摘要 本文著重介紹了S7-300PLC在某鋼廠燒結(jié)配料監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，不但成功的利用PLC取代了流量顯示積算儀，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了配料系統(tǒng)的自動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，證明這套系統(tǒng)是可靠實(shí)用的。

1、引言

隨著鋼鐵企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，燒結(jié)礦作為高爐的重要原料之一，其生產(chǎn)控制系統(tǒng)也受到了更多的關(guān)注。傳統(tǒng)燒結(jié)工藝中主要依靠工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在以下幾方面的問(wèn)題：：1.過(guò)分依靠配料工經(jīng)驗(yàn)，配料工要熟知各個(gè)圓盤每變化1Hz頻率所對(duì)應(yīng)的各秤的流量變化應(yīng)為多少，若配料工經(jīng)驗(yàn)不足，就會(huì)延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間；2.調(diào)節(jié)不及時(shí)，圓盤下料始終為給定頻率，若料重發(fā)生變化，就會(huì)使各秤之間配比發(fā)生變化；3.配料工半個(gè)小時(shí)跑盤一次，工作量較大。4.由于物料的粉塵污染較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響工人的身體健康。近幾年來(lái)，工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化程度越來(lái)越高及人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，PLC技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國(guó)內(nèi)外得以廣泛應(yīng)用。文中重點(diǎn)介紹PLC技術(shù)在某鋼廠燒結(jié)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2、系統(tǒng)工藝流程及系統(tǒng)控制要求

2.1工藝流程

我廠燒結(jié)配料系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（含組態(tài)軟件）、控制系統(tǒng)（內(nèi)含PLC等）、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)操作盤、皮帶秤和圓盤給料機(jī)等組成。生產(chǎn)的燒結(jié)礦由多種不同物料進(jìn)行配比燒結(jié)而成，料倉(cāng)中物料分別通過(guò)各自的圓盤給料機(jī)、并由電子配料皮帶秤計(jì)量后輸入總輸送帶，再由總輸送帶將混合料送入料倉(cāng)。

2.2控制要求：

1、用PLC代替二次表顯示；

2、實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)配料。

3、控制系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)如上所述控制要求，本系統(tǒng)采用西門子公司S7-300系列PLC，具體系統(tǒng)配置如下：
1、DELL工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC），采用Pentium Ⅳ處理器，3.40GHz主頻，1G內(nèi)存，160G硬盤，cp5611卡；
2、PLC硬件配置如下：

電源模塊，中央處理器CPU模塊，2塊16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊，1塊32點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊，2塊8點(diǎn)模擬量輸入模塊和2塊4點(diǎn)模擬量輸出模塊

4、主要功能及控制策略

在本系統(tǒng)中，上位機(jī)用WINCC6.0組態(tài)軟件，下位機(jī)用STEP7V5.4編程實(shí)現(xiàn)。下面詳細(xì)介紹這兩部分的功能及組態(tài)。

4.1 PLC編程

STEP7軟件一般有多種編程方式，本文中采用的是梯形圖和語(yǔ)句表相結(jié)合編程方式。程序?qū)崿F(xiàn)功能有：

4.1.1監(jiān)視系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

要用計(jì)算機(jī)代替流量積算儀，必須了解流量積算儀的工作原理。其原理為皮帶上連續(xù)通過(guò)的物料量由稱重傳感器轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)電壓信號(hào)，經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送入微處理機(jī)；由測(cè)速電機(jī)送來(lái)的速度信號(hào)也送入微處理機(jī)，由微處理機(jī)對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理，最后通過(guò)顯示器顯示出通過(guò)皮帶秤的物料的累計(jì)量和瞬時(shí)流量，那么這些功能通過(guò)PLC都是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

1、顯示瞬時(shí)流量

一般的流量積算儀都可以為稱重傳感器正常工作提供7-11V橋壓，本系統(tǒng)采用可調(diào)24VDC電源提供10V橋壓。

PLC系統(tǒng)選用西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列。通常的PLC模塊只能接收標(biāo)準(zhǔn)電壓電流信號(hào)， 而S7-300系列模塊可接收mV信號(hào)，且性價(jià)比較高，所以選用S7-300。
將mV信號(hào)采入以后，就可以按照事先輸入的參數(shù)，如皮帶長(zhǎng)度，皮帶運(yùn)行一周所需時(shí)間，鏈碼重量，以及經(jīng)校秤得出的零點(diǎn)和量程進(jìn)行運(yùn)算，得出瞬時(shí)流量。

2.濾波

在調(diào)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于皮帶秤固有的特點(diǎn)，若對(duì)流量實(shí)時(shí)采集，流量波動(dòng)較大，不利于自動(dòng)調(diào)節(jié)，最后采取多次采樣求平均的辦法（本系統(tǒng)中2s采樣20次）來(lái)消除瞬間發(fā)生的流量突變。這樣做不但可以使秤的瞬時(shí)流量相對(duì)穩(wěn)定，而且能保證秤的調(diào)節(jié)速度。

3. 校秤

保證秤的準(zhǔn)確是皮帶秤參加自動(dòng)配料的前提，所以校秤的準(zhǔn)確與否是非常重要的。皮帶秤的表面不均勻，所以校秤的時(shí)間應(yīng)為皮帶運(yùn)行一周所用時(shí)間的整數(shù)倍，然后將多次采樣的值進(jìn)行平均，就可得到相對(duì)準(zhǔn)確的零點(diǎn)以及量程了。

4.流量累計(jì)

不但可以顯示記錄瞬時(shí)流量，還可以對(duì)流量進(jìn)行累計(jì)，查詢。便于計(jì)算原料總量，核算成本。

5．比對(duì)流量

通常皮帶秤顯示的流量單位為噸/小時(shí)。為了便于平時(shí)檢查皮帶秤的準(zhǔn)確性，還增設(shè)了單位為公斤/米的瞬時(shí)流量，可直接與配料室的跑盤數(shù)相對(duì)應(yīng)。若發(fā)現(xiàn)不準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)及時(shí)通知維護(hù)人員校秤。

可見(jiàn)，用工控機(jī)完全取代二次表是切實(shí)可行的，工控機(jī)不但能夠?qū)崿F(xiàn)流量積算儀的一般功能，而且還可以根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)流量積算儀本身所不具備的功能，更利于今后的進(jìn)一步改造。

4.1.2控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

1、自動(dòng)調(diào)節(jié)。　　

皮帶上的物料不是均勻的，物料的瞬時(shí)流量總是在不斷變化，為此，系統(tǒng)的下位機(jī)采用PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將上位機(jī)送給的流量信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差大小，輸出4～20mA信號(hào)去調(diào)節(jié)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)圓盤速度，從而達(dá)到恒定的流量，這樣能夠保證各秤流量符合配比取得預(yù)期的效果。

2、大皮帶急停聯(lián)鎖。

若大皮帶在各秤正常運(yùn)行時(shí)突然停止，就會(huì)造成大皮帶堆料。這時(shí)采用大皮帶急停聯(lián)鎖，出現(xiàn)如上情況時(shí)，PID調(diào)節(jié)直接轉(zhuǎn)換為手動(dòng)，各變頻器頻率直接設(shè)定為0Hz，圓盤停止下料，就可避免堆料了。等維修人員處理過(guò)后，進(jìn)行急停復(fù)位后自動(dòng)配料系統(tǒng)即可重新投入使用。

4.2 人機(jī)界面組態(tài)

1、主畫面。顯示當(dāng)前各稱的運(yùn)行狀態(tài)、下料量以及大皮帶的運(yùn)行狀態(tài)。

2、PID調(diào)節(jié)畫面。顯示PID參數(shù)、設(shè)定值、實(shí)際流量以及頻率輸出值。

3、校稱畫面。顯示校稱所需參數(shù)，如皮帶長(zhǎng)度、皮帶速度、皮帶運(yùn)行整圈時(shí)間以及當(dāng)前的零點(diǎn)和量程。

4、設(shè)定料層。本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，只需在配比畫面下輸入總料層數(shù)（kg/m）以及各秤配比（%），系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出總流量（單位為t/h）及各分秤流量（單位為t/h），然后將各分秤流量作為設(shè)定值出現(xiàn)在PID畫面上。一般情況下，配比基本是不變的，如料層變化，只需重新輸入料層即可。

5、瞬時(shí)流量顯示。在畫面添加了實(shí)時(shí)曲線，可以直觀的觀察到當(dāng)前各稱的流量。

6、歷史數(shù)據(jù)的查詢。在畫面添加了歷史曲線以及報(bào)表，可以直觀系統(tǒng)的查詢各個(gè)時(shí)間各秤的設(shè)定流量及與其相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)流量等，更便于記錄的查詢與管理。

5、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)自投產(chǎn)以來(lái)，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。首先，從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)看，燒結(jié)配料原有流量積算儀8臺(tái)，由于系統(tǒng)較老，故障率相對(duì)較高，且在備品備件方面也有一定的困難，同種型號(hào)的二次表可能已經(jīng)不再生產(chǎn)了。取消二次表后，由于PLC的穩(wěn)定性好，就解決了故障率高的問(wèn)題；另外，取消二次表，可直接節(jié)省8臺(tái)流量積算儀及相應(yīng)備品備件費(fèi)用。 這些都是目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益，并且可將在燒結(jié)配料成功取消二次表的經(jīng)驗(yàn)逐漸應(yīng)用于公司已經(jīng)日趨老化的配料系統(tǒng)以及日后計(jì)劃投產(chǎn)的配料系統(tǒng)當(dāng)中，這樣每年為公司節(jié)省費(fèi)用將是相當(dāng)可觀的。另外，采用自動(dòng)配料后，直接的經(jīng)濟(jì)效益雖然無(wú)法估算，但間接的經(jīng)濟(jì)效益是不容忽視的，由于料層平穩(wěn)，配比準(zhǔn)確，配料的合格率較高，使得燒結(jié)礦的質(zhì)量有了很大程度的提高，為高爐的穩(wěn)產(chǎn)提供了前提條件和必要保證。其次，從社會(huì)效益方面來(lái)看，手動(dòng)配料工人勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，每間隔半個(gè)小時(shí)就要跑盤一次，即便這樣，調(diào)節(jié)仍然是不及時(shí)的。自動(dòng)配料后，把工人從簡(jiǎn)單重復(fù)的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)，大大提高了勞動(dòng)效率。可見(jiàn)，從各方面來(lái)講，該自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高燒結(jié)礦質(zhì)量，促進(jìn)高爐穩(wěn)產(chǎn)以及提高工人勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面都起到了很大作用。

黑龍江省伊春市西林鋼鐵公司計(jì)控處 董力鋒
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