應用，大大減輕了崗位工作勞動強度，限度地減少了人為因素影響，提高了設備作業(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：設備解決燒結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換元件上，受光元件將光信號轉換成電信號。這個信號的大小與被測物料含水量有關，輸出信號經(jīng)放大、變換成統(tǒng)一標準信號用于顯示、記錄、控制或傳送給計算機系統(tǒng)進行相關處理。
CM710e紅外線水分儀特點：
內(nèi)置電氣處理單元，智能化探頭
增強型濾光鏡鍍膜技術各
紅外燈泡：經(jīng)老化處理，壽命更長；經(jīng)預調(diào)制，安裝/更換時毋須光路校準；功率更大，紅外光強度更大
馬達：直流無刷馬達，轉速高達每分鐘6000-8000轉，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10個波長，消除各種行業(yè)應用的環(huán)境影響
離軸光收集鏡：更加充分利用紅外光能，增強儀器的穩(wěn)定性
增加光束分離器反射鏡，增強紅外光能
LAPDOG光束分離器光孔編碼細化，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，擴大了取樣率
內(nèi)部快速診斷裝置，降低維護成本
窗口污染檢測裝置：當窗口水蒸氣和塵埃凝集在探頭鏡片上達一定程度時（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險。（有空氣清潔窗時，不會有凝結情況出現(xiàn)）
統(tǒng)一熱度感應器，使探頭免受過高溫度影響，同時自動復位保險線絲防止意外損壞。
CM710e水分儀在冶金行業(yè)應用的創(chuàng)新點：
CM710e水分儀專為冶金行業(yè)應用而設計，能有效克服燒結現(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，能的適應燒結現(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
基準測量光和產(chǎn)品測量光使用同一光路，可以有效消除各項漂移
基準測量探測器獨立封裝，外部光不干擾基準測量，抗干擾能力強，不需要遮光罩
關鍵器件—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，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紅外，減小探頭溫升
藍寶石磨損光學窗口
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 還提供四個可擴展的模擬輸出、八個光電隔離的數(shù)字輸入和八個數(shù)字輸出。
基于以太網(wǎng)，提高網(wǎng)絡抗干擾能力，適應現(xiàn)代網(wǎng)絡化管理
標準配置：
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，可對探頭進行設置、快速標定，進行樣本測量和執(zhí)行校準等功能，或執(zhí)行諸如維護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，須加裝空氣或水冷卻裝置。
注意事項:
1、當生產(chǎn)穩(wěn)定時方可進行測量、控制系統(tǒng)的正常調(diào)試；
2、現(xiàn)場提供干燥、清潔的空氣作為吹掃氣源（氣壓：0.30MPa 流量：120升/分鐘）；
3、測量探頭前必須安裝擋板。
附錄二： MMC-21紅外水分測控系統(tǒng)在首鋼煉鐵廠生產(chǎn)應用
附錄三：設備解決燒結混合料加水控制難題（節(jié)選）
| 附錄四：紅外水分儀國內(nèi)部分用戶名單 | |||
| 序號 | 用戶名 | 生產(chǎn)線號 | 測量對象 |
| 1 | 上海寶鋼鐵股份有限公司 | 450m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 2 | 首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合責任公司 | 550m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 3 | 首秦鋼鐵有限公司 | 130m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 4 | 太原鋼鐵公司燒結廠 | 600m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 5 | 南京鋼鐵集團公司 | 180m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 6 | 南京鋼鐵集團公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 7 | 南京鋼鐵集團公司 | 2*230m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 8 | 武鋼鄂州球團廠 | 500萬噸球團 | 鐵精礦 |
| 9 | 本鋼板材股份有限公司 | 2*265m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 10 | 本鋼板材股份有限公司 | 4*75m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 11 | 本鋼板材股份有限公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 12 | 濟南鋼鐵有限公司 | 90m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 13 | 唐山鋼鐵公司 | 北區(qū)1#-4#燒結 | 燒結混合料 |
| 14 | 唐山鋼鐵公司 | 南區(qū)360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 15 | 金川集團有限公司 | 鎳礦富氧頂吹項目 | 鎳精粉 |
| 16 | 邯鄲鋼鐵公司 | 400m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 17 | 安陽鋼鐵集團燒結廠 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 18 | 福建三明鋼鐵 | 120m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 19 | 西寧特鋼 | 260m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 20 | 馬鞍山鋼鐵公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 21 | 本溪北營鋼鐵有限公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 22 | 本溪北營鋼鐵有限公司 | 200m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 23 | 柳州鋼鐵有限公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 24 | 韶鋼松山股份公司 | 105m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 25 | 韶鋼松山股份公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 26 | 漣源鋼鐵有限公司 | 180m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 紅外水分儀國內(nèi)部分用戶名單 | |||
| 序號 | 用戶名 | 生產(chǎn)線號 | 測量對象 |
| 27 | 漣源鋼鐵有限公司 | 280m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 28 | 漣源鋼鐵有限公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 29 | 湘潭鋼鐵有限公司 | 180m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 30 | 湘潭鋼鐵有限公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 31 | 新余鋼鐵公司 | 180m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 32 | 方大特鋼有限公司 | 300m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 33 | 包頭鋼鐵公司 | 260m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 34 | 攀鋼西昌鋼鐵公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 35 | 法國圣戈班管業(yè)公司 | 198m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 36 | 唐山中厚板有限公司 | 180m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 37 | 常州中天鋼鐵有限公司 | 2×450m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 38 | 印度ISPAT鋼鐵公司 | 198m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 39 | 通化鋼鐵股份有限公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 40 | 天津天鐵冶金集團有限公司 | 400m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 41 | 日照鋼鐵有限公司 | 260m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 42 | 唐山國豐鋼鐵股份有限公司 | 230m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 43 | 東鞍山燒結廠 | 180m2燒結機 | 燒結混合料 |
| 44 | 寶鋼梅山鋼鐵有限公司 | 360m2燒結機 | 燒結混合料 |
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)場應用圖片
