高爐皮帶上料自動化控制系統(tǒng)研究

駱煒

摘 要：本系統(tǒng)采用西門子S7-400PLC實(shí)現(xiàn)高爐的自動備料、自動配料、自動布料，料頭、料尾、料流軌跡實(shí)時跟蹤，同時開發(fā)出具有高可靠性、穩(wěn)定性、最大限度開放性的人機(jī)接口界面。

關(guān)鍵詞：西門子PLC；INTOUCH10.0；自動備料；自動配料；自動布料

中圖分類號：TF321 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0067-02

1 系統(tǒng)主要功能、技術(shù)特點(diǎn)

軟件依托強(qiáng)大的工藝支持和自動化設(shè)備及理論的發(fā)展水平，基于科學(xué)的數(shù)學(xué)建模并聯(lián)系現(xiàn)場實(shí)際不斷優(yōu)化模型來指導(dǎo)過程控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)及調(diào)試。本系統(tǒng)在過程控制、批量控制、系統(tǒng)間工藝及安全連鎖、工廠維護(hù)和信息化等方面均做得比較到位，而配料料單、布料料單均有創(chuàng)新之舉。①槽下自動備料，實(shí)時補(bǔ)償稱量誤差，排料順序任意設(shè)定，采用余重排料法實(shí)現(xiàn)料頭料尾對齊、不斷料，縮短排料時間；②配料料單實(shí)現(xiàn)10批自動循環(huán)上料，并可隨時插入1批礦或1批焦。料頭、料尾、料流軌跡實(shí)時跟蹤。礦批、焦批號，料批總重量、料種實(shí)時跟蹤到爐頂；③布料料單實(shí)現(xiàn)10圈自動布料。實(shí)現(xiàn)α、β、γ角自動調(diào)節(jié)。根據(jù)料線可隨意設(shè)定布料料單，并實(shí)現(xiàn)礦批、焦批不同料單布料。根據(jù)料批總重及布料圈數(shù)實(shí)現(xiàn)γ角自動調(diào)節(jié)。爐頂所有設(shè)備均實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行。

2 系統(tǒng)硬件組態(tài)

系統(tǒng)采用西門子PLC硬件，數(shù)字量輸入模塊：6ES7 321-1B

H01-0AA0，數(shù)字量輸出模塊：6ES7 322-1BH01-0AA0，模擬量輸入模塊：6ES7 331-1KF01-0AB0，模擬量輸出模塊：6ES7 332-

5HF00-0AB0，爐頂與礦槽共用一個CPU：6ES7 414-3XM05-

0AB0，由于礦槽與爐頂距離較遠(yuǎn)，兩者同軸電纜通訊采用光纖通訊。

3 煉鐵原理及系統(tǒng)基本控制思想

煉鐵生產(chǎn)過程是在高爐內(nèi)進(jìn)行的一系列復(fù)雜的還原反應(yīng)的過程，爐料（礦石、燃料和熔劑）從爐頂裝入，從鼓風(fēng)機(jī)來的冷風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后，形成高溫?zé)犸L(fēng)從高爐風(fēng)口鼓入，隨著焦炭燃燒產(chǎn)生的熱煤氣流自下而往上運(yùn)動，而爐料則由上而往下運(yùn)動互相接觸進(jìn)行熱交換，逐步還原，最后在爐子的下部還原成生鐵，同時形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水和爐渣，分別由出鐵口和出渣口放出。高爐生產(chǎn)必須要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠很好地保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性和實(shí)時監(jiān)控性，而且要求數(shù)據(jù)量最多，所有設(shè)備的自動化程度要高。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集周期短，刷新速率快，特別對通訊網(wǎng)絡(luò)而言，數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和正確性尤為重要。高爐的自動化控制方案，首先應(yīng)著眼于系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性和先進(jìn)性，并在此基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的性價比。

4 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)

4.1 系統(tǒng)框架圖

高爐皮帶上料自動化控制系統(tǒng)總共有四大子系統(tǒng)，分別為：備料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、料軌跟蹤、布料系統(tǒng)。軟件根據(jù)設(shè)定料單進(jìn)行自動備料、上料、布料，在整個上料過程中實(shí)現(xiàn)料軌跟蹤，全面減輕操作工的勞動強(qiáng)度，減少操作失誤率，加快上料節(jié)奏。其框架圖如圖1所示。

4.2 系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)初始化后，軟件根據(jù)配料料單按設(shè)定料重、料種自動進(jìn)行備料，料備好后等待上料命令，上料命令發(fā)出后，各料按設(shè)定放料順序往高爐爐頂受料斗裝料，同時料批號、料種、料重等料批信息跟隨至爐頂受料斗，料尾到爐頂后，若中間罐料空，受料斗料放入中間罐。布料條件滿足后，中間罐料按設(shè)定布料方式自動完成高爐爐料均勻布置，如圖2所示。

5 系統(tǒng)各子系統(tǒng)介紹

5.1 備料系統(tǒng)

操作工拿到料單后，選定好要上的料種，設(shè)定好料重。軟件初始化后，若對應(yīng)料種的稱量斗料空，料斗插板閥在關(guān)閉狀態(tài)，則相應(yīng)料種振動篩自動啟動，當(dāng)料重到達(dá)設(shè)定料重時，振動篩自動停止，同時相應(yīng)料種發(fā)出料滿信號，完成備料任務(wù)，等待上料命令。其流程圖如圖3所示。

5.2 上料系統(tǒng)

系統(tǒng)自動備好料后，當(dāng)爐頂發(fā)出要料命令時，軟件按照設(shè)定好的排料順序開始排料，同時產(chǎn)生料頭信號，當(dāng)料頭信號快到爐頂受料斗時，軟件檢查爐頂受料斗是否有料、上料閘是否關(guān)閉，若受料斗無料且上料閘關(guān)閉，則料繼續(xù)送往爐頂受料斗。若不能通過上密檢查，則上料主皮帶自動停止，礦槽停止排料。當(dāng)條件滿足后，重新啟動主皮帶，礦槽繼續(xù)排料，直到當(dāng)前料批料尾進(jìn)入爐頂受料斗，則當(dāng)前批料完成上料任務(wù)。其流程圖如圖4所示。

5.3 料軌跟蹤

系統(tǒng)發(fā)出料頭信號的同時，將當(dāng)前料批的料種（焦炭/礦）、當(dāng)前料批在料單中的坐標(biāo)、料頭標(biāo)志、料的種類、每種料的料重跟隨料流送往爐頂。當(dāng)料批信息到達(dá)受料斗后，在受料斗顯示相關(guān)信息，當(dāng)料尾標(biāo)志到達(dá)受料斗后，受料斗發(fā)出料滿信號，上料閘打開后，受料斗料批信息同時送入中間罐并顯示。其流程圖如圖5所示。

5.4 布料系統(tǒng)

料到達(dá)中間罐后，根據(jù)選定的布料方式進(jìn)行自動布料。若為環(huán)形布料，則按照布料料單中當(dāng)前料批需要布的環(huán)數(shù)、每一環(huán)布的圈數(shù)、料流調(diào)節(jié)閥在每一環(huán)的開度進(jìn)行布料，按設(shè)定的圈數(shù)和環(huán)數(shù)布完后，料流調(diào)節(jié)閥全部打開，中間罐發(fā)料空信號，完成環(huán)形自動布料；若為扇形布料，按照布料料單中設(shè)定的起始角度、終止角度，溜槽在它們之間來回布料，布料一定時間后，根據(jù)中間罐料位或料重，中間罐發(fā)料空信號，扇形布料自動停止，完成高爐的扇形布料。其流程圖如圖6所示。

6 人機(jī)接口界面設(shè)計(jì)

高爐皮帶上料自動化控制系統(tǒng)軟件人機(jī)接口界面采用InTouch10.0開發(fā)，InTouch作為組態(tài)軟件，具有高可靠性和穩(wěn)定性以及最大限度的開放性。其基本的通訊格式包括“快速DDE”和SuiteLink，能方便地連接到各種控制設(shè)備。InTouch除了自身帶有數(shù)據(jù)庫以外，還支持SQL語言，可以方便地與其他數(shù)據(jù)庫連接。同時，它支持通過ODBC訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。

高爐皮帶上料自動化控制系統(tǒng)人機(jī)接口界面主要由工藝流程界面、配料料單界面、布料料單界面、報警界面、歷史趨勢界面組成。各界面之間可以相互切換。工藝流程界面顯示整個上料系統(tǒng)的工藝流程，包括礦槽、爐頂設(shè)備的狀態(tài)、操作等信息；通過配料料單、布料料單界面設(shè)定系統(tǒng)的配料、布料參數(shù)；系統(tǒng)報警、故障等信息可以通過報警界面查詢。系統(tǒng)操作記錄、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等歷史數(shù)據(jù)均可通過歷史趨勢界面查詢。部分界面如圖7所示。

7 結(jié) 語

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三電一體化、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及人機(jī)操作接口一體化；在某鋼廠1 500 m3高爐皮帶上料系統(tǒng)上應(yīng)用以來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作簡便，設(shè)備維護(hù)量小，滿足了高爐的各種工藝控制要求，保證了高爐的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王大海.1 880 m～3高爐主皮帶上料自動控制功能的實(shí)現(xiàn)[J].自動化博覽，2011，（S2）.