PLC在煉鋼高爐自控系統(tǒng)中的應用

0 概述

我廠2#高爐的原有電氣控制系統(tǒng)，僅槽下上料系統(tǒng)使用富士的可編程控制器進行控制，其他系統(tǒng)仍為傳統(tǒng)儀表盤面顯示各生產(chǎn)參數(shù)手動控制操作，爐頂上料采用大小鐘配合料車自動控制上料的模式。該高爐控制設備陳舊，除了2006年曾對槽下做過一些升級改造將其改造為西門子S7-300可編程控制器控制，并使用 Step7和winCC重新編制控制程序與操作界面外其它部分大大落后于當今的高爐控制水平，制約了生產(chǎn)成本的降低及工藝操作水平，影響了煉鐵整體生產(chǎn)水平，因此，漢鋼于2008年對2#高爐系統(tǒng)進行了全面改造，全系統(tǒng)采用西門子PLC自動控制。爐頂上料形式保留料車上料方式，將高爐大小鐘投料方式改為無料鐘投料方式。

1 系統(tǒng)配置

改造后系統(tǒng)電氣控制部分PLC主機采用西門子S7-400系列的CPU414-2DP，各遠程站采用S7-300系列的CPU及10模塊，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、邏輯運算、聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)處理及輸出執(zhí)行指令等功能。系統(tǒng)采用2種網(wǎng)絡連接方式：工業(yè)以太網(wǎng)和ProfibuS-DP總線網(wǎng)絡。硬件配置如圖1所示。

以太網(wǎng)采用光纜作為主干傳輸網(wǎng)絡，通過光纖收發(fā)器、交換機用雙絞線連接各操作站電腦；卷揚沒有設置電腦操作，因此直接采用ProfibuS-DP總線連接至遠程站。

2 軟件配置及實現(xiàn)方法

系統(tǒng)軟件在WindowsXP操作環(huán)境下運作。編程軟件采用西門子STEP7編程軟件包，用梯形圖邏輯語言實現(xiàn)控制軟件的開發(fā)與應用。人機界面用WinCC V6.0軟件開發(fā)組成監(jiān)控站，監(jiān)視、控制設備和自動化過程。

主要功能：

按高爐生產(chǎn)需要設定的配料順序自動地將爐料配好裝入焦斗和礦斗中，通過料車送到爐頂，再按不同布料要求將爐料自動布入爐內(nèi)，實現(xiàn)了整個給料、稱量、配料、輸送、布料過程全自動。

槽下配料與自動稱量

槽下共14個稱量斗，對稱分布于上料小車軌道兩側(cè)，緊挨軌道兩側(cè)是兩個焦炭稱量斗，隨后每邊依次排列六個稱量礦斗，同時在軌道兩側(cè)還有兩個左右中間礦斗。工藝畫面如圖2所示。

配料分設左中問斗備料和右中問斗備料，分別用以設定裝入左中問礦斗、右中間礦斗的稱量斗代碼——也就是說每個礦石振動篩根據(jù)所對應的每個稱量斗所設定的稱料重量來振料，然后通過左右中問斗備料代碼來選擇需要下料的稱量斗，再通過1#、2#皮帶將需要的料分別裝入左右中間礦斗，以備料車到達料坑時裝入料車。左右中間斗空后，備料指針后移，進行下一個備料行為，形成一個獨立的循環(huán)。各種料的稱料重量、料種在界面中各個稱斗中設置。各振篩根據(jù)本稱量斗所設置稱量定值及稱量斗滿、空信號自動備料，并自動進行稱量補償、修正定值、稱量值零點校正、余振值測定、稱量斗料空后延時關閘門等控制。配料代碼隨時可由操作員在線設定修改。界面中還有料批設定，可共設定A、B、C、D、E、F六種料批，每種料批分前半批和后半批及附加焦，每半批料最多可上4車料，根據(jù)每車是否填寫代碼來確定實際上料車數(shù)，當沒填時視為沒有。當料車到料坑時根據(jù)裝車代碼確定是打開中問礦斗還是焦稱量斗還是空走，每上完‘車料料批前進一位，整個循環(huán)周期按界面中所設定的料制中的所選的料批代碼進行，構(gòu)成整個上料大循環(huán)。在每一個料批結(jié)束時均可加進行“附加焦”，不會打亂周期程序。

布料方式

布料器電氣部分由原來的簡單電機控制改為由變頻器拖動，α(溜槽傾角)、β(溜槽回轉(zhuǎn)角)、γ(料流調(diào)節(jié)閥開度)三個絕對值編碼器反饋布料器位置狀態(tài)。布料系統(tǒng)主要功能是與槽下系統(tǒng)1起控制上料，將爐料正確地裝入料罐，并控制爐頂設備，完成向高爐裝料和按照設定布料數(shù)據(jù)進行布料，可根據(jù)需要隨時調(diào)整布料傾動角度、旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、料流開度。靈活多變的布料方式帶給操作人員全新的操作模式，例如：難以解決的邊緣問題，現(xiàn)在可利用扇形和定點布料克服；布料不均的問題，可利用多圈環(huán)行布料隨時糾正等等。

當每半批料裝入受料罐，裝料指令下達后，打開放散閥卸壓，隨后先開啟上密封閥，再開啟上料閘，將上罐中爐料裝入下罐。裝料完畢，關閉上料閘、上密封閥，然后關閉放散閥，探尺探料降至規(guī)定料線深度提探尺，提尺同時打開兩個均壓閥向下罐均壓，布料器傾動到位，打開下密封閥在溜槽到達步進角位置時打開下料閘(料流調(diào)節(jié)閥)，用下料閘的開度大小來控制料流速度，爐料由布料溜槽布入爐內(nèi)。為使爐項全自動布料準確無誤，本系統(tǒng)對如下信號作了重點處理：

(1)上罐料空及料滿的信號處理；

(2)上罐料滿與均壓放散閥、上密閥、放料閥的聯(lián)鎖；

(3)下罐料滿及料閥的聯(lián)鎖；

(4)控尺與布料器閥的聯(lián)鎖。

同時，為配合精確布料，爐頂還增設有爐內(nèi)成像設備，由清晰的視頻攝像機在氮氣流套筒的保護下及時傳送爐內(nèi)料面燃燒分布情況，高爐操作室配有監(jiān)視器隨時眼觀爐內(nèi)情況，同時有配套分析軟件及時分析料面燃燒溫度分布，顯示在專門的計算機畫面上。靈活多變的布料方式，提高了布料質(zhì)量，提高了高爐的利用系數(shù)。無料鐘爐頂具有布料靈活、密封性好、維修方便等明顯優(yōu)勢，是小高爐優(yōu)化工藝設備的發(fā)展趨勢。變頻器的大量應用使得控制精度大大提高并節(jié)省很多電力。

3 HMI(Human Machine Interface)監(jiān)控技術

HMI(人機界面)使系統(tǒng)實現(xiàn)了集中監(jiān)視控制，可對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行顯示、報警，供生產(chǎn)人員及時掌握生產(chǎn)運行情況。HMI顯示了整個系統(tǒng)的工藝設備畫面，可以對所有設備進行在線監(jiān)控，完成各個工藝設備或者工藝流程的順序控制、故障報警處理及顯示，可設定修改各種生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和運作方式，可設定是使用自動方式還是手動方式，是否連鎖等，以便在檢修、調(diào)試時能夠方便地測試單個設備的運轉(zhuǎn)或特定情況下的單個設備運行，使系統(tǒng)在合理的工藝要求下有序的運行。系統(tǒng)按操作區(qū)域共劃分為槽下上料、高爐監(jiān)控操作、熱風爐操作控制，布袋除塵等四部分，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)互相聯(lián)絡共享。其中槽下上料系統(tǒng)主要控制槽下各個稱斗的料制配比、皮帶運行和上料小車的運行以及爐頂設備的動作控制，高爐系統(tǒng)安置四臺操作站，分別用以操作和監(jiān)控高爐的各項操作如爐溫、混風溫度、冷風流量控制、探尺反饋的爐內(nèi)料位以及槽下上料情況等，同時根據(jù)高爐運作情況隨時連鎖或禁止某些關鍵閥門的開閉。熱風爐系統(tǒng)操作站負責控制熱風爐各項操作，控制燒爐溫度向高爐提供高風溫。布袋除塵控制爐頂煤氣的處理、除塵等工作。對這幾個區(qū)域系統(tǒng)的改造，主要是將原有儀表盤、操作臺等占用空間又大又重的設施改為計算機顯示與操作控制，大大降低故障率，全局參數(shù)與運行狀態(tài)一覽無余，操作方便，效率提高。

4 總結(jié)

整個系統(tǒng)的控制方式分為集中自動、手動和機旁手動等幾種方式。在自動方式下，對單體設備可以手動干預，而不影響整個系統(tǒng)的自動流程。這既減輕了操作人員的負擔，又減少了操作轉(zhuǎn)換時間，提高了冶煉速度。而機旁手動時，又可以在設備檢修調(diào)試時方便地控制其動作幅度和時機。

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