摘要：目前傳統鋼鐵行業礦槽上料系統由皮帶小車供料，由工作人員現場手動操作卸料小車上料，料倉料位根據操作工目測確定，由于礦槽環境較差，現場噪音，空氣污染較為嚴重并且現場機械傷害隱患較多，不利于工作人員身心健康。并且由工作人員目測各料倉料位，不同工作經驗人員對料倉料位理解不一，易對高爐生產造成不良影響。
隨著工業4.0的到來，智能工廠、智能生產已成為未來工業發展的主流趨勢。本文主要介紹日照鋼鐵7#8#號高爐槽上卸料小車的自動化改造技術。
關鍵詞： 卸料小車 PLC 編碼器 料位計 自動化
一、現狀概述
(一)、現場工藝、設備、操作流程簡述
長材制造部60T轉爐高位料倉上料系統1#、2#皮帶卸料小車給2#、3#轉爐39個料倉供料，主要物料為燒結礦、礦粉、雜礦、焦炭等，每個倉深為6米。當前，料倉料位判斷、卸料小車頻繁換倉控制靠現場人工操作來實現。
(二)、主要存在的問題：
(1)崗位工頻繁操作小車，機械式疲勞作業，容易造成生產和安全事故的發生。
(2)卸料現場環境極差，粉塵和噪音嚴重影響了崗位操作人員的身體健康，不宜長期有人在現場值守。
(3)用人工肉眼觀察料位和控制小車精確性比較低，且由于人會產生麻痹大意，容易造成生產和安全事故的發生。
二、項目目標及改造范圍
(一)、項目實現的主要目標
實現對2#、3#轉爐槽上39個料倉料位的實時、準確監測，利用編碼器定位及雷達料位監測裝置，通過對PLC編程，實現1#、2#皮帶卸料小車自動走行卸料。
(二)、實現目標所需進行的改造內容
(1)1#、2#皮帶對應料倉安裝雷達料位計;
(2)1#、2#皮帶卸料小車各安裝PLC控制箱1臺、監控攝像機3臺、無線網橋2套、編碼器1支;
(3)地面設無線網橋3套、PLC控制柜1臺、監控攝像機4臺，所有信號通過光纜遠傳至二煉鐵供料中控室;
(4)中控室設操作電腦2臺、視頻監控液晶顯示器3臺;
三、技術方案
(一)簡述技術方案及控制系統圖
(1)皮帶小車定位方案
皮帶小車定位通過小車從動輪安裝絕對值編碼器進行位置檢測，編碼器根據從動輪運行圈數和角度計算得皮帶小車實際運行位置，實現小車自動定位。
絕對值編碼器輸出信號采用現場總線輸出方式。現場總線型輸出編碼器通過設定地址，用通訊方式傳輸信號，總線型編碼器采用PROFIBUS-DP型。校正方法為：在每條沿皮帶一側安裝10個接近開關(皮帶機頭、機尾必須安裝一個)，當皮帶小車感應到某個接近開關時，根據上次校正的初始值，計算得到皮帶小車到該位置的編碼器值，再與實際編碼器檢測值進行比較，當誤差超過設定值，則對編碼器初始位置值進行校正，以消除小車在運行過程中產生的誤差。
(2)料位監測方案
料倉料位監測采用雷達料位計，雷達料位計具有測量精度高，適用于高粉塵、潮濕、高溫等惡劣工況環境下對粉狀、粒狀的固體介質進行連續、非接觸測量的優點，料位計輸出4-20mA信號通過硬線連接到PLC模塊。
(3)自動化系統方案
自動化控制系統選用SIEMENS 可編程控制器，CPU選用315-2DP，所有I/O采用西門子S7-300 I/O模塊。系統配置工業以太網絡模塊，通過工業以太網實現系統網絡的集成，與中控室的網絡通信介質采用光纖傳輸，保證系統的傳輸速度和抗干擾能力，確保系統的安全。
(4)系統監控及控制方案
系統監控和調試均通過工程師站實現。工程師站選用工業微機配置22"液晶顯示器。
(5)視頻監控方案
在2#、1#皮帶的機頭及機尾各安裝1臺球式高清網絡攝像機，每臺小車各安裝3臺槍式攝像機，共10臺攝像機。
具體施工內容
(1)1#皮帶與2#皮帶對應料倉倉頂部各安裝雷達料位計1臺，共計32臺。
(2)1#、2#皮帶卸料小車從動輪各安裝編碼器1支共計2支。
(3)車上各設PLC遠程I/O站1個，通過無線網橋實現與地面PLC通訊。
(4)地面設PLC控制柜1臺，料位信號、小車位置監測信號接入該PLC柜。
(5)每臺車上各設監控攝像機3臺。
(6)中控室設操作電腦2臺、視頻監控液晶顯示器3臺。
(7)現場控制及視頻監控信號通過光纜傳遞至中控室。
四、細節組成介紹
1、PLC硬件系統：
本項目PLC采用德國西門子S7-300系列PLC，硬件組態如下
CPU 315-2DP*1
通訊處理器 CP343-1*1
接口模塊 IM153-1*3
模擬量模塊 AI8x12BIT*7(設置成4線制模式)
數字量輸入模塊 DI32xDC24V*1
DI16xAC230V*2
數字量輸出模塊 DO16xDC24V/0.5A*3
2、程序功能介紹
料位檢測系統，料位計型號：VEGAPULS69.AXCSDAHXAMAX 雷達料位傳感器，此傳感器用于連續測量固體物位，帶4-20mA/HART接口，由模擬量模塊檢測現場料位計傳輸過來的4-20mA信號。
定位檢測由料車絕對值編碼器測量。本項目編碼器型號為德國倍加福PVM58I-011AGROBN-1213。
料車校正功能由編碼器與皮帶上方安裝的10個定位限位開關配合完成(一個在機頭0位限位，9個輔助定位限位)，在料車第一次運行或長時間運行產生誤差后可對料車進行校正操作。若料車具滿足：備妥、中控操作、無熱繼故障，料車通訊正常、編碼器通訊正常、料車在0位限位，則可進行料車位置校正。
由0點限位下降沿完成0點校正，置位0點檢測信號，并將編碼器0位值記錄到數據塊。
其他9個定位限位檢測上升沿與下降沿并記錄兩個編碼器位置。(兩個位置分別代表料車正反行走兩個位置)只要兩個編碼器位置不超過一個合理值，便認為此次校正有效。
當皮帶小車感應到某個接近開關時，根據上次校正的初始值，計算得到皮帶小車到該位置的編碼器值，再與實際編碼器檢測值進行比較，當誤差超過設定值，則對編碼器初始位置值進行校正，以消除小車在運行過程中產生的誤差。
五、維護標準介紹
項目改在完成后，為實現自動卸料小車穩定運行必須建立自動卸料小車點檢維護標準。
常規儀表的使用、日常維護、故障處理和檢修要求 ：PLC模塊及低壓電氣設備管理規定及點檢標準：按照 PLC模塊及低壓電氣設備巡視周期自行編制點檢巡視工作計劃，計劃編制應結合PLC模塊及低壓電氣設備所處環境、巡視檢查歷史記錄及模塊運行狀態評價結果。
六、結束語
自動化生產具有很多優點，能夠保證市場需求，產量大，不像人工操作，工作時長受限，人工操作出錯難免，有時候產量供應會不及時。技術先進、穩定、可靠，并可以在較長時間內保持基本不變。
參考文獻
(1) 廖常初《S7-300/400 PLC應用技術》機械工業出版社 2011.12
(2) 韓雪濤《微視頻全圖講解PLC及變頻技術》電子工業出版社 2018.03
(3) 曹小燕《實例講解西門子S7-300/400 PLC編程與應用》電子工業出版社 2017.08
推薦閱讀：工業互聯網發展中新型生產關系研究
論文指導 >
SCI期刊推薦 >
論文常見問題 >
SCI常見問題 >
