PLC在煉鋼高爐自控系統中的應用

0 概述

我廠(chǎng)2#高爐的原有電氣控制系統，僅槽下上料系統使用富士的可編程控制器進(jìn)行控制，其他系統仍為傳統儀表盤(pán)面顯示各生產(chǎn)參數手動(dòng)控制操作，爐頂上料采用大小鐘配合料車(chē)自動(dòng)控制上料的模式。該高爐控制設備陳舊，除了2006年曾對槽下做過(guò)一些升級改造將其改造為西門(mén)子S7-300可編程控制器控制，并使用 Step7和winCC重新編制控制程序與操作界面外其它部分大大落后于當今的高爐控制水平，制約了生產(chǎn)成本的降低及工藝操作水平，影響了煉鐵整體生產(chǎn)水平，因此，漢鋼于2008年對2#高爐系統進(jìn)行了全面改造，全系統采用西門(mén)子PLC自動(dòng)控制。爐頂上料形式保留料車(chē)上料方式，將高爐大小鐘投料方式改為無(wú)料鐘投料方式。

1 系統配置

改造后系統電氣控制部分PLC主機采用西門(mén)子S7-400系列的CPU414-2DP，各遠程站采用S7-300系列的CPU及10模塊，完成現場(chǎng)數據采集、邏輯運算、聯(lián)鎖、數據處理及輸出執行指令等功能。系統采用2種網(wǎng)絡(luò )連接方式：工業(yè)以太網(wǎng)和ProfibuS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。硬件配置如圖1所示。

以太網(wǎng)采用光纜作為主干傳輸網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)光纖收發(fā)器、交換機用雙絞線(xiàn)連接各操作站電腦；卷?yè)P沒(méi)有設置電腦操作，因此直接采用ProfibuS-DP總線(xiàn)連接至遠程站。

2 軟件配置及實(shí)現方法

系統軟件在WindowsXP操作環(huán)境下運作。編程軟件采用西門(mén)子STEP7編程軟件包，用梯形圖邏輯語(yǔ)言實(shí)現控制軟件的開(kāi)發(fā)與應用。人機界面用WinCC V6.0軟件開(kāi)發(fā)組成監控站，監視、控制設備和自動(dòng)化過(guò)程。

主要功能：

按高爐生產(chǎn)需要設定的配料順序自動(dòng)地將爐料配好裝入焦斗和礦斗中，通過(guò)料車(chē)送到爐頂，再按不同布料要求將爐料自動(dòng)布入爐內，實(shí)現了整個(gè)給料、稱(chēng)量、配料、輸送、布料過(guò)程全自動(dòng)。

槽下配料與自動(dòng)稱(chēng)量

槽下共14個(gè)稱(chēng)量斗，對稱(chēng)分布于上料小車(chē)軌道兩側，緊挨軌道兩側是兩個(gè)焦炭稱(chēng)量斗，隨后每邊依次排列六個(gè)稱(chēng)量礦斗，同時(shí)在軌道兩側還有兩個(gè)左右中間礦斗。工藝畫(huà)面如圖2所示。

配料分設左中問(wèn)斗備料和右中問(wèn)斗備料，分別用以設定裝入左中問(wèn)礦斗、右中間礦斗的稱(chēng)量斗代碼——也就是說(shuō)每個(gè)礦石振動(dòng)篩根據所對應的每個(gè)稱(chēng)量斗所設定的稱(chēng)料重量來(lái)振料，然后通過(guò)左右中問(wèn)斗備料代碼來(lái)選擇需要下料的稱(chēng)量斗，再通過(guò)1#、2#皮帶將需要的料分別裝入左右中間礦斗，以備料車(chē)到達料坑時(shí)裝入料車(chē)。左右中間斗空后，備料指針后移，進(jìn)行下一個(gè)備料行為，形成一個(gè)獨立的循環(huán)。各種料的稱(chēng)料重量、料種在界面中各個(gè)稱(chēng)斗中設置。各振篩根據本稱(chēng)量斗所設置稱(chēng)量定值及稱(chēng)量斗滿(mǎn)、空信號自動(dòng)備料，并自動(dòng)進(jìn)行稱(chēng)量補償、修正定值、稱(chēng)量值零點(diǎn)校正、余振值測定、稱(chēng)量斗料空后延時(shí)關(guān)閘門(mén)等控制。配料代碼隨時(shí)可由操作員在線(xiàn)設定修改。界面中還有料批設定，可共設定A、B、C、D、E、F六種料批，每種料批分前半批和后半批及附加焦，每半批料最多可上4車(chē)料，根據每車(chē)是否填寫(xiě)代碼來(lái)確定實(shí)際上料車(chē)數，當沒(méi)填時(shí)視為沒(méi)有。當料車(chē)到料坑時(shí)根據裝車(chē)代碼確定是打開(kāi)中問(wèn)礦斗還是焦稱(chēng)量斗還是空走，每上完‘車(chē)料料批前進(jìn)一位，整個(gè)循環(huán)周期按界面中所設定的料制中的所選的料批代碼進(jìn)行，構成整個(gè)上料大循環(huán)。在每一個(gè)料批結束時(shí)均可加進(jìn)行“附加焦”，不會(huì )打亂周期程序。

布料方式

布料器電氣部分由原來(lái)的簡(jiǎn)單電機控制改為由變頻器拖動(dòng)，α(溜槽傾角)、β(溜槽回轉角)、γ(料流調節閥開(kāi)度)三個(gè)絕對值編碼器反饋布料器位置狀態(tài)。布料系統主要功能是與槽下系統1起控制上料，將爐料正確地裝入料罐，并控制爐頂設備，完成向高爐裝料和按照設定布料數據進(jìn)行布料，可根據需要隨時(shí)調整布料傾動(dòng)角度、旋轉角度、旋轉圈數、料流開(kāi)度。靈活多變的布料方式帶給操作人員全新的操作模式，例如：難以解決的邊緣問(wèn)題，現在可利用扇形和定點(diǎn)布料克服；布料不均的問(wèn)題，可利用多圈環(huán)行布料隨時(shí)糾正等等。

當每半批料裝入受料罐，裝料指令下達后，打開(kāi)放散閥卸壓，隨后先開(kāi)啟上密封閥，再開(kāi)啟上料閘，將上罐中爐料裝入下罐。裝料完畢，關(guān)閉上料閘、上密封閥，然后關(guān)閉放散閥，探尺探料降至規定料線(xiàn)深度提探尺，提尺同時(shí)打開(kāi)兩個(gè)均壓閥向下罐均壓，布料器傾動(dòng)到位，打開(kāi)下密封閥在溜槽到達步進(jìn)角位置時(shí)打開(kāi)下料閘(料流調節閥)，用下料閘的開(kāi)度大小來(lái)控制料流速度，爐料由布料溜槽布入爐內。為使爐項全自動(dòng)布料準確無(wú)誤，本系統對如下信號作了重點(diǎn)處理：

(1)上罐料空及料滿(mǎn)的信號處理；

(2)上罐料滿(mǎn)與均壓放散閥、上密閥、放料閥的聯(lián)鎖；

(3)下罐料滿(mǎn)及料閥的聯(lián)鎖；

(4)控尺與布料器閥的聯(lián)鎖。

同時(shí)，為配合精確布料，爐頂還增設有爐內成像設備，由清晰的視頻攝像機在氮氣流套筒的保護下及時(shí)傳送爐內料面燃燒分布情況，高爐操作室配有監視器隨時(shí)眼觀(guān)爐內情況，同時(shí)有配套分析軟件及時(shí)分析料面燃燒溫度分布，顯示在專(zhuān)門(mén)的計算機畫(huà)面上。靈活多變的布料方式，提高了布料質(zhì)量，提高了高爐的利用系數。無(wú)料鐘爐頂具有布料靈活、密封性好、維修方便等明顯優(yōu)勢，是小高爐優(yōu)化工藝設備的發(fā)展趨勢。變頻器的大量應用使得控制精度大大提高并節省很多電力。

3 HMI(Human Machine Interface)監控技術(shù)

HMI(人機界面)使系統實(shí)現了集中監視控制，可對現場(chǎng)采集的數據進(jìn)行顯示、報警，供生產(chǎn)人員及時(shí)掌握生產(chǎn)運行情況。HMI顯示了整個(gè)系統的工藝設備畫(huà)面，可以對所有設備進(jìn)行在線(xiàn)監控，完成各個(gè)工藝設備或者工藝流程的順序控制、故障報警處理及顯示，可設定修改各種生產(chǎn)工藝數據和運作方式，可設定是使用自動(dòng)方式還是手動(dòng)方式，是否連鎖等，以便在檢修、調試時(shí)能夠方便地測試單個(gè)設備的運轉或特定情況下的單個(gè)設備運行，使系統在合理的工藝要求下有序的運行。系統按操作區域共劃分為槽下上料、高爐監控操作、熱風(fēng)爐操作控制，布袋除塵等四部分，各系統數據互相聯(lián)絡(luò )共享。其中槽下上料系統主要控制槽下各個(gè)稱(chēng)斗的料制配比、皮帶運行和上料小車(chē)的運行以及爐頂設備的動(dòng)作控制，高爐系統安置四臺操作站，分別用以操作和監控高爐的各項操作如爐溫、混風(fēng)溫度、冷風(fēng)流量控制、探尺反饋的爐內料位以及槽下上料情況等，同時(shí)根據高爐運作情況隨時(shí)連鎖或禁止某些關(guān)鍵閥門(mén)的開(kāi)閉。熱風(fēng)爐系統操作站負責控制熱風(fēng)爐各項操作，控制燒爐溫度向高爐提供高風(fēng)溫。布袋除塵控制爐頂煤氣的處理、除塵等工作。對這幾個(gè)區域系統的改造，主要是將原有儀表盤(pán)、操作臺等占用空間又大又重的設施改為計算機顯示與操作控制，大大降低故障率，全局參數與運行狀態(tài)一覽無(wú)余，操作方便，效率提高。

4 總結

整個(gè)系統的控制方式分為集中自動(dòng)、手動(dòng)和機旁手動(dòng)等幾種方式。在自動(dòng)方式下，對單體設備可以手動(dòng)干預，而不影響整個(gè)系統的自動(dòng)流程。這既減輕了操作人員的負擔，又減少了操作轉換時(shí)間，提高了冶煉速度。而機旁手動(dòng)時(shí)，又可以在設備檢修調試時(shí)方便地控制其動(dòng)作幅度和時(shí)機。

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