使用NI PXI與LabVIEW搭建燒結臺車的漏氣檢測系統案例

　　摘要：中鋼使用NI產品，將對環境的影響zui小化，增加產能、降低成本。“我們的解決方案能夠明顯有效地提高人員安全保障、節約能源、減少二氧化碳排放量，并增加產量。”在此方案中，NI提供系統開發的咨詢及支持，文章詳細介紹了該案例。
　　
　　中鋼使用NI產品，將對環境的影響zui小化，增加產能、降低成本。
　　
　　"我們的解決方案能夠明顯有效地提高人員安全保障、節約能源、減少二氧化碳排放量，并增加產量。"
　　
　　-王智中,中國鋼鐵股份有限公司
　　
　　挑戰：
　　
　　為了提高燒結工廠的產能，我們需要采用一種有效的漏氣檢測方式，以探測漏氣量以及漏氣來源，并分析漏氣數據，作為燒結臺車定期檢修更換的依據。
　　
　　解決方案:
　　
　　采用聲壓麥克風，在空氣噪音學和NI軟硬件的基礎上，開發檢測系統，快速檢測臺車的漏氣情況，達到節能、減碳、增產以及提升品質的目標。
　　
　　煉鐵廠主要提供煉鋼時所需的鐵水和原材料，而煉焦爐與燒結工廠分別供應高爐煉鐵所需的煉鐵原料，焦碳和燒結礦。燒結工廠主要生產燒結礦，它是高爐煉鐵的原料。其主要制作過程是將各種鐵礦石（IronOre）、助熔劑（Flux如石灰石）、焦碳屑（CokeBreeze）等原料按規定比例混合，經勻拌滾筒加水攪拌造粒后，送至燒結廠進行煅燒。燒結完成的燒結礦經軋碎篩選后，5~50mm合格粒度的燒結礦會送至高爐作為煉鐵的主要原料。
　　
　　燒結廠面臨的困難
　　
　　燒結過程中一項重要的檢測燒結狀況好壞的指標是燒結透氣性（JPU）。生成過程中透氣性的好壞，則是取決于排氣系統的通風量。燒結機是排氣系統中zui直接與原料接觸且zui容易發生漏氣的部位。
　　
　　燒結機結構由多個燒結臺車組成，每部臺車前后的密封裝置與臺車橫梁底部和風箱側邊堅硬的金屬材質平板接觸。為了防止與鋒利的燒結料摩擦，進而產生刮痕和漏氣，燒結過程中需留有一定的膨脹空間。一旦燒結機臺車發生漏氣，將導致通風量減少，直接造成粒子難以形成，降低燒結礦的產量。
　　
　　完好的燒結臺車沒有漏氣狀況，排氣系統的風扇負擔較低，用電量較少。對于發生漏氣的燒結臺車，風扇必須以較高的轉速來維持一定的通風量，此時驅動風扇的馬達會提供較高的驅動電流，因而消耗較多的電量。為了提高燒結工廠的產能，我們需要采用一種有效的漏氣檢測方式，以探測漏氣量以及漏氣來源，并分析漏氣數據，作為燒結臺車定期檢修更換的依據。
　　
　　以往的漏氣檢測方法
　　
　　以往我們依靠人力在燒結機操作過程中進行檢測，人員必須長時間暴露在高粉塵及高噪音（約90-110分貝）的環境下，利用自己的眼力、聽力作出判斷。然而，漏氣來源可能是料面或臺車本身等各個不同的部位，人力難以追蹤漏氣發生的地方。
　　
　　以往我們依靠人力在燒結機操作過程中進行檢測，人員必須長時間暴露在高粉塵及高噪音（約90-110分貝）的環境下，利用自己的眼力、聽力作出判斷。然而，漏氣來源可能是料面或臺車本身等各個不同的部位，人力難以追蹤漏氣發生的地方。
　　
　　以往我們依靠人力在燒結機操作過程中進行檢測，人員必須長時間暴露在高粉塵及高噪音（約90-110分貝）的環境下，利用自己的眼力、聽力作出判斷。然而，漏氣來源可能是料面或臺車本身等各個不同的部位，人力難以追蹤漏氣發生的地方。
　　
　　為何選用NI產品
　　
　　IT的價值在于能將分析問題予以定性和定量，達到將問題視覺化呈現的目的。在搭建燒結臺車漏氣時，我們必須知道如何識別漏氣現象，如何識別不同的漏氣形態并量化其影響程度，且基于計算性維護及工作能力考量，如何選擇zui需要維護的臺車。
　　
　　在選擇信號采集和分析儀器平臺上，我們則需要考慮平臺編程語言的方便性、計算能力、硬件溝通性及長期使用下的可靠性等因素。NI針對各種不同測量需求推出各種可靠的模組化硬件，搭配NILabVIEW與各種函數工具箱，可以快速開發靈活、高整合度的自定制系統，能夠*以上考量需求。該系統結合聲音陣列、RFID技術與NI-PXI平臺，為自動化漏氣測試系統提供了一個良好的解決方案。
　　
　　解決方案介紹
　　
　　我們采用聲壓麥克風，在空氣噪音學的基礎上，開發*檢測法則，以檢測臺車的漏氣情況。同時利用陣列架構，檢測臺車每個部位的漏氣情況，再搭配NIPXI機箱、PXI-8106嵌入式控制器和PXI-4472動態數據采集模塊來進行數據采集。我們將LabVIEW作為開發平臺，加速檢測及驗證方法的可行性，并檢測系統的穩定性。提供即時臺車漏氣信息，通過適當的維護，達到節能、減碳、增產及提升品質的目標。
　　
　　測試結果
　　
　　我們將開發完畢的自動化測試系統置于中鋼一號燒結廠中，測試并記錄各臺臺車的漏氣情況。我們依照測量結果對漏氣情況zui嚴重的20臺臺車進行檢修，獲得了良好的結果。定修前的平均產量為6205頓/日，定修后平均產量為6292頓/日，產量約增加87頓/日，平均產率約增加0.65%。
　　
　　燒結臺車系統除定期檢修時間外，24小時不斷運作，因此我們僅對20臺臺車進修了檢修，產量就有明顯提升。在固定產量目標下，減少燒結臺車的漏氣，試圖增加通過燒結臺車的有效風量，可減少驅動燒結臺車風扇的負擔，進而降低驅動風扇馬達的驅動電流。
　　
　　改善前的耗電量為3282千瓦/小時，改善后的耗電量約為3245千瓦/小時，由此平均每年可節省約54萬臺幣的電費。而在整體燒結過程中，以每度電會產生0.637公斤的二氧化碳計算，使用該系統后，每年將可減少約198頓的二氧化碳排放量。此外，低漏氣量將提高燒結礦的合格率。因粒徑不合格而必須回收的燒結礦數量減少，可降低回收成本并避免重復燒結所造成的能源浪費。
　　
　　改善前的耗電量為3282千瓦/小時，改善后的耗電量約為3245千瓦/小時，由此平均每年可節省約54萬臺幣的電費。而在整體燒結過程中，以每度電會產生0.637公斤的二氧化碳計算，使用該系統后，每年將可減少約198頓的二氧化碳排放量。此外，低漏氣量將提高燒結礦的合格率。因粒徑不合格而必須回收的燒結礦數量減少，可降低回收成本并避免重復燒結所造成的能源浪費。
　　
　　選擇NI軟硬件的益處
　　
　　在此方案中，NI提供系統開發的咨詢及支持，幫助我們加速開發及驗證整個綠色能源工程方案的可行性，未來將導入此技術在其他燒結工廠使用。我們的解決方案能夠明顯有效地提高人員安全保障、節約能源、減少二氧化碳排放量，并增加產量。