柳鋼鋼渣生產(chǎn)線的PLC控制應(yīng)用

摘 要：柳鋼鋼渣處理廠120萬(wàn)噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線傳統(tǒng)電氣控制改造為西門子PLC系統(tǒng)控制，編制控制程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)能。

關(guān)鍵詞：鋼渣處理生產(chǎn)線 PLC系統(tǒng)控制 改造 提效

中圖分類號(hào)：TF524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-0104-03

廣西柳鋼金鵬環(huán)保公司鋼渣處理廠120萬(wàn)噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線負(fù)責(zé)處理柳鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠產(chǎn)生的所有鋼渣，采用二破三磁選三篩分工藝流程，共有22條皮帶輸送機(jī)、4臺(tái)振動(dòng)給料機(jī)、4臺(tái)激振篩和2臺(tái)液壓顎式破碎機(jī)組成，每天要處理柳鋼產(chǎn)生的5000噸鋼渣。原設(shè)計(jì)采用的電氣控制系統(tǒng)為繼電器邏輯控制方式，控制觸點(diǎn)多，生產(chǎn)控制停留在每臺(tái)設(shè)備機(jī)旁手動(dòng)啟停階段；因生產(chǎn)區(qū)域廣設(shè)備多，每次開停機(jī)均耗時(shí)較多；而當(dāng)生產(chǎn)堵料時(shí)，電控系統(tǒng)不能連鎖停機(jī)，造成現(xiàn)場(chǎng)大量積料，清料恢復(fù)生產(chǎn)更是費(fèi)時(shí)。隨著生產(chǎn)任務(wù)不斷加重，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動(dòng)化控制，降低一線職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，成為必然的選擇，經(jīng)分析，決定采用西門子S7-300系統(tǒng)對(duì)120萬(wàn)噸鋼渣生產(chǎn)線電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)鋼渣生產(chǎn)線自動(dòng)化控制及監(jiān)控。

1 生產(chǎn)工藝控制要求

柳鋼鋼渣處理工藝采用二破三磁選三篩分工藝流程，鋼渣通過(guò)皮帶輸送機(jī)運(yùn)送，再經(jīng)破碎、磁選、篩分的生產(chǎn)過(guò)程，因鋼渣原料含鐵量高、大小、形狀不規(guī)則，經(jīng)常出現(xiàn)堵料影響生產(chǎn)的情況，因此對(duì)鋼渣生產(chǎn)線采用PLC系統(tǒng)控制改造作如下要求。

（1）手動(dòng)/遠(yuǎn)程控制：手動(dòng)控制為PLC自動(dòng)控制出現(xiàn)故障和檢修時(shí)使用；遠(yuǎn)程控制則為PLC控制。（2）PLC控制又分自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。自動(dòng)控制為設(shè)備全自動(dòng)順流程啟動(dòng)和逆流程停止；手動(dòng)控制為機(jī)旁控制，對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)單機(jī)啟停。（3）設(shè)備控制實(shí)現(xiàn)連鎖控制。（4）建立故障報(bào)警系統(tǒng)，出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，顯示故障點(diǎn)，便于查找故障原因及解決故障，并自動(dòng)記錄故障時(shí)間。（5）建立生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行、故障自動(dòng)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，生成系統(tǒng)報(bào)表。

2 PLC電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造

2.1 PLC控制回路改造

（1）PLC選型。

根據(jù)前述控制要求，在充分考慮系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、通用性基礎(chǔ)上，確定本電控系統(tǒng)采用集中式控制結(jié)構(gòu)，分為3級(jí)：過(guò)程監(jiān)控站、PLC控制器和現(xiàn)場(chǎng)電氣驅(qū)動(dòng)和信號(hào)檢測(cè)。PLC控制器選用西門子SIMATIC S7-300型，該型PLC技術(shù)成熟可靠，應(yīng)用廣泛，具有功能強(qiáng)、速度快、模塊化等特點(diǎn)，具體配置為：CPU314，帶有MPI接口，配64k EPROM存儲(chǔ)卡做程序掉電保護(hù)；16通道DI模塊SM321，5個(gè)；16通道DO模塊SM322，3個(gè)；考慮系統(tǒng)的總點(diǎn)數(shù)和今后擴(kuò)展需要，配置了1個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間通過(guò)通信模塊IM360和IM361通信。監(jiān)控站采用戴爾電腦主機(jī)加顯示器一套，運(yùn)行西門子WINCC6.2過(guò)程監(jiān)控組態(tài)軟件。S7-300系統(tǒng)和監(jiān)控站計(jì)算機(jī)的通信采用MPI接口，在上位機(jī)中安裝CP5613通訊卡，通過(guò)MPI電纜進(jìn)行連接。

（2）輸入輸出點(diǎn)分配。

根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，鋼渣輸送皮帶較少出現(xiàn)跑偏和打滑現(xiàn)象，要增加這些信號(hào)反饋，需增加配電室至現(xiàn)場(chǎng)的控制線和打滑檢測(cè)設(shè)備，這樣耗時(shí)且易影響生產(chǎn)，所以跑偏和急停信號(hào)不引回PLC輸入信號(hào)；液壓鄂式破碎機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制箱使用國(guó)產(chǎn)信捷PLC系統(tǒng)，控制主電機(jī)啟停和液壓控制回路；激振篩為啟?；芈罚灰虼嗣颗_(tái)設(shè)備PLC輸入信號(hào)只需要一個(gè)備妥信號(hào)和一個(gè)主接觸器反饋信號(hào)（如圖1）。

輸出點(diǎn)則只需每臺(tái)設(shè)備各一個(gè)輸出點(diǎn)（如圖2）。

2.2 原電控主回路改造

原設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)為繼電器邏輯控制方式，控制觸點(diǎn)多，生產(chǎn)控制為簡(jiǎn)單現(xiàn)場(chǎng)啟停控制，現(xiàn)場(chǎng)控制箱有啟動(dòng)、停止和急停按鈕，啟動(dòng)和停止指示燈，電機(jī)過(guò)載保護(hù)為老式雙金屬片熱偶保護(hù)（如圖3）。

對(duì)原電控主回路進(jìn)行改造，現(xiàn)場(chǎng)控制箱需增加一個(gè)雙向拔檔開關(guān)實(shí)現(xiàn)機(jī)旁/遠(yuǎn)程控制，配電室控制回路增加一個(gè)備妥接觸器，接收包括拉繩、跑偏、過(guò)流和急停信號(hào)；主接觸器增加一對(duì)觸點(diǎn)，反饋接通信號(hào)給PLC顯示狀態(tài)；熱繼電器改為帶電子顯示的電子過(guò)流保護(hù)器，改變熱繼電器反應(yīng)慢、調(diào)節(jié)不精準(zhǔn)的情況，電控主回路改造后如圖4。

2.3 PLC系統(tǒng)功能程序設(shè)計(jì)

（1）改造后PLC系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：逆工藝流程起動(dòng)，即先啟動(dòng)生產(chǎn)線終端22#輸送機(jī)，最后啟動(dòng)生產(chǎn)線起始端1#給料機(jī)；順流程停機(jī)，先停起始端1#給料機(jī)，最后停終端22#輸送機(jī)，并根據(jù)輸送機(jī)速度、長(zhǎng)度加以延時(shí)間隔，以免發(fā)生堆料的現(xiàn)象；啟動(dòng)時(shí)間以設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入全速為準(zhǔn)，停止時(shí)間以渣料走完輸送機(jī)為設(shè)定依據(jù)。為保護(hù)設(shè)備、提升生產(chǎn)效率及人員安全，還需設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的聯(lián)鎖控制：①當(dāng)輸送機(jī)、激振篩、液壓顎式破碎機(jī)中任一設(shè)備發(fā)生非正常停機(jī)或嚴(yán)重故障時(shí)，立即停止上游設(shè)備運(yùn)行，下游設(shè)備保持原工作狀態(tài)不變；②根據(jù)出現(xiàn)故障設(shè)備，進(jìn)行緊急停機(jī)、順序停機(jī)，并在監(jiān)控畫面顯示報(bào)警；③在監(jiān)控站畫面上、PLC柜及操作臺(tái)都設(shè)有“緊急停止”按鈕，當(dāng)出現(xiàn)重大險(xiǎn)情和故障時(shí)，操作“緊急停止”按鈕能立即停止全線設(shè)備。

（2）控制方式：①PLC控制方式，正常生產(chǎn)時(shí)使用。操作員在監(jiān)控站畫面實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動(dòng)或單動(dòng)；②就地控制，保留原來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，可用機(jī)旁電氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備起/停，滿足設(shè)備檢修、試車、緊急事故處理的需要。

通過(guò)對(duì)上述系統(tǒng)控制功能和PLC各個(gè)輸入輸出信號(hào)的仔細(xì)分析，確定出單臺(tái)設(shè)備的控制邏輯，利用西門子STEP7編程軟件編寫程序，分為手動(dòng)和自動(dòng)FC塊供OB1塊調(diào)用，手動(dòng)只是簡(jiǎn)單啟?；芈凡辉僬f(shuō)明，自動(dòng)控制回路梯形圖（LAD）見圖5。

以1#、2#、3#皮帶為例，這里使用了SR置位指令、SD接通延時(shí)指令和SF斷開延時(shí)指令，SF斷開延時(shí)指令用皮帶延時(shí)停止很好用，在輸入端為0時(shí)線圈保持接通完成延時(shí)過(guò)程。圖5為2#皮帶啟?？刂苹芈肥纠?#皮帶為2#皮帶上游設(shè)備，3#皮帶為2#皮帶下游設(shè)備。M20.0和M20.1互鎖控制設(shè)備全自動(dòng)啟停，T1為下級(jí)皮帶啟動(dòng)到本級(jí)皮帶啟動(dòng)延時(shí)間隔，T0為本級(jí)皮帶啟動(dòng)到上級(jí)皮帶啟動(dòng)延時(shí)間隔，T25為本級(jí)皮帶停止到下級(jí)皮帶停止延時(shí)間隔，中間加個(gè)I0.1上皮帶接觸器反饋信號(hào)，T26為2號(hào)皮帶停止到3號(hào)皮帶停止延時(shí)間隔，這部分組成了全自動(dòng)順停和逆啟動(dòng)作。I0.2備妥信號(hào)為皮帶本身保護(hù)信號(hào)，包括跑偏、拉繩和檢修控制。I0.5為下級(jí)設(shè)備信號(hào)反饋，主要功能為下級(jí)設(shè)備未啟動(dòng)時(shí)本級(jí)設(shè)備禁止啟動(dòng)，以及下級(jí)設(shè)備故障停機(jī)時(shí)上游設(shè)備全部急停。

3 監(jiān)控站人機(jī)界面設(shè)計(jì)

PLC系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用西門子WINCC6.2組態(tài)軟件，同為西門子產(chǎn)品兼容性好。組態(tài)時(shí)設(shè)定好通信參數(shù)，并在監(jiān)控畫面的控件屬性中設(shè)置正確的PLC位地址或字地址，監(jiān)控軟件就能建立起與PLC內(nèi)部地址的連接和通信。利用WINCC6.2強(qiáng)大的圖形組態(tài)技術(shù)和豐富的用戶函數(shù)，設(shè)計(jì)了以下功能：①鋼渣處理工藝流程監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)見圖6；通過(guò)動(dòng)態(tài)、變色、閃爍、數(shù)字、棒圖及曲線的方式實(shí)時(shí)監(jiān)視各電氣設(shè)備、工藝參數(shù)的工況，操作人員點(diǎn)擊畫面按鈕可以實(shí)現(xiàn)全線設(shè)備單動(dòng)起/停、聯(lián)動(dòng)起/停、緊急停車等控制功能；②生產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：對(duì)設(shè)備的起/停時(shí)間、班運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、起/停次數(shù)累計(jì)等信息自動(dòng)記錄并顯示，對(duì)于合理安排生產(chǎn)和設(shè)備檢修具有重要意義；③自動(dòng)生成報(bào)表：生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成，可按生產(chǎn)班次定時(shí)打印，同時(shí)在監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)了報(bào)表打印按鈕，可以在任何需要的時(shí)候進(jìn)行打印；④在線操作指導(dǎo)：采用Windows超級(jí)鏈接文本幫助形式，向維護(hù)操作人員提供方便、快捷的查找關(guān)于生產(chǎn)工藝操作、設(shè)備維護(hù)和軟件使用等信息；⑤報(bào)警功能：在每幅畫面上都有報(bào)警標(biāo)志，設(shè)備故障、工藝參數(shù)異常都會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警，每個(gè)故障報(bào)警都有詳細(xì)說(shuō)明和原因解釋，并有完善的報(bào)警確認(rèn)、報(bào)警屏蔽和報(bào)警歷史記錄（如圖7）；⑥權(quán)限安全設(shè)置：通過(guò)設(shè)置工程師和操作員2級(jí)權(quán)限，明確了生產(chǎn)操作和管理職責(zé)，防止誤操作，有效增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

4 改造后PLC系統(tǒng)運(yùn)行效果

120萬(wàn)噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線改造后PLC系統(tǒng)已成功投入使用，取得了良好的效果：①生產(chǎn)效率顯著提高，開停機(jī)時(shí)間和堵料清料時(shí)間顯著減少，開機(jī)率由原來(lái)的78%提高至87%；②設(shè)備得到有效保護(hù)，設(shè)備負(fù)荷電流實(shí)時(shí)顯示，電機(jī)得到有效保護(hù)，一旦超限會(huì)及時(shí)報(bào)警和聯(lián)鎖制動(dòng)，從而解決了因堵料造成電機(jī)超載、燒毀及爆軸的問題；③生產(chǎn)線系統(tǒng)故障率明顯下降，維護(hù)工作量大大減少，設(shè)備故障率由原來(lái)6%降低至3%，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行得到充分保障；④減少了生產(chǎn)人員編制，僅需要3人就可完成相當(dāng)于以前6人的工作。

綜上所述，柳鋼120萬(wàn)噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線的PLC電控系統(tǒng)改造，系統(tǒng)由性價(jià)比高的PLC、工控機(jī)和組態(tài)軟件構(gòu)成，通過(guò)PLC編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的全自動(dòng)控制、聯(lián)鎖保護(hù)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能；運(yùn)用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了具有良好的人/機(jī)過(guò)程接口能力的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程信息的集中顯示和處理。生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行效果表明，本PLC電控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，顯著提高了柳鋼鋼渣生產(chǎn)效率。