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[摘 要]本文介绍了施耐德昆腾PLC在高炉上料控制系统中的应用,该系统用PLC完成所有的过程控制、数据采集、PID调节、温度监控及画面报警等功能,实现了皮带上料和布料的自动控制,不仅提高了高炉生产率,而且通过原料的精确配比,促使铁水质量稳步提升.PLC系统操作简单,稳定性及可靠性高,为高炉的稳产和高产创造了良好的条件.
[关 键 词 ]PLC；高炉；自动控制
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0282-01
引言
施耐德PLC 是一种紧凑型的可编程控制器,在现在的生产办公中主要被应用于各种设备的自动化控制系统当中,不仅具有其型小、配置灵活、结构紧凑、功能强大、通讯方式丰富、编程软件完善等优点,而且性价比也非常的高.
高炉上料装置是生产中的重要环节,提高其自动化水平,可以大大减轻工人劳动强度,提高生产效率,同时通过原料的精确配比,又可提升铁水的质量.北营公司炼铁厂新1#3200m3高炉2012年投产,矿槽炉顶上料系统设计采用施耐德公司昆腾系列PLC,该工业控制系统实现了对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等原料的自动称量,并完成称量误差的自动补偿；实现了炉顶各阀门的顺序自动开关,α、β、γ的角度自动设定,探尺及其他相关辅助设备的自动控制；实现了对高炉矿槽炉顶上料系统的数据采集、数据显示及生产设备的联锁控制.该系统投入运行以来,运行稳定,效果良好.
一、上料系统工艺流程
北营公司炼铁厂新1#3200m3高炉,整个上料过程都使用施耐德昆腾PLC进行联锁控制.炉顶采用串罐无料钟炉顶.由上料罐、下料罐、上密封、下密封、下料闸、溜槽、均压、放散等主要设备组成.槽下上料系统采用皮带上料方式,主要由供焦皮带,供矿皮带和上料主皮带、返矿皮带、振动筛以及料仓等组成.整个工艺控制过程是,当炉顶发出要料信号,由放矿指针和放焦指针给出放矿或放焦指令,选中的矿仓或焦仓开始按设定的次序依次放料,当第一个被选中的料仓开始放料时,程序发出料头信号,当最后一个被选中的料仓放空料时,程序发出料尾信号.当料头和料尾在供矿皮带或供焦皮带上的延时走完时,发出料头和料尾在主皮带上的信号.当料头和料尾在主皮带上的延时走完时,发出料头和料尾在上料罐的信号,此时发出上料罐有料信号.当下料罐放完一批料发出料空信号时,打开均压放散阀对料罐卸压,随后开启上密封阀及上料闸,将上料罐中的炉料装入下料罐.装料完毕,关闭上料闸、上密封阀和均压放散阀,并向下料罐均压.料面检测设备采用机械探尺与雷达探尺相结合,探尺探料降至规定料线深度,提升到零位后,打开下密封阀及下料闸,用下料闸的开度大小来控制料流速度,炉料由布料溜槽布入炉内,每批料布入完成后,布料角度自动步进60度,通过控制α、β、γ来实现高炉布料的具体位置.整个上料过程无限循环即完成高炉的装、布料动作.
二、硬件配置
整个上料系统采用一套PLC系统,二台上位机完成对整个上料系统的监控机数据采集等.基础控制层采用Quantum 140 系列PLC,系统具有强大的数字量、模拟量及回路处理功能,具备模板化、体系结构可扩展的特点,包括CPU模板、I/O接口模板、通讯模板、电源模板和底板等.PLC主站与分站之间采用远程I/O方式扩展.各PLC站通过网络通讯模板、交换机、TCP/IP工业以太网可进行通讯,传输速率为100M pbs,传送介质为超五类屏蔽双绞线.
其中处理器采用昆腾系列140CPU 65150,电源模板采用140CPS 11420,远程通讯模板采用140NOE 77101,I/O模板配置如下：数字量输入模板140DDI 35300,数字量输出模板140DDO 35300,模拟量输入模板140ACI 03000、140ARI 03010,模拟量输出模板140ACO 13000,远程I/O模板采用140CRP 93100、140CRA 93100.
编程软件采用UnityPro_XL_V6.0,它支持5种IEC标准语言,系统提供了派生功能块（DFB）,并可在UnityPro_XL_V6.0应用程序中反复调用,如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变,只需修改DFB功能块即可.
监控系统（HMI）采用Wonderware公司的InTouch 10.0监控软件,实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面,历史数据存储及趋势图,报表等监控功能.
Window XP作为系统平台界面,组成计算机化的操作系统,实现人机通讯.计算机采用研华工控机,双核CPU,2G内存,250G硬盘.
三、控制功能
施耐德PLC在高炉上料系统中实现如下功能：
1.实现对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等入炉原料的自动称量,并完成称量误差的自动补偿.
2.实现槽下矿仓、振动筛、称量斗、皮带机、布料小车及分料器的自动控制,实现自动备料及放料,从皮带把原料运送到上料罐-下料罐-再布料到炉体里,阀体开关的联锁控制过程.
3.可使用监控画面对上料系统设备的运行状态进行监视,对设备的运行进行软件手/自动切换及手动启停设备,进行料单设定及更改等.
4.对装料超时、放料超时、超满及设备运行故障等情况在“工艺流程页面”进行报警显示.
四、应用效果
施耐德昆腾PLC上料控制系统一直广泛的被高炉工业企业应用着,在北营公司炼铁厂运行的2年时间里,只有外部设备的机械电气、接口发生过小故障,其他的运作都是很顺利正常的.其上料控制系统的设计符合高炉生产工艺需求,使用效果是良好的,具体体现在以下几方面：
1. PLC系统程序采用双机热备,并采用UPS供电,保证了系统的安全性和稳定性,有效地减少故障停机时间.
2. 故障报警及自动生成报表.当出现故障时,监控画面将以警示色提醒用户,以便操作工及时处理.系统能实时地将历史数据记录在上位机中,对数据的查询、统计和打印很方便.
3.施耐德PLC的 I/O模块及通讯模块支持“热更换”,且任何模块可在任意插槽,无槽位依赖性,维护简便,并增强系统可用性.
4. 上位机进行系统的监控和管理,并提供良好的人机界面,实现分布处理与集中管理一体化,而且系统故障率低,可靠性高,操作简便,控制功能和精度完全能满足生产工艺要求.
5.施耐德PLC控制的上料系统稳定性较高,程序控制较严密,保证了北营公司高炉的安全生产顺行.
五、结束语
本文讨论了北营炼铁厂基于施耐德昆腾系列PLC在高炉上料控制系统的应用情况,用户通过对料单设定画面的修改,可以实现对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等配料参数的设置与更改,并显示上料工艺所需要的数据,操作方式灵活方便.该系统自2012年投产以来,运行一直很平稳,故障率低,可靠性高,完全满足了新1#高炉上料控制的自动化生产要求,为高炉的稳产和高产创造了良好的条件.