PLC在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

竇迎斌

【摘 要】論文針對(duì)PLC在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際案例，在簡(jiǎn)要闡述系統(tǒng)配置的基礎(chǔ)上，分析了PLC在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。得出在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中科學(xué)合理地應(yīng)用PLC，對(duì)提高自控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性有重要意義的結(jié)論，希望對(duì)相關(guān)單位有一定幫助。

【Abstract】In view of the application of PLC in the automatic control system of ironmaking blast furnace， combined with practical cases，and on the basis of a brief description of the system configuration， the paper analyzes the concrete application of PLC in the automatic control system of ironmaking blast furnace.It is concluded that the scientific and reasonable application of PLC in the automatic control system of iron-making blast furnace is of great significance to improve the stability of the automatic control system， and it is hoped that it will be helpful to the relevant units.

【關(guān)鍵詞】PLC；煉鐵高爐；自控系統(tǒng)；應(yīng)用

【Keywords】 PLC； ironmaking blast furnace； automatic control system； application

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP273 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）05-0180-02

1 案例分析

某鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)1#高爐，原電子控制系統(tǒng)，在上料和下料操作中采用了復(fù)式可編程控制器，雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，但由于其他系統(tǒng)仍然采用傳統(tǒng)手動(dòng)控制模式，高爐設(shè)備比較陳舊，運(yùn)行效率一直得不到有效提升，工藝操作水平比較低，嚴(yán)重影響了煉鐵整體生產(chǎn)水平的提高。在2012年對(duì)1#高爐系統(tǒng)進(jìn)行了全方位改造，采用了西門(mén)子PLC自動(dòng)控制，取得了良好的應(yīng)用效果，值得大范圍推廣應(yīng)用。

2 系統(tǒng)配置

1#高爐經(jīng)過(guò)系統(tǒng)改造以后，電氣控制部分PLC主機(jī)采用西門(mén)子S7-400系列的CPU414-2DP，具體配置情況如圖1所示。

從圖1可以清楚看出，改造后自控系統(tǒng)配置可以完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算、連鎖、數(shù)據(jù)處理等功能，為確保各項(xiàng)工作能順利開(kāi)展，該控制系統(tǒng)采用兩種網(wǎng)絡(luò)連接方式，一種是工業(yè)以太網(wǎng)，另一種是Pro f i bus-DP[1]。其中工業(yè)以太網(wǎng)以光纜為主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，然后再通過(guò)光纖收發(fā)器、交換機(jī)等就可以電腦操作，由于在該系統(tǒng)中卷?yè)P(yáng)沒(méi)有設(shè)置電腦操作，為高爐自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 PLC在煉鋼高爐自控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 硬件系統(tǒng)的應(yīng)用

西門(mén)子S7-400系列屬于一種比較通用的PLC系統(tǒng)，可有效滿足煉鐵高爐自動(dòng)化控制和系統(tǒng)運(yùn)行的需求，可有效滿足不同場(chǎng)合不同工業(yè)的需求，具有容易實(shí)現(xiàn)分布式配置的特性，可有效滿足實(shí)際需求，是目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，采用緊湊的模塊化組合結(jié)構(gòu)。

就案例而言，下位機(jī)的PLC是整個(gè)CPU的主要控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)煉鐵高爐自控系統(tǒng)運(yùn)行的全方位控制，采用WINCC6.0進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。并采用Windows XP系統(tǒng)作為主要的控制平臺(tái)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，為最大限度提升提高整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，采用了雙纜熱備冗余處理，而下位機(jī)則采用雙機(jī)雙纜熱備冗余進(jìn)行控制。在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中配置了雙CPU半熱冗余為主機(jī)系統(tǒng)，因此，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)在具體運(yùn)行過(guò)程中，CPU就處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，如果某一個(gè)CPU發(fā)生故障難以正常使用，則備用CPU就會(huì)立即啟動(dòng)，有效保證了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在煉鐵高爐自控系統(tǒng)運(yùn)行中，兩臺(tái)上位機(jī)可進(jìn)行同時(shí)工作，在上位機(jī)和主機(jī)電源之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)進(jìn)行連接，為提高系統(tǒng)硬件的穩(wěn)定性，需要設(shè)置多個(gè)遠(yuǎn)程站柜，才能實(shí)現(xiàn)全方位全過(guò)程控制。如果在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中上位機(jī)和下位機(jī)不盡相同，要通過(guò)增設(shè)光纜的方式實(shí)現(xiàn)相互通信。

3.2 軟件系統(tǒng)的應(yīng)用

3.2.1 STEP7軟件包的應(yīng)用

案例鐵廠的煉鐵高爐自控系統(tǒng)中，采用Windows XP作為主要操作平臺(tái)，在具體編程中采用了西門(mén)子STEP7作為軟件包進(jìn)行使用，在具體應(yīng)用時(shí)直接通過(guò)對(duì)WICNN進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的全方位、全過(guò)程控制。大量應(yīng)用實(shí)例表明，PLC系統(tǒng)的主要功能為：可以根據(jù)鋼鐵企業(yè)實(shí)際要求，對(duì)所需配料和投放的順序進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置，然后在利用配料車(chē)把相關(guān)的配料運(yùn)輸?shù)搅隙分?，再根?jù)實(shí)際配料需求，把不同配料運(yùn)輸至大高爐內(nèi)部，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配料和全方位監(jiān)控。

3.2.2 代碼設(shè)定

在進(jìn)行槽下配料時(shí)，根據(jù)具體需求分為多個(gè)稱量斗，然后通過(guò)對(duì)稱分布的方式布設(shè)在軌道兩側(cè)，當(dāng)高爐中需要加料時(shí)，通過(guò)中間配料桶的規(guī)定把配料裝入礦斗中。然后通過(guò)程序代碼來(lái)設(shè)定實(shí)際稱量，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化稱量，大大提高了配料的效率和準(zhǔn)確性。

3.2.3 選擇合理的布料方式

布料方式是實(shí)現(xiàn)煉鋼高爐自控的關(guān)鍵。根據(jù)布料器的實(shí)際情況，來(lái)選擇與之相適的布料方式，才能滿足實(shí)際需求。就案例鋼鐵企業(yè)而言，具有PLC的煉鐵高爐自控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)布料器的變頻控制，而且可以從不同的角度來(lái)顯示布料器的狀態(tài)和所處的具體位置。但要想實(shí)現(xiàn)這一功能，布料系統(tǒng)和槽下系統(tǒng)相互結(jié)合，才能對(duì)煉鐵高爐上料的全過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制。在自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中，還要根據(jù)實(shí)際加工需求，對(duì)布料溜槽的實(shí)際旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、傾斜角等進(jìn)行精確控制，可大幅提升操作人員工作的靈活性和便利性。

3.2.4 成像設(shè)備的應(yīng)用

為最大限度上提升煉鐵高爐布料的準(zhǔn)確性，可以在爐頂設(shè)置一個(gè) 成像設(shè)備，可利用氨氣流套筒進(jìn)行全方位保護(hù)，并在操作室中設(shè)置監(jiān)視器，以便對(duì)高爐中運(yùn)行情況進(jìn)行全方位控制。布料方式的多樣性，可有效提高布料精確性，而且還能提高利用率，降低成本，除此之外，通過(guò)設(shè)置成像設(shè)備，還可以為高爐的維護(hù)養(yǎng)護(hù)提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)依據(jù)，是目前各大煉鋼高爐自動(dòng)化控制的主要發(fā)展方向。

3.3 HMI監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

HMI的中文翻譯為人機(jī)界面，在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視控制，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)、數(shù)據(jù)、信息等進(jìn)行全方位控制，促使生產(chǎn)人員能夠更加清晰明了地掌握煉鋼高爐的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。而HMI監(jiān)控可以把整個(gè)系統(tǒng)的工藝設(shè)備畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)较鄳?yīng)顯示畫(huà)面上，可以對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行在線控制，發(fā)生故障和問(wèn)題可以及時(shí)報(bào)警處理，為故障處理提供數(shù)據(jù)支撐。煉鐵高爐自控系統(tǒng)的操作區(qū)域包括：上下料操作、高爐監(jiān)控操作、熱風(fēng)爐操作、布袋除塵操作等，通過(guò)HMI監(jiān)控技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各個(gè)操作系統(tǒng)的資源和數(shù)據(jù)共享。大量應(yīng)用實(shí)例表明，在這些操作系統(tǒng)中融入PLC系統(tǒng)和技術(shù)，可以把原儀表盤(pán)、操作臺(tái)等進(jìn)行全方位控制，不但可以大幅度降低系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，而且還能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，大大提高了操作的便捷性和效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合實(shí)際案例，深入分析了PLC在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：①PLC技術(shù)全球工業(yè)事業(yè)的發(fā)展有非常重要的意義，但PLC系統(tǒng)在具體應(yīng)用過(guò)程中，具有很強(qiáng)的綜合性和系統(tǒng)性，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)限制PLC系統(tǒng)性能和作用的發(fā)揮，需要應(yīng)用單位高度重視。②煉鐵高爐自控系統(tǒng)是提高煉鋼效率和質(zhì)量的關(guān)鍵，把PLC技術(shù)融入煉鐵高爐自控系統(tǒng)中，不但可以有效提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率和質(zhì)量，而且也是目前煉鐵企業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，對(duì)提高煉鐵企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。③在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中應(yīng)用PLC，可以實(shí)現(xiàn)煉鐵高爐生產(chǎn)全過(guò)程、全方位的監(jiān)督和控制，通過(guò)這樣的方式，不但可以大幅度提升高爐的工作效率，而且還能為高爐維修和養(yǎng)護(hù)提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支持，從而有效保證高爐的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，可促使高爐的生產(chǎn)更加便捷和穩(wěn)定，同時(shí)也是提高高爐生產(chǎn)工藝的主要途徑，能夠促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域朝著更加科學(xué)、合理的方向發(fā)展。應(yīng)用實(shí)例表明，在煉鐵高爐自控系統(tǒng)中融入PLC符合目前我國(guó)鋼鐵企業(yè)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，值得大范圍推廣應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】樊建國(guó). 西門(mén)子PLC在高爐上料自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息， 2015（24）：49-49.