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球團(tuán)是人造塊狀原料的一種方法，是一個將粉狀物料變成物理性能和化學(xué)組成能夠滿足下一步加工要求的過程。球團(tuán)礦是一種球形的人造鐵礦石，直徑在8～16 mm，是一種用來高爐煉鐵的最理想原料。球團(tuán)系統(tǒng)中造球工藝段是非常重要的環(huán)節(jié)，隨著高爐爐料結(jié)構(gòu)中球團(tuán)礦比例日益增加，在綠色冶煉的背景下，提高圓盤造球機(jī)（以下簡稱“造球盤”）的生球質(zhì)量合格率勢在必行。許多球團(tuán)廠現(xiàn)有造球盤雖然大多設(shè)置了加水裝置、給料皮帶變頻調(diào)速裝置，但仍然處于單參數(shù)設(shè)定、人工調(diào)節(jié)的較低水平，同時因?yàn)槿狈τ行У纳驅(qū)崟r檢測手段，造球生產(chǎn)過程仍然依賴人工監(jiān)控造球過程，包括生球粒級分布、配水布置、給料量、造球盤轉(zhuǎn)速、造球盤傾角等，由操作工憑經(jīng)驗(yàn)和視覺進(jìn)行區(qū)分和調(diào)整。鑒于給料量/配水量波動、膨潤土含量不均勻、混合料水分不穩(wěn)定、礦粉粒徑不均勻等實(shí)際問題，操作工需不斷改變配水量、造球盤傾角及轉(zhuǎn)速進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)整，但調(diào)整過程中由于人的參與和物料的變化產(chǎn)生了極大的不確定性，實(shí)際生產(chǎn)過程中存在勞動強(qiáng)度大，生球的“質(zhì)”和“量”受主觀因素影響，崗位培訓(xùn)困難，客觀上產(chǎn)能無法得到穩(wěn)定控制等問題。

馬鋼帶式焙燒機(jī)球團(tuán)項(xiàng)目采用的數(shù)字式智能造球系統(tǒng)是基于視覺識別技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了生球粒徑實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)通過生球粒級變化匹配生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過自學(xué)習(xí)算法實(shí)時匹配各個功能區(qū)成球效果，PLC根據(jù)模型下發(fā)參數(shù)，通過PID控制配水閥門開度和造球盤變頻器輸出實(shí)現(xiàn)智能造球。

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智能造球系統(tǒng)主要由粒級分析模塊、控水模塊和工控機(jī)組成，粒級分析模塊通過視覺識別技術(shù)實(shí)時采集造球盤下方輥篩上的生球信息，通過分析運(yùn)算得出生球粒級分布，并將粒級分布發(fā)送給控水模塊，控水模塊分析粒級數(shù)據(jù)的同時匹配生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)粒級波動來控制造球盤各個功能區(qū)配水量。如當(dāng)前工況調(diào)節(jié)配水無良性反饋，系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)前工況調(diào)整造球盤的轉(zhuǎn)速和傾角來維持穩(wěn)定生產(chǎn)。

（1）應(yīng)用層。應(yīng)用層是應(yīng)用程序間的溝通平臺。

（2）傳輸層。傳輸層主要功能是數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)確認(rèn)和丟失重傳等。傳輸層提供了節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳送以及應(yīng)用程序之間的通信服務(wù)。

（3）互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)提供基本的數(shù)據(jù)封包傳送功能，讓每一塊數(shù)據(jù)包都能夠到達(dá)目的主機(jī)。

（4）網(wǎng)絡(luò)接口層。網(wǎng)絡(luò)接口層主要負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)包并進(jìn)行傳輸，從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽取IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)交給下一層，對實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)媒體進(jìn)行管理，定義如何使用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)來傳送數(shù)據(jù)。

控水模塊主要由上位機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、PLC、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥等組成。上位機(jī)對粒級分析模塊獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算后發(fā)出指令，通過OPC通信傳送給PLC，PLC對比給定參數(shù)與當(dāng)前參數(shù)，通過控制調(diào)節(jié)閥動作得到給定的參數(shù)。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

1.2.1  自學(xué)習(xí)功能在生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

系統(tǒng)通過自學(xué)習(xí)策略實(shí)時監(jiān)測生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過特定的變量篩選和計(jì)算獲得相應(yīng)的系數(shù)，系數(shù)參與整個配水系統(tǒng)的控制，并根據(jù)物料變化及工況波動情況進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2.2  通信狀態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)監(jiān)測上位機(jī)實(shí)時通信狀態(tài)，如通信異常，則發(fā)出報警。

1.2.3  智能控制

系統(tǒng)通過對設(shè)定的粒級進(jìn)行監(jiān)控，觸發(fā)相應(yīng)的策略，控水模塊通過OPC通信將相應(yīng)需要調(diào)整的參數(shù)發(fā)送給PLC，由PLC控制相應(yīng)的閥門進(jìn)行調(diào)整，得到給定的參數(shù)。

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從造球影響因素中提取便于數(shù)字化精確控制且短周期內(nèi)可以提高造球效率的因素作為控制手段，如給水量、定量給料機(jī)的給料量（運(yùn)行頻率）和造球盤轉(zhuǎn)速（運(yùn)行頻率）、傾角。

（1）提高造球效率：通過判斷粒級數(shù)據(jù)是否合格來對造球盤的生產(chǎn)過程進(jìn)行閉環(huán)控制（給料量無變化為前提）。

（2）穩(wěn)定參與造球的物料總量：當(dāng)模型檢測到參與造球系統(tǒng)的定量給料機(jī)給料量出現(xiàn)異常時，將自動補(bǔ)償給料量，將缺少的物料量參數(shù)下發(fā)至正常運(yùn)行的定量給料機(jī)，從而瞬時補(bǔ)償參與造球的物料總量。

（3）優(yōu)化控制策略：引入?yún)⒆兞浚ㄅ渌禂?shù)）來解決多因素參與控制導(dǎo)致模型控制復(fù)雜的問題，以及減少不確定性工況帶來的影響。

（4）穩(wěn)定成品生球產(chǎn)能：模型計(jì)算系統(tǒng)整體的造球效率及實(shí)際進(jìn)入焙燒機(jī)的生球總量，通過實(shí)際生球入機(jī)量與目標(biāo)生球入機(jī)量對比得到生球產(chǎn)能偏差，從而得到系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)奈锪狭?。同時，將需要補(bǔ)償?shù)奈锪狭烤值礁鱾€參與系統(tǒng)的造球盤給料量上，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定整個造球系統(tǒng)產(chǎn)能的目的。

（5）控制造球盤工作頻率：當(dāng)通過控水無法得到優(yōu)化的粒級數(shù)據(jù)時，模型通過調(diào)整造球盤運(yùn)行頻率和傾角來改變母球生長速率及母球在造球盤的剝離位置，從而得到優(yōu)化的粒級數(shù)據(jù)。

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參數(shù)顯示主要為操作者顯示正在運(yùn)行的造球盤基本參數(shù)及即時粒級百分比。區(qū)域內(nèi)顯示的實(shí)際值為系統(tǒng)采集的儀表反饋?zhàn)兞?，設(shè)定值為模型下發(fā)的變量。

投用開關(guān)是每臺造球盤控水模塊參與控制的觸發(fā)按鈕，當(dāng)系統(tǒng)檢測當(dāng)前具備條件時，方能啟動控水模塊（系統(tǒng)檢測返料區(qū)配水系數(shù)是否為零）。

盤幅選擇區(qū)域可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)盤幅分頁按鈕來切換各個造球盤的控制界面。

當(dāng)不采用智能造球模式時，可以轉(zhuǎn)為人工設(shè)定當(dāng)前造球盤的各種參數(shù)，如：

（1）滴水區(qū)設(shè)定水量：生產(chǎn)異常時人工介入框體，操作者可直接根據(jù)工況直接在界面中發(fā)指令控水。

（2）霧化區(qū)設(shè)定水量：生產(chǎn)異常時人工介入框體，操作者可直接根據(jù)工況直接在界面中發(fā)指令控水。

（3）給定頻率：設(shè)定造球盤的運(yùn)行頻率。

（4）給定料量：設(shè)定定量給料機(jī)的給料量。

當(dāng)上述參數(shù)輸入后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，模型根據(jù)輸入?yún)?shù)下發(fā)指令給PLC進(jìn)行各項(xiàng)控制。

通過粒級—時間曲線，操作者可以清晰地了解過去1 h內(nèi)粒級分布情況。

通過此按鈕可以實(shí)現(xiàn)打開和關(guān)閉相機(jī)操作，在設(shè)備調(diào)試階段和更換設(shè)備時，不需要重新啟動程序就可以調(diào)試相機(jī)。

在該界面下可設(shè)定以下參數(shù)：

（1）8 mm球給定值：此參數(shù)定義為小于8 mm的生球粒級占比不得大于框體內(nèi)設(shè)定的參數(shù)（百分?jǐn)?shù)），推薦值為10，此參數(shù)設(shè)定區(qū)間為5～15。

（2）16 mm球給定值：此參數(shù)定義為大于16 mm的生球粒級占比不得大于框體內(nèi)設(shè)定的參數(shù)（百分?jǐn)?shù)），推薦值為10，此參數(shù)設(shè)定區(qū)間為5～15。

（3）合格球百分比：此參數(shù)是造球工藝人員對當(dāng)前物料狀態(tài)綜合評估得出的造球盤產(chǎn)出合格生球的占比，可根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整參數(shù)，推薦值為85。設(shè)定原則：原礦成球性能良好可上調(diào)，成球性能差則下調(diào)。

（4）此外，還可設(shè)定造球盤傾角、成品生球含水率、生球跌落次數(shù)等參數(shù)。

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本文介紹了數(shù)字化智能造球系統(tǒng)，旨在通過圖像識別技術(shù)將造球盤生產(chǎn)過程數(shù)字化，建立數(shù)字化造球模型，通過引入過程參變量來反映實(shí)際造球工況；分析了多種成球因素的影響規(guī)律，系統(tǒng)通過設(shè)置基于機(jī)器視覺的粒級分析裝置，獲取生球粒級數(shù)據(jù)，實(shí)時調(diào)整給料量、造球盤轉(zhuǎn)速和傾角、給水調(diào)節(jié)閥等，結(jié)合相關(guān)控制模型實(shí)現(xiàn)造球盤生產(chǎn)時的智能化控制，對于國內(nèi)各類球團(tuán)工藝的造球盤高效成球具有較大的實(shí)用意義，不僅可以減少造球崗位操作工人數(shù)量，還可以有效提高生球產(chǎn)量與質(zhì)量，為提升球團(tuán)生產(chǎn)率、降本增效作出貢獻(xiàn)。后期可以根據(jù)球團(tuán)工藝生產(chǎn)的要求，利用數(shù)字智能技術(shù)進(jìn)一步開發(fā)智能配料功能，減少黏結(jié)劑，預(yù)測并控制來料水分^[2]，尤其是通過配水系數(shù)來協(xié)同控制干燥機(jī)燃燒器的熱值及配混過程中的打水量等，從而進(jìn)一步優(yōu)化造球工況。