基于PLC控制的高爐自動化上料系統(tǒng)的應(yīng)用與分析

張佩琦

摘 要：本文對高爐自動化控制系統(tǒng)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了闡述，并在高爐自動上料的工藝過程的基礎(chǔ)上，對PLC在高爐上料自動化系統(tǒng)里具體應(yīng)用加以詳細分析。通過使用PLC對高爐自動化控制的硬件和操控系統(tǒng)進行改進和完善，以提升高爐上料自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：高爐;PLC;自動化

1 緒論

國外的高爐自動化控制技術(shù)是于20世紀(jì)50年代正式投入使用，并以煉鋼機為基礎(chǔ)研發(fā)出了各類數(shù)學(xué)模型，更好的完成對高爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)的分析和完善。在20世紀(jì)70年代初，日本在高爐自動化控制領(lǐng)域取得了突破性研究，在國際上處于領(lǐng)先地位。而中國是在80年代初對高爐自動化控制系統(tǒng)進行推廣使用，通過引進新型的技術(shù)和設(shè)備，進行自主研發(fā)和調(diào)試。隨著近幾年加工制造業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)在引進先進技術(shù)和自主研發(fā)的過程中，已經(jīng)取得了極大地進步，在全球高爐自動化高速發(fā)展的浪潮中，奮起直追，以求達到國際頂尖水準(zhǔn)?？梢钥闯鰧Ω郀t自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善勢在必行。

2 高爐上料自動化工藝流程

本文主要針對高爐自動化系統(tǒng)中的上料系統(tǒng)進行了相應(yīng)的分析和研究。高爐上料是指從槽下供料一直高爐頂部的裝置把物料投進高爐內(nèi)部的整個流程。整個體系之中包括了雜礦倉四個、球團礦倉四個以及燒結(jié)礦倉六個。首先使用振動篩對燒結(jié)和球團礦倉進行篩選，然后將雜礦倉送至供料裝置，根據(jù)配料單進行稱重放料。在通過送料皮帶輸送至地坑稱量漏斗。每個焦炭倉底部分別有振動篩去對應(yīng)，不設(shè)置中間重量稱取，在完成篩選以后就將其置入地坑漏斗進行稱量。地坑一共有四個稱量漏斗分別是右礦、右焦、左礦、左焦。將物料投入料車后，啟動料車，料車通過卷揚機上升至高爐頂部，料車把符合要求的槽下的各類物料，通過高爐頂部的受料斗閥、上密封閥、節(jié)流閥、下密封閥，最后通過布料槽把物料在爐內(nèi)局云的散布。

3 自動化控制的硬件設(shè)計

針對上述的高爐上料自動化工藝流程，對國內(nèi)外幾家大型鋼廠如寶鋼、日本的川崎制鐵和鞍鋼的高爐自動化控制系統(tǒng)進行比對分析。本文以450m3的高爐為例，分析提出對現(xiàn)有自動化控制系統(tǒng)硬件方面的改進和設(shè)計。已知450m3高爐的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)中包括115個數(shù)字量導(dǎo)入、13個模擬量導(dǎo)入以及72個數(shù)字量傳出。為了符合對設(shè)備的控制和工藝數(shù)據(jù)采集的要求，選用西門子S7-400作為主機架，使用S7-300卡件、西門子Wincc組態(tài)監(jiān)視軟件來實現(xiàn)對上料過程的控制。PLC通過帶I/O擴展的中央機架以及對應(yīng)模板組成，控制對應(yīng)的系統(tǒng)。原料供給系統(tǒng)所有礦石漏斗、坑斗和焦碳坑斗都有各自的稱量設(shè)備，同時將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。上料系統(tǒng)的操控是采取兩部西門子矢量變頻裝置和供電裝置來完成。料車卷揚電機主動軸安裝了測速發(fā)電機，旋轉(zhuǎn)編碼器以及主令控制臺。爐頂布料裝置使用變頻器進行操控，對單環(huán)以及多環(huán)的布料工藝通過PLC完成控制。以西門子S7-400為主體的硬件系統(tǒng)是較為通用，也能夠滿足高爐自動化操控以及系統(tǒng)運行的基本條件，是當(dāng)前應(yīng)用最多的自動化控制系統(tǒng)。

4 自動上料控制系統(tǒng)的設(shè)計

對于高爐煉鋼現(xiàn)場而言，實現(xiàn)自動化配料、稱重和上料的功能，并保證整個過程的準(zhǔn)確穩(wěn)定是極為重要的。配料計算起到作用就是在已知燃料用量情況下，計算出符合爐渣堿度標(biāo)準(zhǔn)限制的冶煉條件成分的生鐵會用到的礦石和溶劑量。所以在確定了以西門子PLC為主體的控制系統(tǒng)為硬件框架后，本文針對自動化上料系統(tǒng)的算法程序進行了改進。并列舉了使用此程序后，稱量自動化的工藝過程。

4.1 算法的程序

4.2 稱量自動化工藝流程

程序運行后，系統(tǒng)會根據(jù)過程周期對自動選擇料倉，以及擁有上料的要求中自動進行振動篩對焦坑斗投物料的設(shè)定。如果符合提前確定設(shè)立完成重量標(biāo)準(zhǔn)值，則不會繼續(xù)添料，直到延時稱重結(jié)束之后繼續(xù)將物料添入。焦炭粉碎后由1號碎焦皮帶輸送至碎焦倉。礦石物料采用燒結(jié)礦簡單的介紹操控流程：采用某燒結(jié)礦槽字后，符合上料的要求的情況下，開啟振動篩獎燒結(jié)礦投進稱量漏斗里面，如果物料重量符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時，關(guān)閉振動篩不再進行振動，直到延時稱重結(jié)束。一般來說，閑置以及對某個料槽進行檢測維護以外，其他所有礦槽全部為添滿稱重結(jié)束后，對爐料進行等待添加物料。放料過程為啟動漏斗閘門，使礦石投進1號、2號礦料輸送帶。如果漏斗的重量下降至設(shè)定值，那么就默認(rèn)放料結(jié)束，閉合閘門。送料皮帶將礦石投進1號或2號礦石坑斗，燒結(jié)礦通過振動篩進行篩選分離，把產(chǎn)生的碎礦皮輸送至返礦倉。通過電動機對卷揚進行控制，按照料批步驟來完成自動控制。料車抵達料坑下面以后傳出指令，啟動一個中間倉完成自動選倉步驟，啟動料斗閘門，如果處于料空，同時閘門閉合的情況，傳出并執(zhí)行上行指令;在所有批料里第一車料送至上密封閥進行點檢測的時候，檢查上密封閥有沒有完全閉合，如果沒有，料車不繼續(xù)前進，如果徹底關(guān)閉，料車可以繼續(xù)進行上行，把料投進受料斗之中;如果料裝滿，同時符合要求的情況下，開啟放散閥完成壓力卸載，再利用受料斗閘門和上密封閥完成對料灌的填料，填料結(jié)束，將料斗閥、上密封閥和放散閥全部關(guān)閉，使用探尺對料進行探測下降到要求的料線距離取出探尺，在提尺的過程中開啟兩個均壓閥對罐進行均壓，布料裝置傾斜移動到指定位置，開啟下密封閥，于溜槽行至步進角點，開啟料流調(diào)節(jié)閥，通過利用它的開度范圍實現(xiàn)對物料流動速度的調(diào)整。

5 結(jié)語

本文通過對西門子S7-400系列的PLC應(yīng)用，加上對算法程序的優(yōu)化設(shè)計，進一步提高了配料稱重的精準(zhǔn)度，對各個工序能進行更有效的控制，使高爐上料自動化系統(tǒng)的性能更加穩(wěn)定安全，提高了高爐煉鐵的生產(chǎn)效率。

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