智能布料控制管理系統(tǒng)在高爐槽上料倉中的應(yīng)用

董江波

（中鋼石家莊工程設(shè)計研究院， 河北 石家莊 050000）

1 系統(tǒng)范圍

高爐料倉類型分為焦炭倉、礦倉；高爐料倉共20個（見圖1）；移動布料小車有3 臺（各用1 個溜槽）；小車走行距離分別為70 m、40 m、55 m。

圖1 礦槽分布示意圖

2 料倉智能布料控制管理系統(tǒng)功能

2.1 動畫監(jiān)控

上位CRT 站提供強大的監(jiān)控功能，包括工藝流程監(jiān)視、料位顯示、小車實時位置、操作畫面、記錄報表畫面、通信監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置等。

工藝流程監(jiān)視畫面顯示輸料工藝流程的全貌、局部圖、工藝流程監(jiān)視用主菜單等。工藝流程畫面的重要作用是可實時顯示各設(shè)備的狀態(tài)（運行、停止、故障等），并可在上位畫面中用不同的顏色標識出不同的狀態(tài)（紅色表示停止，綠色表示運行等）。操作人員可以通過操作鼠標或鍵盤，方便、快速地在上位站上切換流程畫面，實現(xiàn)工藝流程監(jiān)視。

2.2 多種控制方式

智能布料系統(tǒng)提供現(xiàn)場本地控制、HMI 遠程、HMI 半自動、HMI 全自動四種控制模式，可實現(xiàn)自由切換控制，從而保證布料過程在任何情況下都能正常運行，不影響生產(chǎn)。

本地控制：保留現(xiàn)有遙控或操作箱操作模式。

HMI 遠程控制：在現(xiàn)有小車控制箱上添加旋鈕開關(guān)，可實現(xiàn)布料小車的遠程操作，包括點動小車前進、后退、停止等。

HMI 半自動控制：現(xiàn)場切換到遠程情況下，可在上位機上選定操作模式為半自動模式，然后選定目標倉，布料小車將會自動走行至目標倉。

HMI 全自動控制：每次更換料種時，在上料之前，通過人工選定上料料種，小車會自動查找該料種對應(yīng)料位的最低倉，并將其作為目標倉進行下料；當目標倉到達設(shè)定高料位時，小車便自動查找下一個相鄰?fù)N料倉，以作為下一個目標倉，直到所有相鄰?fù)N料都處于高料位后，報警提示停止進料。

2.3 安全聯(lián)鎖

系統(tǒng)可實現(xiàn)運料系統(tǒng)的自動聯(lián)鎖，布料系統(tǒng)設(shè)備與運料系統(tǒng)設(shè)備均遵循逆料流方向啟動、順料流方向停止的原則。半自動控制情況下，只有當布料系統(tǒng)的布料小車對準目標料倉，布料備妥后，方可發(fā)出運料系統(tǒng)啟動允許的指令，指令與皮帶ProfiNET 遠程IO擴展模塊進行通訊，將運料系統(tǒng)與布料系統(tǒng)進行畫面整合（由甲方技術(shù)人員配合）。

碰撞聯(lián)鎖：在小車的走行最大位置和最小位置加裝限位開關(guān)，共設(shè)2 套極限開關(guān)聯(lián)鎖，對編碼電纜走行定位進行冗余檢測，防止碰撞。

檢修聯(lián)鎖：每個倉都可以設(shè)定為檢修倉，在檢修倉狀態(tài)下，小車不會在該倉停車進行下料。

堵料聯(lián)鎖：在布料小車兩側(cè)溜槽和頂部漏嘴處安裝堵料開關(guān)，在下料過程中，如果檢測到堵料開關(guān)信號，上位機則會提示異常報警，甚至會聯(lián)鎖停機。

高料位預(yù)警：增加安全聯(lián)鎖功能，當料倉達到高料位之后，上位機提供報警。

布料小車故障預(yù)警：在自動運行狀態(tài)下，布料小車如若異常運行，上位機會提供報警，緊急情況下則會聯(lián)鎖停機。

需要注意的是，以上聯(lián)鎖均可解除。

2.4 系統(tǒng)設(shè)置

料倉剎車值設(shè)置。由于現(xiàn)場小車在走行過程中溜車和皮帶拉力等情況會發(fā)生不斷變化，用戶可通過調(diào)整小車在各個料倉的左右剎車值來確保小車的精準定位。當小車超過目標值時，將剎車值調(diào)大；當小車不及目標值時，減小剎車值。

下料范圍設(shè)置。當用戶認為系統(tǒng)對料倉范圍規(guī)劃不合理時，可自行修改料倉的范圍值，其中包括料倉的最大位置、最小位置、下料位置、最大下料位置、最小下料位置等。

料位值設(shè)定?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實際生成情況設(shè)定高低料位限值，也可自行設(shè)定高料位和低料位值。料位高于高料位或低于低料位的時候會報警，料位顯示為紅色。

2.5 其他功能

1）現(xiàn)場料位儀控制接入PLC 系統(tǒng)，在主控室能準確查看各倉實時料位，并在畫面上實時模擬出卸料小車的運行過程和真實軌跡；系統(tǒng)可同時顯示中控和現(xiàn)場操作室的通信狀態(tài)（正常/故障）。

2）具有布料小車倉號自動識別功能，可實現(xiàn)無檢測盲區(qū)、無累計誤差的絕對位置檢測，無需設(shè)定基準位置，上電即可檢測絕對位置。

3）布料系統(tǒng)提供下料記錄、設(shè)備動作日志、遠程操作日志、錯誤日志、料位變化趨勢圖等多種圖形報表，確保作業(yè)過程可管理、可追溯。

4）增設(shè)視頻監(jiān)控，在布料小車四周增加攝像頭，將監(jiān)控畫面?zhèn)骰丶厥?，實現(xiàn)與上位機動畫冗余監(jiān)視，增加安全保障。

5）保留原小車現(xiàn)場控制功能，由轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換，以確保在非常情況下，可由操作工在現(xiàn)場操作卸料小車。

6）當小車受到外力影響或發(fā)生機械故障而溜車移動了一定范圍時，系統(tǒng)會自動將小車開到原下料點并予以報警提示，防止小車溜出下料點而發(fā)生撒料、混料。特別嚴重情況下（超出下料范圍）可聯(lián)鎖皮帶停機，并予以報警提示。

7）完成雷達料位計安裝及檢測。將雷達料位安裝到最佳位置，料位實時數(shù)據(jù)由雷達料位儀進行采集，料位數(shù)據(jù)是控制下料的最關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一，而雷達料位儀容易出現(xiàn)粉塵干擾、料位變化、反應(yīng)周期長等異常，所以需對料位數(shù)據(jù)進行多方式輔助檢測，保證料位的準確性。

3 主要硬件指標

3.1 計算機

品牌為戴爾（以下配置僅為最低要求）；數(shù)量2臺；CPU 為I7；內(nèi)存16 GB；硬盤1 為1 TB+128 GB；顯示器為24″彩色LCD；分辨率不小于1 920×1 200。

操作系統(tǒng)為Windows 7 及以上；編程軟件采用上位機經(jīng)典版WINCC 7.5+博途V16；滿足兩臺電腦可同步操作、不分主次的操作要求。

3.2 PLC

型號品牌為西門子。采用西門子1 500，采用模塊化和插入式結(jié)構(gòu)；機柜內(nèi)的模件應(yīng)能帶電插拔而不損壞，而且不影響其他模件正常工作。

每個數(shù)字量的I/O 通道都應(yīng)是相互隔離的，每個模擬量I/O 通道都有相應(yīng)的信號隔離器，且模塊AIAODIDO 點有15%富余量。

3.3 編碼電纜定位系統(tǒng)

編碼電纜技術(shù)指標要求如下：編碼電纜具有阻燃、耐老化、耐寒、耐高溫（100 ℃）特性，以及不怕雨水、耐酸堿腐蝕等特點，粉塵區(qū)域非破壞性耐用時間＞5 年，位置檢測精度≤2 mm。

天線箱技術(shù)參數(shù)：有效接收距離為3～30 cm。

開關(guān)電源技術(shù)參數(shù)：工業(yè)電源用于供給系統(tǒng)定位部分各部件的直流穩(wěn)壓電源，有+24 V、-24 V、+15 V、-15 V、+5 V 等5 路直流穩(wěn)壓輸出，功率＞75 W。

3.4 雷達料位儀

雷達料位儀數(shù)量為20 臺，主要用于料倉倉位的測量，尤其適用于高粉塵、高水汽環(huán)境。其具體技術(shù)指標如表1 所示。

表1 雷達料位儀技術(shù)指標

3.5 軟件規(guī)格

1）提供一套完整的應(yīng)用程序軟件，包括實時操作系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序和性能計算程序。

2）所有的算法及系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)儲存在處理器模件的非易失性存儲器內(nèi)，執(zhí)行時不必重新裝載。

3）監(jiān)控系統(tǒng)的所有控制、監(jiān)視、報警和故障的判斷等功能，由上位機主機提供，且在LCD 上顯示和監(jiān)視。

4）順序控制邏輯采用邏輯圖或梯形圖的形式進行編輯，并能打印邏輯圖。

5）事故報警功能應(yīng)能使運行人員方便地辨別和解決各種問題。

4 結(jié)語

隨著自動化程度的不斷提高，越來越多的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)更加重視上料系統(tǒng)的智能化。本文的智能布料控制管理系統(tǒng)給高爐槽的上料提供了極大的方便，提高了生產(chǎn)效率，同時也希望能給廣大的鋼鐵一線的從業(yè)人員提供相關(guān)參考。