摘要：本文介紹了萊鋼1#1000m3高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的工藝流程，施耐德公司昆騰系列PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、硬件組態(tài)及軟件功能，并詳細(xì)介紹了該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的主要控制功能。
Abstract：This paper mainly discuss the process control system of feeding system for blast furnace based on Schneider TSX Quantum series PLC. Configuration software Concept2.6 are adopted to monitor and manage process data. The whole system well satisfies the technical requiments for control.
關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)控制；上料系統(tǒng)；昆騰
Key words：PLC；automation；feeding system；Quantum
1、 概述
萊鋼1#1000m3高爐2005年投產(chǎn)，礦槽爐頂上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用施耐德公司昆騰系列PLC，該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦石、球團(tuán)、燒結(jié)、焦碳等原料的自動(dòng)稱(chēng)量，并完成稱(chēng)量誤差的自動(dòng)補(bǔ)償；實(shí)現(xiàn)了爐頂各閥門(mén)的順序自動(dòng)開(kāi)關(guān)，α、β、γ的角度自動(dòng)設(shè)定以及其他相關(guān)輔助設(shè)備的自動(dòng)控制；實(shí)現(xiàn)了對(duì)高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)控制。該系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。
2、 高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述
2.1 槽上控制工藝流程：
高爐槽上設(shè)計(jì)13個(gè)料倉(cāng)，4個(gè)燒結(jié)礦倉(cāng)(3#、4#、5#、6#)，2個(gè)焦炭倉(cāng)（7#，8#），3個(gè)球團(tuán)倉(cāng)（9#、10#、11#），2個(gè)雜礦倉(cāng)（1#、2#），1個(gè)焦丁倉(cāng)。
槽上有3條打料皮帶機(jī)，每條皮帶機(jī)對(duì)應(yīng)一輛卸料小車(chē)，采用卸料小車(chē)可以將膠帶機(jī)輸送的原料卸至不同的料倉(cāng)，當(dāng)采用卸料小車(chē)進(jìn)行卸料時(shí)，卸料小車(chē)先開(kāi)至所選擇的料倉(cāng)上方，然后啟動(dòng)膠帶機(jī)，原料就經(jīng)卸料小車(chē)卸到小車(chē)下方的料倉(cāng)內(nèi)。
2.2 槽下控制工藝流程：
高爐槽下設(shè)兩個(gè)大燒結(jié)礦倉(cāng)，兩個(gè)小燒結(jié)礦倉(cāng)，兩個(gè)雜礦倉(cāng)，三個(gè)球團(tuán)倉(cāng)，一個(gè)備用倉(cāng)。每個(gè)礦倉(cāng)下都有振動(dòng)篩，篩除小于5mm的碎礦，大燒結(jié)礦倉(cāng)的礦經(jīng)過(guò)篩分后分別進(jìn)入料坑的左右中間稱(chēng)量斗，小燒結(jié)礦倉(cāng)的礦經(jīng)篩分后分別進(jìn)入各自配套的稱(chēng)量斗，然后經(jīng)礦石皮帶機(jī)集中運(yùn)送，經(jīng)料坑上方的翻板進(jìn)入料坑中的礦石中間斗，經(jīng)篩分后的5mm燒結(jié)礦經(jīng)返礦皮帶機(jī)運(yùn)到碎礦倉(cāng)。
焦炭設(shè)左右兩個(gè)焦倉(cāng)，倉(cāng)下裝有振動(dòng)篩和振動(dòng)給料機(jī)，焦炭經(jīng)篩分后，大于20mm的塊焦，分別直接進(jìn)入料坑內(nèi)的左右焦炭稱(chēng)量斗，篩下小于20mm的碎焦經(jīng)SJ1、SJ2膠帶機(jī)倒運(yùn)到SJ3碎焦膠帶機(jī)上，送至碎焦倉(cāng)上振動(dòng)篩，將碎焦分級(jí)成8mm以上和8mm以下兩種產(chǎn)品，大于8mm的焦丁由SJ4膠帶機(jī)運(yùn)至焦丁倉(cāng)，再經(jīng)焦丁給料機(jī)到焦丁稱(chēng)量斗，然后到供料膠帶機(jī)與燒結(jié)礦一起進(jìn)入料坑中間斗。小于8mm的碎焦落入焦粉倉(cāng)等待汽車(chē)外運(yùn)。當(dāng)料車(chē)到底后，相應(yīng)的礦石中間斗或焦炭斗向料車(chē)裝料。
2.3 爐頂控制工藝流程：
萊鋼1#1000m3高爐爐頂采用無(wú)料鐘串罐式爐頂，分為受料斗、料罐、氣密箱等組成部分。在上料過(guò)程中，爐料先投進(jìn)受料斗里，隨后放入料罐中，在這個(gè)過(guò)程中，由于高爐不能和大氣相通，通過(guò)控制爐頂放散閥、均壓閥、上密閥、柱塞閥、下密閥的順序開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)高爐的正常下料，通過(guò)控制α、β、γ來(lái)實(shí)現(xiàn)高爐布料。料面檢測(cè)設(shè)備采用機(jī)械探尺與雷達(dá)探尺相配合。
裝料流程：焦炭、燒結(jié)礦等各種入爐原料由料車(chē)運(yùn)到爐頂，倒入受料斗中，受料斗最多可裝4車(chē)料。料罐放散完畢后打開(kāi)上密閥和柱塞閥向料罐裝料。裝料完成后料罐進(jìn)行均壓。一旦高爐準(zhǔn)備接受下一批爐料就進(jìn)行布料，首先打開(kāi)下密閥并將料流調(diào)節(jié)閥打開(kāi)至設(shè)定開(kāi)度，料罐中的爐料通過(guò)料流調(diào)節(jié)閥流到旋轉(zhuǎn)的布料溜槽上。在布料期間，通過(guò)γ射線探測(cè)料流，該裝置可發(fā)出料罐清空信號(hào)。一旦料罐清空，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥和下密封閥，打開(kāi)放散閥進(jìn)行放散，準(zhǔn)備下一次裝料。
布料流程：一批料中，允許焦礦設(shè)定兩個(gè)不同的料線位置。當(dāng)探尺達(dá)到規(guī)定的料線位置后，自動(dòng)提升到位，發(fā)出布料信號(hào)，下密封閥打開(kāi)，布料溜槽進(jìn)行啟動(dòng)。β角旋轉(zhuǎn)到設(shè)定速度并且到達(dá)布料位置，開(kāi)啟料流調(diào)節(jié)閥，按照批重及規(guī)定的布料程序，調(diào)節(jié)料流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度和溜槽傾角，使每圈料流均勻、重量相等和首尾相接的向爐喉任意布料。為了減少料頭料尾不均勻現(xiàn)象，每批料布完后，布料角度自動(dòng)步進(jìn)60度。
圖一 高爐上料系統(tǒng)工藝流程圖
3、 控制系統(tǒng)硬件配置
整個(gè)上料系統(tǒng)采用一套PLC系統(tǒng)，兩臺(tái)上位機(jī)完成對(duì)整個(gè)上料系統(tǒng)的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集等。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用Schneider TSX Quantum 系列PLC硬件組成基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)。采用MP7監(jiān)控軟件，編程軟件采用Concept2.6，bbbbbbs 2000作為系統(tǒng)平臺(tái)界面，組成計(jì)算機(jī)化的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通訊。
控制器與上位機(jī)之間采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。主機(jī)控制單元接受由I/O接口收集的信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)量和模擬量的處理后,將信號(hào)經(jīng)I/O接口實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，與監(jiān)控站及上位機(jī)通訊。這個(gè)系統(tǒng)配置如圖二所示：
其中處理器采用昆騰系列140-CPU-534-14A，電源模塊采用140-CPS-114-20，遠(yuǎn)程通訊模版采用140-NOE-771-01，I/O模板配置如下：數(shù)字量輸入模板為140-DAI-753-00、140-DDI-353-00；數(shù)字量輸出模板為140-DDO-353-00；模擬量輸入模板為140-ACI-040-00；模擬量輸出模板為140-ACO-130-00，遠(yuǎn)程I/O模版采用140 CRP 931 10、140 CRA 931 00。
4、 礦槽爐頂上料系統(tǒng)控制功能
4.1 槽下控制部分
4.1.1 槽下控制范圍及內(nèi)容
（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石、球團(tuán)、燒結(jié)、焦炭等入爐原料的自動(dòng)稱(chēng)量，并完成稱(chēng)量誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。
（2）實(shí)現(xiàn)槽下12個(gè)礦倉(cāng)、12個(gè)稱(chēng)量斗、2條成品帶、2條碎礦皮帶、12臺(tái)振動(dòng)篩、4臺(tái)給料機(jī)、1個(gè)翻板及碎焦系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)備料和放料。
（3）可使用監(jiān)控畫(huà)面對(duì)上料系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行軟手/自動(dòng)切換及手動(dòng)啟停設(shè)備，進(jìn)行料單設(shè)定及更改等。
（4）對(duì)裝料超時(shí)、放料超時(shí)、超滿(mǎn)及設(shè)備運(yùn)行故障等情況在“工藝流程畫(huà)面”進(jìn)行報(bào)警顯示。
圖二 控制系統(tǒng)硬件配置
4.1.2 礦石稱(chēng)量斗的稱(chēng)量控制
當(dāng)排料程序發(fā)出后，礦石稱(chēng)量斗閘門(mén)開(kāi)，料排出。當(dāng)稱(chēng)量值為控制值（初始時(shí)為設(shè)定值的95%）的5%時(shí)，發(fā)出料空信號(hào)并關(guān)閉閘門(mén)，當(dāng)閘門(mén)關(guān)好并稱(chēng)空好后，振動(dòng)篩或給料機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。稱(chēng)量值到控制值（經(jīng)補(bǔ)正）時(shí)，振動(dòng)篩或給料機(jī)停機(jī)，進(jìn)行滿(mǎn)稱(chēng)量。若達(dá)110%控制值（經(jīng)補(bǔ)正）時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。振動(dòng)篩或給料機(jī)啟動(dòng)Ts后，還未發(fā)出斗“滿(mǎn)”信號(hào)，就發(fā)出上卡料報(bào)警信號(hào)。
4.1.3 礦石稱(chēng)量斗的排料順序
根據(jù)預(yù)先選定的裝料程序，礦石中間稱(chēng)量斗一“空”且閘門(mén)關(guān)好，槽下翻板翻到位，礦石皮帶機(jī)啟動(dòng)后，開(kāi)始排料。
排料順序：球團(tuán)、雜礦單裝時(shí)按料單內(nèi)所填倉(cāng)號(hào)的先后順序進(jìn)行排料（礦石稱(chēng)量斗排料最多不同時(shí)超過(guò)三個(gè)）。混裝時(shí)先排一斗的球團(tuán)或雜礦（排料單內(nèi)球團(tuán)或雜礦對(duì)應(yīng)倉(cāng)號(hào)的第一個(gè)斗），再排小燒或振大燒。當(dāng)前一個(gè)稱(chēng)量斗閘門(mén)開(kāi)啟，發(fā)出空信號(hào)后，發(fā)出下一個(gè)斗排料指令。排料斗的閘門(mén)開(kāi)到位延時(shí)Ts后，還未發(fā)出斗“空”信號(hào)，則發(fā)出下卡料報(bào)警信號(hào)。
4.1.4 礦石中間稱(chēng)量斗稱(chēng)量控制
礦石中間稱(chēng)量斗稱(chēng)量控制分三種情況：
①大燒結(jié)礦振動(dòng)篩供料：
當(dāng)?shù)V石中間稱(chēng)量斗“空”，閘門(mén)關(guān)好，設(shè)定好則發(fā)出同側(cè)燒結(jié)篩運(yùn)轉(zhuǎn)指令，稱(chēng)量值達(dá)到控制值（初始時(shí)為設(shè)定值的95%）時(shí)，燒結(jié)篩停機(jī)，稱(chēng)量結(jié)束。稱(chēng)量值達(dá)110%控制值時(shí)發(fā)出音響報(bào)警信號(hào)。振篩啟動(dòng)延時(shí)Ts后，還未發(fā)出斗“滿(mǎn)”信號(hào)，則發(fā)出“上卡料”信號(hào)。
②礦石皮帶機(jī)供料：
當(dāng)?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門(mén)關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，當(dāng)排料斗均放過(guò)料后，發(fā)出礦石中間斗裝好信號(hào)，并發(fā)出皮帶機(jī)停機(jī)指令。
③礦石皮帶機(jī)和大燒結(jié)振動(dòng)篩完成混裝
當(dāng)?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門(mén)關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，當(dāng)相應(yīng)的一個(gè)礦石排料斗放過(guò)料后，發(fā)出大燒結(jié)振篩啟動(dòng)指令，同時(shí)發(fā)出皮帶機(jī)停機(jī)指令。當(dāng)稱(chēng)量發(fā)出“滿(mǎn)”信號(hào)時(shí)，發(fā)出礦石中間斗裝好信號(hào)。
4.1.5 焦炭稱(chēng)量控制
當(dāng)焦炭稱(chēng)量斗一“空”，閘門(mén)關(guān)好并設(shè)定好后，發(fā)出焦炭振動(dòng)篩運(yùn)轉(zhuǎn)指令，開(kāi)始稱(chēng)量，稱(chēng)量值達(dá)到控制值時(shí)（初始時(shí)為設(shè)定值的95%），發(fā)出振動(dòng)篩停機(jī)指令，稱(chēng)量結(jié)束，若達(dá)110%控制值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。振篩啟動(dòng)延時(shí)Ts后，還未發(fā)出斗“滿(mǎn)”信號(hào)，則發(fā)出“上卡料”信號(hào)。
4.2 爐頂控制部分
4.2.1 爐頂控制范圍及內(nèi)容
（1）爐頂上至料罐下至探尺各設(shè)備的順序控制。
（2）無(wú)料鐘串罐式爐頂?shù)难b料及均壓、放散控制。
（3）料流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度（γ角）、布料溜槽傾動(dòng)角（α角）、布料溜槽旋轉(zhuǎn)角（β角）的控制。
4.2.2 爐頂裝料控制
上次布料結(jié)束且下密閥關(guān)到位后，程序發(fā)出申請(qǐng)裝料信號(hào)，料車(chē)開(kāi)始裝料，受料斗滿(mǎn)且料罐空，放散閥打開(kāi)，在放散過(guò)程中，一旦打開(kāi)放散閥并料罐內(nèi)壓力等于大氣壓力，則認(rèn)為放散OK。放散OK后開(kāi)上密閥，上密閥開(kāi)到位后開(kāi)柱塞閥，料車(chē)開(kāi)始下料。延時(shí)一定時(shí)間后柱塞閥關(guān)閉，關(guān)放散閥，關(guān)上密閥，爐料裝入料罐中后開(kāi)均壓閥開(kāi)始均壓。這時(shí)受料罐發(fā)允許料車(chē)上行信號(hào)。
4.2.3 爐頂布料控制
料罐滿(mǎn)且上密關(guān)到位后，程序發(fā)出申請(qǐng)布料信號(hào)，此時(shí)探尺探測(cè)到設(shè)定料線后提探尺至零位。均壓好后關(guān)均壓閥。探尺提到零位后開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)α、β。布料溜槽傾動(dòng)的正常工作角度范圍是13-53度。就地操作可以使溜槽傾角達(dá)到70度以便于拆卸溜槽。當(dāng)溜槽傾角小于12度或大于54度時(shí),溜槽停止移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)并發(fā)出報(bào)警,只有在報(bào)警清除后才可以繼續(xù)移動(dòng)。一旦降下探尺或探尺在高爐中時(shí)，溜槽傾角如果大于45度，必須鎖定溜槽。為了使溜槽的定位精度達(dá)到±0.2度的要求，在程序中對(duì)溜槽的傾動(dòng)速度進(jìn)行處理，溜槽開(kāi)始以最大速度傾動(dòng)，當(dāng)與目標(biāo)位置只相差2度時(shí)，以最大速度的三分之一傾動(dòng)，這樣可以精確的定位到目標(biāo)位置。溜槽的旋轉(zhuǎn)由變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。正常情況下溜槽不停的旋轉(zhuǎn)，如果溜槽的傾角位置達(dá)到了上限或下限，或者探尺在爐內(nèi)時(shí)溜槽傾角大于45度，溜槽要立即停止旋轉(zhuǎn)并報(bào)警。溜槽每4小時(shí)改變一次旋轉(zhuǎn)方向，這樣可以確保溜槽磨損平衡。PLC根據(jù)爐頂料單和槽下傳送來(lái)的布料代號(hào)給出料流調(diào)節(jié)閥γ的設(shè)定開(kāi)度，控制料流調(diào)節(jié)閥打開(kāi)到設(shè)定開(kāi)度開(kāi)始布料，當(dāng)接受到料罐清空信號(hào)，料流調(diào)節(jié)閥首先完全打開(kāi)才能關(guān)閉。清空信號(hào)由射線檢測(cè)和PLC的定時(shí)器共同完成，如果在料流閥打開(kāi)后規(guī)定的時(shí)間后發(fā)出清空信號(hào)，則認(rèn)為料罐已經(jīng)清空，如果在規(guī)定的時(shí)間之前發(fā)出清空信號(hào)則認(rèn)為是料罐堵塞，PLC將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該信號(hào)一直保持，只有料流閥完全打開(kāi)并且確保料罐完全排空后才能解除。料流閥關(guān)閉后關(guān)下密閥，降下探尺檢測(cè)料面，布料結(jié)束。
5、 結(jié)論
本文討論了基于施耐德昆騰系列PLC的高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制情況，本控制系統(tǒng)已經(jīng)在高爐生產(chǎn)得到了實(shí)際應(yīng)用，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工藝要求。操作畫(huà)面簡(jiǎn)單方便，通過(guò)對(duì)料單設(shè)定畫(huà)面的修改可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石、焦碳配料參數(shù)及布料參數(shù)的設(shè)置與修改，并顯示工藝所需要的數(shù)據(jù)。操作方式靈活，操作方式有自動(dòng)、畫(huà)面手動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)就地操作。在該系統(tǒng)中，PLC充分發(fā)揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，給整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定給整個(gè)高爐生產(chǎn)帶來(lái)了較大的作用。
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：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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