混勻配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉兆潔

（山信軟件股份有限公司 萊蕪自動(dòng)化分公司，山東 萊蕪271104）

信息化建設(shè)

混勻配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉兆潔

（山信軟件股份有限公司 萊蕪自動(dòng)化分公司，山東 萊蕪271104）

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠混勻配料采用QUANTUM PLC對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，編程軟件采用CONCEPT 2.6，畫面監(jiān)控軟件選用IFI4.0，通訊采用了以太網(wǎng)技術(shù)和MODBUS通訊協(xié)議，開發(fā)了混勻配料自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、語音報(bào)警、皮帶啟動(dòng)的預(yù)警、各種歷史趨勢(shì)的記錄，可隨時(shí)進(jìn)行配比設(shè)定、流量設(shè)定、頻率設(shè)定的切換及生產(chǎn)過程的邏輯控制等功能。該系統(tǒng)應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)混勻配料的自動(dòng)控制，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高配料精度，穩(wěn)定燒結(jié)礦的質(zhì)量。

混勻配料；PLC；自動(dòng)控制；實(shí)時(shí)監(jiān)控

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠原來的混勻配料系統(tǒng)采用儀表控制由操作人員手動(dòng)操作配料圓盤下料，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，計(jì)算出各個(gè)配料的配比，再根據(jù)配比計(jì)算出下料量，對(duì)各臺(tái)設(shè)備分別設(shè)定下料。計(jì)算操作時(shí)間長(zhǎng)，并且易出差錯(cuò)，影響生產(chǎn)順行。為此，開發(fā)應(yīng)用混勻配料自動(dòng)控制系統(tǒng)，以提高配料精度，保證生產(chǎn)穩(wěn)定。

2 控制系統(tǒng)組成

2.1 硬件系統(tǒng)

根據(jù)配料工藝要求，該系統(tǒng)采用QUANTUM PLC對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。編程軟件采用CONCEPT 2.6，這是基于WINDOWS 2000的編程工具，為編程控制系統(tǒng)提供了專門的多語言開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)運(yùn)用CONCEPT編程軟件XCPLC系統(tǒng)組態(tài)編程，可以進(jìn)行復(fù)雜的儀控控制，又可以進(jìn)行常規(guī)的電氣控制，編程簡(jiǎn)單靈活，可以根據(jù)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)情況制定多種方案，使控制更安全，更流暢。

2.2 軟件組成

畫面監(jiān)控軟件選用IFI4.0，該軟件界面豐富，畫面生動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，能夠動(dòng)態(tài)顯示工藝過程參數(shù)，并可設(shè)置重要參數(shù)的歷史趨勢(shì)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、報(bào)警等，便于操作員操作和維護(hù)。通過IFIX 4.0可以對(duì)混勻配料工藝進(jìn)行監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作。

2.3 PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)

通訊網(wǎng)絡(luò)采用了以太網(wǎng)技術(shù)，MODBUS通訊協(xié)議。以太網(wǎng)具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、通訊速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛以及技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由以太網(wǎng)和其他設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，上位機(jī)采用IFIX4.0監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)流量，料位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，通過畫面上的數(shù)值給定與操作按鈕與PLC程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警、皮帶啟動(dòng)的預(yù)警、各種歷史趨勢(shì)的記錄，可隨時(shí)進(jìn)行配比設(shè)定、流量設(shè)定、頻率設(shè)定的切換及生產(chǎn)過程的邏輯控制等功能。

3.1 皮帶秤流量與料倉(cāng)料位的數(shù)據(jù)采集

利用PLC中的模擬量輸入模板對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)（見圖1）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。根據(jù)各個(gè)皮帶秤流量的不同量程計(jì)算出實(shí)際數(shù)值，并對(duì)換算出來的數(shù)值進(jìn)行取平均值的計(jì)算，將流量的波動(dòng)降至最低，便于將數(shù)值應(yīng)用與PID的回路調(diào)節(jié)，保證調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。料位的顯示采取現(xiàn)場(chǎng)一路，主控室一路的顯示方式，便于兩方面對(duì)料倉(cāng)的料位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證料位低時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員采取加料措施，防止斷料的情況發(fā)生。

圖1 操作主畫面

3.2 配比、流量、頻率設(shè)定的切換

利用PLC輸出與儀表給定兩種方式控制給料圓盤的頻率，PLC給定系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)切換到儀表輸出，可保證生產(chǎn)的連續(xù)性。在PLC輸出時(shí)通過配比給定、流量給定和頻率給定3種方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圓盤變頻器進(jìn)行控制。操作人員在操作畫面上選擇配比給定時(shí)，只需輸入配料的總流量和各分秤的配比率，即可自動(dòng)計(jì)算出每臺(tái)秤的下料量，并根據(jù)此下料量進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，減輕了操作人員工作量，且計(jì)算精確。流量給定是通過畫面上的流量給定區(qū)域?qū)Ω鞣殖舆M(jìn)行流量的控制，在對(duì)每個(gè)秤進(jìn)行PID參數(shù)整定時(shí)需要用此種給定方式。頻率給定是給現(xiàn)場(chǎng)圓盤的變頻器固定輸出頻率，在進(jìn)行實(shí)物校秤時(shí)需要用此種給定方式。在給定頻率的情況下，每個(gè)皮帶秤的下料量與總皮帶秤的稱量值進(jìn)行比較，根據(jù)差值校正皮帶秤的流量，這種方法既直觀又方便，在很短的時(shí)間內(nèi)即可高精度的對(duì)各分秤進(jìn)行校驗(yàn)。

3.3 語音報(bào)警

當(dāng)出現(xiàn)卡料、懸料等故障時(shí)，根據(jù)皮帶秤與圓盤給料機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可以判斷系統(tǒng)是否正在運(yùn)行。如果顯示低于報(bào)警設(shè)定值，則可判斷這個(gè)倉(cāng)已經(jīng)斷料，并且通過iFix的調(diào)度功能及時(shí)播放語音文件對(duì)操作人員發(fā)出警告。當(dāng)問題解決后報(bào)警自動(dòng)解除，也可手動(dòng)解除。此報(bào)警會(huì)自動(dòng)生成并存儲(chǔ)在報(bào)警日志中，報(bào)警日志每天可以生成一個(gè)文件，查詢報(bào)警信息時(shí)只需將當(dāng)天的報(bào)警文件調(diào)出即可，此文件也可以用記事本的格式打開，便于復(fù)制報(bào)警信息以便進(jìn)行打印。

3.4 皮帶啟動(dòng)預(yù)警

由于啟動(dòng)皮帶時(shí)必須保證皮帶周圍無人靠近，增加了皮帶啟動(dòng)預(yù)警功能以后，操作人員只需確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)有沒有正在工作的人員即可開啟皮帶，皮帶開啟前會(huì)響鈴5 s，給站在皮帶附近的人員足夠的遠(yuǎn)離時(shí)間，避免因皮帶啟動(dòng)而造成的安全事故。皮帶啟動(dòng)后停止響鈴，當(dāng)皮帶在鈴聲響起5 s后未運(yùn)行或皮帶已運(yùn)行但運(yùn)行信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，鈴聲不會(huì)停止，會(huì)繼續(xù)響鈴25 s，及時(shí)提醒操作人員有運(yùn)行的故障出現(xiàn)，需要迅速協(xié)調(diào)處理，保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.5 歷史趨勢(shì)記錄

生產(chǎn)過程中皮帶秤的數(shù)據(jù)至關(guān)重要，以前的配料情況需經(jīng)常查詢，根據(jù)制作皮帶秤流量歷史趨勢(shì)與各分倉(cāng)料位的歷史趨勢(shì)，可將每條皮帶的給定流量與實(shí)際流量做到同一個(gè)歷史趨勢(shì)的畫面中，根據(jù)兩種曲線的變化率來查看自動(dòng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和料流的實(shí)際變化，并根據(jù)波動(dòng)的大小調(diào)整PID參數(shù)，使自動(dòng)調(diào)節(jié)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.6 生產(chǎn)過程的邏輯控制

設(shè)備的聯(lián)鎖功能至關(guān)重要，聯(lián)鎖啟動(dòng)與聯(lián)鎖停止實(shí)現(xiàn)了料頭料尾的對(duì)齊。在配料過程中，如果系統(tǒng)處于聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)，為了保證配料的精度，任何一條皮帶停止運(yùn)行，其余的皮帶也將同時(shí)停止運(yùn)行，待解決故障后由操作人員重新啟動(dòng)系統(tǒng)。若設(shè)備故障很難短時(shí)間排除，為了保證生產(chǎn)，操作人員只需將該設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“未選”，則此設(shè)備不影響系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，其配比也將不計(jì)算。在非聯(lián)動(dòng)的狀態(tài)下，每一臺(tái)設(shè)備都可以單獨(dú)控制，有利于設(shè)備的單獨(dú)調(diào)試。每一條皮帶均具有跑偏保護(hù)功能，當(dāng)打開跑偏保護(hù)功能后，檢測(cè)出皮帶跑偏時(shí)，立即停止皮帶，防止事故發(fā)生。

3.7 單位切換及累積量

由于常用流量的單位有t/h和kg/m，不同的操作人員的習(xí)慣也不同，故根據(jù)各皮帶的運(yùn)行速度計(jì)算出kg/m的計(jì)量方式，操作人員可以在畫面上操作更改流量的單位，程序中也將自動(dòng)按照當(dāng)前的單位設(shè)定計(jì)算出相應(yīng)的流量值。增加的本班累積、上班累積和總累計(jì)可以讓操作人員隨時(shí)看到目前的配料總量情況，更方便于計(jì)量每個(gè)階段的配料量，省去了操作人員繁雜的計(jì)算過程。

4 結(jié)語

混勻配料自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用后，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便可靠，控制效果良好，數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，報(bào)警指示精確，較低的故障率和智能的自診斷功能減輕了維護(hù)人員的維護(hù)難度?？刂葡到y(tǒng)能直接應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，避免了因小故障而引起整條生產(chǎn)線的停機(jī)，最大程度避免人為的不確定因素，保證了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低停機(jī)時(shí)間15 h/a，為企業(yè)多生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦7200 t/a。配料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率和配料精度得到不斷提高，確保了生產(chǎn)線年產(chǎn)高品質(zhì)燒結(jié)礦360萬t，年增創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益68.65萬元。

Development and Application of Blending Ingredients Automatic Control System

LIU Zhaojie
（Laiwu Automation Branch of Shanxin Software Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

The automatic control system of blending ingredients was developed in the Section Steel Ironmaking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.The QUANTUM PLC was used to control the whole control system for blending ingredients.The IFI4.0 was used for Screenmonitoring software.The Ethernet technology and MODBUS communication protocol were adopts in communication.It can realize data acquisition,voice alarm,belt start early warning,the record of historical trends,may switch set ratio,flow setting and frequency setting on time and the logic control of production process and other functions.After the application of the system,the automatic control of blending ingredients is realized,real-timemonitoring on the spot,the labor intensity of the workers was reduced,the precision of the ingredients and stabilizing the quality of the sinter were improved.

blending ingredients;PLC;automatic control;real-timemonitoring

TP273

B

1004-4620（2017）04-0056-02

2017-03-13

劉兆潔，女，1984年生，2005年畢業(yè)于兗州礦區(qū)職工大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)。現(xiàn)為山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司工程師，從事工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)與系統(tǒng)維護(hù)工作。