電子產品世界投稿西門子PLC在高爐上料自動控制系統中的應用

　　PLC是可編程邏輯控制器，是一種采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。本文是一篇電子產品世界投稿的論文范文，主要論述了西門子PLC在高爐上料自動控制系統中的應用。

　　摘要：文章介紹了西門子PLC在高爐上料自動控制系統中的應用，主要闡述了整個控制系統的軟硬件配置，并概述了高爐上料工藝。該控制系統配置靈活、控制可靠、維護方便，確保了高爐穩定運行，具有良好的實施效果。

　　關鍵詞：西門子PLC,高爐上料,自動控制系統,軟硬件配置,煉鐵生產

　　高爐上料是煉鐵生產的重要環節，將原料系統配好的物料按預先設定的上料程序裝入爐內，以保證高爐的連續生產。重鋼新建2500m3高爐的上料系統采用SIMATIC S7-400 PLC控制系統以及IM460/IM461近程擴展，PROFIBUS過程現場總線技術的分散型I/O子系統，上位機操作監控，完成了對上料系統工藝設備的控制及各工藝參數的檢測、調節。

　　1 工藝簡介

　　高爐上料系統由爐頂裝料設備、料罐均壓設施、爐頂液壓站及潤滑站、爐頂水冷站、爐頂探尺、爐頂噴霧設備、檢修設施和爐頂框架所組成。其中裝料設備采用了串罐無料鐘設備，主要由固定料罐、稱量料罐、閥箱、傳動齒輪箱及布料溜槽等組成，如圖1所示：

　　整個上料系統采用的膠帶機上料，其上料控制流程為膠帶機運輸原料到固定料罐，對稱量料罐進行排壓，使其內部壓力等同于大氣壓力，再打開上料閘門、上密封閥由固定料罐裝料到稱量料罐，然后關閉上密封閥、上料閘門對稱量料罐進行兩次均壓使其內部壓力等同于高爐內部壓力，最后打開下密封閥及下料閘、料流閥通過布料溜槽對高爐進行布料。

　　2 系統設計

　　由于上料系統在高壓高溫環境下對信號的可靠性、準確性要求很高，如果信號不準確將直接導致高爐慢風或休風，給生產造成巨大損失。同時上料系統是通過布料溜槽的旋轉、傾動和料流調節閥的控制，可實現爐喉料面上的多種布料方式，適應各種爐況的上部調節要求，使得對控制的精度要求也很高，因此重鋼新區2500m3高爐上料系統選用了SIMATIC S7-400 PLC。

　　2.1 硬件配置

　　本系統選用CPU414，電源模板PS407，DI模板SM421，DO模板SM422，AI模板SM431，AO模板SM432，計數模板FM450，通訊模板CP443以及接口模板IM460/461。通過繼電器和隔離器連接現場機械設備和儀器儀表，并通過西門子OSM交換機連接上位機操作監控系統。

　　2.2 軟件設計

　　整個軟件設計使用西門子STEP7編程工具來完成對硬件的組態、控制程序的編寫、信號的處理以及文檔報表的處理。由3個OB組織塊、49個FC功能、1個FB功能塊、28個DB數據塊組成。通過CPU循環掃描OB組織塊來完成對FC、FB塊中子程序的邏輯控制及信號處理。

　　2.3 操作監控系統

　　上位機操作監控系統通過西門子WINCC對上料系統進行過程控制及參數設定，并給操作人員提供多幅顯示和操作畫面。該系統既包括了所有主要工藝流程、檢測參數、設備狀態的顯示，也集中了監控系統的所有主要操作、參數設定，主要含有裝料設備操作監視畫面、探尺操作及爐喉料面跟蹤畫面、齒輪箱冷卻系統操作監視畫面、液壓站及潤滑站系統操作監視畫面、料線選擇及布料參數設定畫面、布料模式預約畫面、裝料制度預約及裝入周期修改畫面、空焦裝入操作設定畫面、爐頂主控制選擇畫面、轉入系統運轉程序實行畫面、裝入數據跟蹤畫面等。操作人員可以及時準確地了解系統的當前狀態，并方便、迅速、可靠地對設備做出相應的調整，既簡化了操作人員的工作，又使系統隨時處于監控狀態，在一定程度上保證了系統的安全性和可靠性。

　　3 實現功能

　　3.1 主要功能

　　第一，爐頂系統設備的運轉控制包括無料鐘爐頂上料設備，一、二次均排壓設備，探尺，爐頂安裝起重機，爐頂液壓站，集中潤滑站及冷卻系統設備等。

　　第二，上料系統設備的時序控制。

　　第三，爐頂布料方式控制，包括布料模式設定、排料控制方式等。

　　第四，爐頂料罐的均壓、稱量及壓力補償控制。

　　第五，爐頂料罐壓力、裝料設備溫度、冷卻系統溫度、流量、水位的監測及控制。

　　第六，爐頂探尺對爐內物料的跟蹤、記錄與監視。

　　第七，上料系統裝料制度、料線設定、裝料循環周期的處理。

　　第八，空焦裝入方式及運轉控制。

　　第九，上料操作參數的設定、實際裝入操作的數據收集、處理。

　　第十，上料系統設備的操作與監視。

　　3.2 基本控制功能

　　第一，爐頂壓力選擇：設有高壓操作和常壓操作選擇。

　　第二，控制選擇：全自動→1批料(Charge)自動→1小批料(Dump)自動→手動→停止→現場。

　　第三，布料溜槽旋轉方向選擇：布料溜槽設有正轉與反轉方向選擇。

　　第四，爐頂裝料制度及裝入時序控制：爐頂裝入操作設有兩種基本操作制度：C↓O↓和C↓OL↓OS↓，其中C↓OL↓OS↓為預留裝料制度。爐頂裝料設備和裝入操作，應根據裝料制度的時序圖，由時間計數器進行控制。裝料循環周期為14個，可預先設置14批料的裝入方式(最多)。

　　第五，料罐的稱量與壓力補償：稱量系統由三個荷重傳感器和一個電子裝置組成，并和爐頂PLC進行數據傳輸。應具備如下功能：稱量皮重，校核料重，超載校驗，稱量值的壓力補償，消除壓力波動對稱量值的影響，進行排料控制及發出料空料滿信號。 　　第六，料流調節閥的開度控制及自學習：料流調節閥的開度由PLC通過液壓比例閥進行控制，PLC根據料批重量、布料時間及料流調節閥的排料特性曲線給出開度指令。對于焦炭和礦石，有兩組與之相對應的排料特性曲線系數。

　　第七，布料方式選擇及布料控制方式選擇：布料方式分別為多環布料(自動控制)、單環布料(自動控制)、扇形布料(手動控制)、點布料(手動控制);布料控制分為時間控制方式――以控制布料溜槽在每一環上的停留時間來控制每一環上的布料量、重量控制方式――根據每一環上的實際布料重量來控制溜槽的傾動。

　　第八，上料主膠帶機向爐頂固定料罐裝料：當上料主膠帶機上來料的料頭到達爐頂設備準備點檢OK點時，如果固定料罐料空且上料閘關閉，則具備受料條件主膠帶機繼續運行，否則主膠帶機應停止運行。固定料罐中設有兩個料位計，當到達最高料位時，則發出報警，此時如主膠帶機上的物料料尾仍未過OK點，則主膠帶機停止運轉。

　　第九，固定料罐向稱量料罐排料：當確認物料已裝入固定料罐后，則發出允許排料的信號。當稱量料罐也已準備好受料時，則發出開啟上料閘的指令，開始排料。完成排料并得到料空信號后延時，發出關上料閘、關上密封閥的指令，料罐準備均壓。

　　第十，上密封閥開啟條件：稱量料罐已排料結束，下密封閥關，放散閥開。上密封閥應在上料閘關閉后才能關閉。

　　第十一，上料閘的運轉：開啟條件為上密封閥開到位，料流調節閥關，稱量料罐內料空。開啟后，應在得到固定料罐料空信號后延時3s再關閉。固定料罐料空信號由γ射線料位儀來發出。

　　第十二，一次均壓閥的運轉：開啟條件為選擇高壓操作，排壓閥已閉并且上密封閥關到位，二次均壓閥閉。關閉條件為關閉指令及一次均壓完信號。

　　第十三，二次均壓閥的運轉：設有二次均壓選擇開關。當選擇二次均壓時，二次均壓設備才投入運行。其開啟條件為選擇高壓及二次均壓操作，放散閥已閉，一次均壓完畢且一次均壓閥已關。關閉條件為稱量料罐內壓力達到設定值。

　　第十四，布料溜槽的運轉：啟動條件為探尺全部提升到位，布料溜槽到達開始布料傾角位置，無溜槽更換選擇。多環與單環布料以高速方式旋轉，扇形和點布料時以低速方式旋轉。旋轉設有6個起始位置，間隔60°。傾動上升應在無負荷狀態下進行，即上傾的條件為料流調節閥關。下傾動作應根據布料模式的設定進行控制，傾動由VVVF調速電機驅動，傾動速度應根據與目標角度的距離來進行調節。溜槽傾動停止后，當設定角度與實際角度的差值>0.2°或<-0.2°時，溜槽將據此判斷相應地自動增加或減小傾動角度。布料溜槽停止位置設有11個，其角度應預先設置，并可通過操作畫面進行修改。

　　第十五，探尺的運轉：爐頂共設3臺探尺，正常情況下同時工作;特殊情況下，可任意停止1或2臺探尺工作。當探尺均到達料線后，解除裝入，待發出中間漏斗閘門可開啟的指令，探尺提升全部到位后，啟動布料溜槽準備布料。探尺提升應快速，下降則應慢速。布料完畢，布料溜槽停止旋轉，探尺即可下降至料面。探尺可以連續測定料面，也可以點測料面。在正常情況下采用連續測定料面，并顯示料面位置;需點測料面時采用手動操作，接觸料面時立即提起探尺，也應顯示料面位置。

　　4 結語

　　高爐上料自動控制系統自生產以來，其控制精度高、布料效果好，監控系統直觀明了、數據準確、操作簡單方便，豐富了高爐上部的調節手段，改變了煤氣的分布，從而有效地提高了高爐煤氣利用率，降低了焦比，減少了焦炭消耗，既節約了資源，又減少了對環境的污染，同時入爐焦比下降，提高了高爐利用系數，實現了高爐穩定、順行、高產、低耗，有利于提高企業經濟效益。

　　參考文獻

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