北京宇宏泰测控技术有限公司
MMC-21红外水分测控系统
烧结生产是一个复杂的物理化学过程，在烧结生产中，混合料水分是其中一个重要的参数。适宜稳定的水分，不仅影响混合料的制粒效果，更可直接影响烧结工艺的生产质量等一系列技术经济指标，如垂直烧结速度、结块率、燃料消耗、表层质量、转鼓强度、FeO含量等。
《MMC-21红外水分测控系统》是北京宇宏泰测控技术有限公司以CM710e红外线水分仪为测量核心，采用开放式的网络结构和市场化的监控软件，融入公司技术人员的全新设计理念，为钢铁系统烧结打造的一个全开放式、高可靠性、高性价比的工业级水分集散控制系统，使困扰冶金烧结企业多年的水分测量与控制问题得以解决。本系统已通过北京市科委组织的权威鉴定，并获得国家专利。《MMC-21红外水分测控系统》已在北京首钢、上海宝钢、曹妃甸京唐钢铁、本钢、武钢、太钢、济钢、鞍钢、包钢、山东日照钢铁、唐钢、安阳钢铁、海鑫钢铁、辽宁北钢、江苏南京钢铁、浙江杭钢、江西南昌钢铁、新钢、临钢、湖南湘钢、涟钢、广东韶钢等数十家钢铁厂成功投入使用近五百套。实践证明，由于混合料水分的自动控制稳定，促进了生产过程的良性循环，对于烧结矿产、质量的提高和消耗下降起了很重要的作用，使企业投资回报得以提升。
一、系统原理
水分控制系统实际是整个配料、混料过程系统共同控制的结果，仅仅依靠CM710e红外水分仪的测量，对某个局部环节的水分进行检测和控制是不够的。因此，《MMC-21红外水分测控系统》在水分控制计算中除了水分的测量值和加水的水流量外，还引入了物料的瞬时流量、系统各环节的延时等参数，并加入皮带及混合机的启停信号作为判断生产与否的依据，分别根据上述参数的变化对加水量进行实时控制，有效的避免了水分添加量的剧烈波动，将烧结混合料的水分值精确的控制在合理范围之内。
系统控制原理图
《MMC-21红外水分测控系统》接收的模拟量信号有烧结料皮带秤称重信号，电磁流量计加水流量信号，水分仪输出的烧结混合料水分含量检测信号。
《MMC-21红外水分测控系统》接收的开关量信号有混一皮带的开机信号，各混合机的开机信号，该信号为无源干接点信号。
烧结线开机后首先由现场操作员手动控制至系动稳定，系统稳定后再计算烧结混合料的来料含水量，并手动将此值写入控制器中，用此来料含水量计算出相应烧结混合料的加水量，计算公式如下：
来料水分值=目标水分值-实际加水量/料重------------------------（1）
应加水量=料重×（目标水分值-来料水分值）-----------------------（2）
《MMC-21红外水分测控系统》中以估算的应加水量为给定值的PID2调节模块通过PID运算后去控制调节阀的开度，以使控制系统的加水量达到应加水量的值，另一PID1调节模块以红外水分仪的检测信号与目标水分值相比较并经PID运算后修正调节阀的开度，以使烧结混合料的水分值稳定在要求的目标水分值的附近，从而最终达到烧结混合料水值的全自动控制。
《MMC-21红外水分测控系统》中的电子皮带秤的信号既是前馈信号也是粗调信号，当烧结混合料重量变化时应加水量也跟着变化，PID2的输出也随之变化，而烧结料在混合机中有三分钟左右（具体时间随工艺情况变化）的延时，红外水分仪的测量信号在三分钟之后方发生变化。为消除测量延时的影响，在系统中考虑相应的烧结料重对应的加水量，故而在烧结生产过程中不会存在加水量大起大落的变化，也就是说在一定范围内保证了水分值的稳定，烧结混合料的含水量不会发生过量的变化。
《MMC-21红外水分测控系统》中使用加水流量作为前馈，当加水管路系统中的压力发生变化时，随之而来的是加水流量的变化，PID2中由于PV值的变化输出也会跟着变化，调节阀也会随之变化，从而保证了加水流量不会随着压力变化而变化，也就是说在一定的范围内能保证加水量的稳定。
《MMC-21红外水分测控系统》中设有三重保护，当皮带秤的输出为零时启动保护，当混一皮带与混合机停止运行时均启动加水保护，既将系统由“自动”切为“手动”状态运行，同时将调节阀的输出切换为零，并启动切断阀关闭加水回路，确保在试车过程中不会误动作加水。
《MMC-21红外水分测控系统》独有3G无线网络控制系统，在安装我公司开发的远程维护软件后，即可随时随地与公司控制平台连接，进行故障诊断与排除，真正实现系统远程维护，即时响应现场故障，无需安装电话线，更方便快捷。
二、系统组成
《MMC-21红外水分测控系统》由测量、控制两大核心部分组成，就是采用以CM710e红外水分仪为测量部分，保证水分测量的准确可靠，将可编程控制器等控制单元集成至控制柜中，与流量计、智能型电动调节阀和切断阀等各项外围检测、控制设备组合而成的一套水分测量控制装置。
测量部分：
在水分控制系统中，准确、可靠的水分测量是整个系统的基础，因此为保证烧结混合料水分测量的准确、可靠，本系统采用专为冶金行业应用而设计的CM710e红外水分仪为测量设备。
CM710e红外水分仪：
检测范围：水分
测量范围：0~50%
精度（%绝对值）：±0.1%
测量波段:：达10个（VFS技术）
探头到产品操作距离：250mm（标准）
CM710e红外水分仪
工作距离范围：150-350mm（±100mm）
采样面积：60mm圆周块
响应时间：0.1S-1000S，可由用户调整
系统输出：4-20mA或RS232、标准Lonworks、Devicenet、Profibus、Ethernet、TCP/IP
报警设置：标准的高/低报警继电器，容量：1A/240V
网络能力：探头到控制柜连接电缆标配为20m，最长可达50m
控制部分：
《MMC-21红外水分测控系统》控制柜选用质量高、可靠性强的控制设备和系统软件，主要控制器件采用英国欧陆公司获ISO9001认证的DCS可编程控制器，性能可靠，并具有强劲的通讯能力，控制对象根据需要可扩展多到条烧结线。
《MMC-21红外水分测控系统》控制柜
输入电源：165V-240VAC，50Hz，3A.
模拟量输入/输出信号：4~20mA、1~5VDC
外形尺寸：1800mmX600mmX50mm
数据近程采用TIP/IP网线通讯，远程采用光缆通讯
控制柜
本地监控与远程集中监控并举，可远程异地维护与监控
三、系统案例
本钢炼铁厂现有两台265m2烧结机（1号、2号），分别于2000年11月份、2001年10月份投入生产，年生产能力400万吨左右。我公司结合该厂生产的实际情况制定烧结混合料水分自动控制的实施方案，分别于2008年2月在两台265m2烧结机一、二次混合料出口共安装四套《MMC-21红外水分测控系统》，使该厂烧结系统的混合料加水全部实现自动控制，目前系统均投入运行，效果良好，烧结矿质量得到提高，降低了燃料消耗，减轻了工人的劳动强度。下图所示系统控制画面取自该厂的《MMC-21红外水分测控系统》，该系统投运至今，测量稳定，控制良好，效益十分明显。
由于该厂生产上必须消耗部分炼钢厂的污泥，因此本系统将加水回路分成两部分，工业清水加水回路和污泥补加回路。污泥补加水回路是作为混合料加水的辅助加水回路，由压力变送器和回流调节阀组成压力调节回路，以稳定污泥加水管道的压力，然后根据加水调节阀的开度折算成的污泥配加流量，并将其叠加流量调节环节上，系统将从加水总量中减去这部分污泥配加量。为保证适应现场工况保证加水效果，本系统采用了我公司开发的延时器模块，精确计算混合料由皮带秤位置进入混合圆筒的延迟时间，确保了水分值调整的及时和稳定。同时本系统针对生产时不定量添加的返矿及除尘灰等影响水分值的配料，设置了单独的水分增减按钮，极好的结合了加水量与生产工况的变化，稳定了水分控制。另外本系统加入了皮带和混合圆筒的启停信号作为加水与否的判断，保证在生产开始或停止时启动切断阀来确保烧结混合料的水分值不受影响。本系统还有单、双系统生产一键转换功能，使得单系统生产与双系统生产切换时加水量迅速随之改变。
料重重
料重
重
加水流量
料重
重
水分重
料重
重
阀位开度
料重
重
自动运行开始
料重
重
下图为运行本系统前后的水分变化情况。
系统运行前后的水分曲线变化
由图中可以看出，在运行《MMC-21红外水分测控系统》后，烧结混合料的水分值控制与运行系统前相比明显更稳定，符合生产工艺要求。
混合料含水量检测准确、水分控制稳定，确保了该厂烧结混合料水碳平衡，混合料成球良好，为后续的布料、点火、烧结提供了保障。自动加水控制系统的应用，大大减轻了岗位工作劳动强度，最大限度地减少了人为因素影响，提高了设备作业率，有效的保持了系统的连续性与稳定性。
CM710e红外线水分仪
离轴收集镜
光源
滤光盘8000rpm
分格镜
Lapdog光束分离器
基准探测器
参考探测器
外出光束
被收集的光
内部参考光束
CM710e红外线水分仪基于水分对特定波长的红外线的选择性吸收特性。下图为其探头光路图。水分仪的光源发出红外光，经透镜、滤光盘和反射镜将平行光反射到被测物料上。其中一部分红外光被吸收，另一部分红外光散射后经凹面镜聚焦到光电转换元件上，受光元件将光信号转换成电信号。这个信号的大小与被测物料含水量有关，输出信号经放大、变换成统一标准信号用于显示、记录、控制或传送给计算机系统进行相关处理。
CM710e探头光路图
CM710e红外线水分仪特点：
l内置电气处理单元，智能化探头
l特有增强型滤光镜镀膜技术各
l红外灯泡：经老化处理，寿命更长；经预调制，安装/更换时毋须光路校准；功率更大，红外光强度更大
l马达：直流无刷马达，转速高达每分钟6000-8000转，有效提高了检测速度，增加了综合抗干扰能力
l波长数：最多可达10个波长，消除各种行业应用的环境影响
l离轴光收集镜：更加充分利用红外光能，增强仪器的稳定性
l增加光束分离器反射镜，增强红外光能
lLAPDOG光束分离器光孔编码细化，使红外光在探测器上分布更均匀
l增大了取样面积；由原40毫米圆周块增加到60毫米，扩大了取样率
l内部快速诊断装置，降低维护成本
l窗口污染检测装置：当窗口水蒸气和尘埃凝集在探头镜片上达一定程度时（对检测发生影响以前），该装置会自动提示，操作人员擦试干净后毋须再校正，减少了人为依赖性和风险。（有空气清洁窗时，不会有凝结情况出现）
l统一热度感应器，使探头免受过高温度影响，同时自动复位保险线丝防止意外损坏。
CM710e水分仪在冶金行业应用的创新点：
CM710e水分仪专为冶金行业应用而设计，能有效克服烧结现场的水蒸气、粉尘、物料温度、形状变化等因素对水分测量的影响，并不受各种外界光源的干扰，能极好的适应烧结现场的生产环境。
l采用单光路双探测器快速连续检测全球专利技术
l基准测量光和产品测量光使用同一光路，可以有效消除各项漂移
l基准测量探测器独立封装，外部光不干扰基准测量，抗干扰能力强，不需要遮光罩
l关键器件—高精度滤光片，滤光片中心波长误差小于±0.0002μm，滤光片的高精度决定红外水分仪高精度。
l24分格变非球面变焦距主聚光镜专利技术，充分利用反射光，红外探测器接受均匀光线，减少测量距离变化产生的干扰，提高信噪比，精度得到提高
l采样镀膜直接反射式反射镜，消除反射色差，光源反射镜镀成“冷镜”，不反射能够引起升温的远红外，减小探头温升
l蓝宝石永不磨损光学窗口
l多种接口，可配置：EthernetIP，ModbusTCP，Profinet，DeviceNet,ProfibusDP，CANbusOpen，除了以太网连接之外，HMI还提供四个可扩展的模拟输出、八个光电隔离的数字输入和八个数字输出。
l基于以太网，提高网络抗干扰能力，适应现代网络化管理