燒結生產是一個復雜的物理化學過程，在燒結生產中，混合料水分是其中一個重要的參數。適宜穩定的水分，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質量等一系列技術經濟指標，如垂直燒結速度、結塊率、燃料消耗、表層質量、轉鼓強度、FeO含量等。

　　《MMC-21紅外水分測控系統》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，采用開放式的網絡結構和市場化的監控軟件，融入公司技術人員的全新設計理念，為鋼鐵系統燒結打造的一個全開放式、高可靠性、高性價比的工業級水分集散控制系統，使困擾冶金燒結企業多年的水分測量與控制問題得以解決。本系統已通過北京市科委組織的鑒定。《MMC-21紅外水分測控系統》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定，促進了生產過程的良性循環，對于燒結礦產、質量的提高和消耗下降起了很重要的作用，使企業投資回報得以提升。

　　一、系統原理

　　水分控制系統實際是整個配料、混料過程系統共同控制的結果，僅僅依靠CM710e紅外水分儀的測量，對某個局部環節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》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、系統各環節的延時等參數，并加入皮帶及混合機的啟停信號作為判斷生產與否的依據，分別根據上述參數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。

系統控制原理圖

　　《MMC-21紅外水分測控系統》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》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場操作員手動控制至系動穩定，系統穩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》中以估算的應加水量為給定值的PID2調節模塊通過PID運算后去控制調節閥的開度，以使控制系統的加水量達到應加水量的值，另一PID1調節模塊以紅外水分儀的檢測信號與目標水分值相比較并經PID運算后修正調節閥的開度，以使燒結混合料的水分值穩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》中的電子皮帶秤的信號既是前饋信號也是粗調信號，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生變化。為消除測量延時的影響，在系統中考慮相應的燒結料重對應的加水量，故而在燒結生產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保證了水分值的穩定，燒結混合料的含水量不會發生過量的變化。

　　《MMC-21紅外水分測控系統》中使用加水流量作為前饋，當加水管路系統中的壓力發生變化時，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，調節閥也會隨之變化，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能保證加水量的穩定。

　　《MMC-21紅外水分測控系統》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，既將系統由“自動”切為“手動”狀態運行，同時將調節閥的輸出切換為零，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》3G無線網絡控制系統，在安裝我公司開發的遠程維護軟件后，即可隨時隨地與公司控制平臺連接，進行故障診斷與排除，真正實現系統遠程維護，即時響應現場故障，無需安裝電話線，更方便快捷。

二、系統組成

《MMC-21紅外水分測控系統》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、智能型電動調節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：

在水分控制系統中，準確、可靠的水分測量是整個系統的基礎，因此為保證燒結混合料水分測量的準確、可靠，本系統采用專為冶金行業應用而設計的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，可由用戶調整

系統輸出：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》控制柜選用質量高、可靠性強的控制設備和系統軟件，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，控制對象根據需要可擴展多到條燒結線。

　　《MMC-21紅外水分測控系統》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

　　數據近程采用TIP/IP網線通訊，遠程采用光纜通訊

　　本地監控與遠程集中監控并舉，可遠程異地維護與監控

三、系統案例

　　 本鋼煉鐵廠現有兩臺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，年生產能力400萬噸左右。我公司結合該廠生產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》，使該廠燒結系統的混合料加水全部實現自動控制，目前系統均投入運行，效果良好，燒結礦質量得到提高，降低了燃料消耗，減輕了工人的勞動強度。下圖所示系統控制畫面取自該廠的《MMC-21紅外水分測控系統》，該系統投運至今，測量穩定，控制良好，效益十分明顯。

控制系統畫面

　　由于該廠生產上必須消耗部分煉鋼廠的污泥，因此本系統將加水回路分成兩部分，工業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節閥組成壓力調節回路，以穩定污泥加水管道的壓力，然后根據加水調節閥的開度折算成的污泥配加流量，并將其疊加流量調節環節上，系統將從加水總量中減去這部分污泥配加量。

　　為保證適應現場工況保證加水效果，本系統采用了我公司開發的延時器模塊，精確計算混合料由皮帶秤位置進入混合圓筒的延遲時間，確保了水分值調整的及時和穩定。同時本系統針對生產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工況的變化，穩定了水分控制。另外本系統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。本系統還有單、雙系統生產一鍵轉換功能，使得單系統生產與雙系統生產切換時加水量迅速隨之改變。

　　下圖為運行本系統前后的水分變化情況。

系統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》后，燒結混合料的水分值控制與運行系統前相比明顯更穩定，符合生產工藝要求。

　　混合料含水量檢測準確、水分控制穩定，確保了該廠燒結混合料水碳平衡，混合料成球良好，為后續的布料、點火、燒結提供了保障。自動加水控制系統的應用，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，提高了設備作業率，有效的保持了系統的連續性與穩定性。（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。水分儀的光源發出紅外光，經透鏡、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，輸出信號經放大、變換成統一標準信號用于顯示、記錄、控制或傳送給計算機系統進行相關處理。

　　CM710e紅外線水分儀特點：

　　內置電氣處理單元，智能化探頭

　　增強型濾光鏡鍍膜技術各

　　紅外燈泡：經老化處理，壽命更長；經預調制，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：最多可達10個波長，消除各種行業應用的環境影響

　　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）

　　統一熱度感應器，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水分儀在冶金行業應用的創新點：

　　CM710e水分儀專為冶金行業應用而設計，能有效克服燒結現場的水蒸氣、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，能的適應燒結現場的生產環境。

　　采用單光路雙探測器快速連續檢測

　　基準測量光和產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、八個光電隔離的數字輸入和八個數字輸出。

　　基于以太網，提高網絡抗干擾能力，適應現代網絡化管理

　　標準配置：

　　型號：CM710e+HMI

　　輸出：4-20mA或其他數據通道；以太網輸出；

　　功能：可現場顯示、模擬/數字信號輸出、以太網輸出，可對探頭進行設置、快速標定，進行樣本測量和執行校準等功能，或執行諸如維護用戶密碼等管理員功能

　　注： 1、在多塵和蒸汽環境中，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。

附錄二： MMC-21紅外水分測控系統在首鋼煉鐵廠生產應用

附錄三：設備解決燒結混合料加水控制難題（節選）

附錄五：MMC-21紅外水分測控系統專家鑒定意見

附錄六：現場應用圖片