基于PLC控制的高爐礦槽除塵系統(tǒng)設(shè)計

聞娜++劉成偉++高勇

摘 要：該文介紹了此次除塵改造的工藝，除塵改造的硬件配置以及西門子編程控制軟件的應(yīng)用，組態(tài)界面的組成及開發(fā)過程，通過采用西門子的一整套PLC設(shè)備與組態(tài)王軟件對煉鐵廠高爐槽下除塵設(shè)備進行改造，設(shè)計了PLC除塵系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：PLC 除塵改造 自動控制 組態(tài)王

中圖分類號：TP302.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0071-02

鋼鐵冶煉過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵散入到空氣中，會對環(huán)境造成很大的污染，如不采取合適的除塵凈化措施，將會嚴重影響周邊環(huán)境。另外，高爐周邊溫度高、輻射強度大，也對從事現(xiàn)場工作的工人的安全和健康造成很大的威脅。在目前的除塵凈化系統(tǒng)中，除部分高度自動化的控制系統(tǒng)外，很多采用人工控制或半自動控制，現(xiàn)場的很多除塵閥均由人工手動控制，操作不便、運行成本高且除塵效果差，影響了除塵的效果。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)主要針對高爐槽下除塵系統(tǒng)部分進行改造，利用西門子S7-400PLC對高爐槽下配料站、傳送帶、礦倉和除塵裝置等設(shè)備進行控制，并對運行情況進行實時監(jiān)控，在用組態(tài)王制作的監(jiān)控畫面上進行體現(xiàn)和控制，實現(xiàn)高爐礦槽除塵的自動控制。

1.1 工藝概述

礦槽除塵系統(tǒng)主要由配料站、傳送帶、除塵裝置、管道、除塵閥等組成。配料站由傳送帶運送物料裝入和裝出，在運輸過程中根據(jù)工藝流程將物料置于礦倉進行貯存，在貯存過程中，啟動礦倉的振動篩，同時除塵閥打開進行除塵。當(dāng)?shù)V倉貯存物料到一定的物位時，系統(tǒng)將停止送入物料，關(guān)閉振動篩，除塵閥延時工作后關(guān)閉。當(dāng)需向外送料時，將礦倉閘板開啟，向傳送帶送料，秤斗出口部位的除塵閥開啟，送料結(jié)束后，秤斗出口除塵閥延時工作后關(guān)閉。

高爐槽下共有2個雜礦倉、4個燒結(jié)礦倉、4個球團礦倉和5個焦炭倉共計15個礦倉；礦倉中置有振動篩，每個礦倉的篩上和篩下分別裝有1個除塵閥，秤斗出口處裝有1組除塵閥，根據(jù)除塵系統(tǒng)的實際需要，共設(shè)計了45個除塵點，根據(jù)各除塵點的類型，分別選擇DN500、DN400、DN350和DN300幾種型號的氣動閥門；現(xiàn)場設(shè)有兩組操作箱，分別用于手動控制方式下操作振篩除塵閥門以及礦口除塵閥和放料閘門；控制室中置有一臺工控機作為控制平臺，運行組態(tài)王監(jiān)控軟件，監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)需要通過組態(tài)軟件對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行調(diào)整，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制；在配電室中置有PLC控制柜和繼電器柜，繼電器柜裝有繼電器，用于手動方式及故障狀態(tài)下控制礦槽振篩、傳送帶、閥門等設(shè)備，部分用于自動及手動方式下礦槽振篩、傳送帶、除塵閥門等設(shè)備的控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.2 控制要求

系統(tǒng)的控制方式有手動控制方式和自動控制方式兩種，當(dāng)將操作箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動”位置時，可直接利用兩組操作箱上的控制按鈕進行控制，通過對繼電器柜中繼電器的控制來實現(xiàn)傳送帶的運行與停止、除塵閥的開啟與關(guān)閉、礦槽振篩的啟動與停止等工作。當(dāng)將操作箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動”位置時，系統(tǒng)將處于自動控制狀態(tài)，此時有兩種模式，一種為畫面控制，上位機上運行組態(tài)王監(jiān)控軟件，現(xiàn)場中各設(shè)備的運行狀態(tài)將通過PLC傳送到上位機中，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中信息的實時監(jiān)控，同時可以在組態(tài)王監(jiān)控軟件中操作可以以命令形式傳遞給PLC，控制系統(tǒng)中各設(shè)備的運行；另一種為程序自動控制，這種模式下系統(tǒng)可以在無人操作的情況下用PLC進行全自動控制，運行PLC中預(yù)置的程序，PLC控制系統(tǒng)各設(shè)備的運行，并將采集到的各設(shè)備的狀態(tài)信息傳遞給上位機，上位機實現(xiàn)系統(tǒng)中各設(shè)備及參數(shù)的實時顯示，實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動控制；兩種模式可在組態(tài)王監(jiān)控軟件中進行操作切換。系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場情況，控制閥門、振篩、傳送帶等設(shè)備的運行，閥門延時關(guān)閉時間等參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場需要在軟件窗口中進行調(diào)節(jié)。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)主要由上位機、主控制器PLC及相關(guān)模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電源模塊、控制柜、操作箱等組成。

上位機采用工業(yè)控制計算機，要求具有較高的性能及可靠性，可以運行Step7系列編程軟件和組態(tài)王監(jiān)控軟件；上位機網(wǎng)卡采用CP1613，用于上位機與以太網(wǎng)的連接和通訊。

主控制器采用面向生產(chǎn)制造和工藝過程的高性能西門子S7-400系列PLC，CPU型號為CPU414H，具有較強的通信功能，帶有PROFIBUS-DP和工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊，利用PROFIBUS-DP端口連接到總線，用于同分布式I/O模塊間的數(shù)據(jù)交換。使用CP443-1模塊作為通訊處理器，連接到工業(yè)以太網(wǎng)，與上位機之間的連接，構(gòu)成TCP/IP標準工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。

由于現(xiàn)場采集點和控制點較多，利用西門子SIMATIC ET200對I/O數(shù)量進行擴展，擴展了兩個分布式I/O模塊ET200M。使用IM153-1模塊作為通訊處理器，將分布式I/O模塊連接到總線上，實現(xiàn)與主控制器之間的連接。PLC電源采用西門子專用的電源模塊。主控制器電源采用西門子S7-400專用的電源模塊PS407-0DA，該模塊將發(fā)送一個故障信號給CPU，具有后備電池，當(dāng)系統(tǒng)掉電時，轉(zhuǎn)由后備電池供電，所有的參數(shù)設(shè)置和內(nèi)存里的數(shù)據(jù)可以保存。分布式I/O模塊ET200M電源采用PS307 5A電源模塊。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括上位機的監(jiān)控界面、程序設(shè)計和下位機的PLC程序設(shè)計。對于監(jiān)控軟件，選用亞控科技的專業(yè)工業(yè)控制組態(tài)軟件組態(tài)王6.53；編程軟件選用的是西門子的STEP 7編程軟件，用于S7系列PLC配置和編程。

3.1 上位機設(shè)計

利用對組態(tài)王軟件對系統(tǒng)進行二次開發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)控制要求，用組態(tài)軟件系統(tǒng)內(nèi)部提供的圖形控件庫來繪制模擬的除塵系統(tǒng)，并配合以圖形、動畫、數(shù)據(jù)等顯示，構(gòu)成符合整個系統(tǒng)的界面圖形，完成高爐礦槽除塵系統(tǒng)的生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)控，并可顯示溫度、壓力、流量等現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，可對歷史數(shù)據(jù)進行記錄、分析和整理，利于生產(chǎn)過程的總結(jié)和工藝的優(yōu)化。本系統(tǒng)共設(shè)計了全局控制、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)控制、趨勢曲線、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)管理等10余幅界面，在每個界面都設(shè)置了數(shù)個自定義功能按鍵，在運行的過程中可以通過設(shè)置相應(yīng)的功能按鍵便可切換對應(yīng)畫面并實現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

3.2 PLC和組態(tài)王的通訊

組態(tài)王軟件支持與國內(nèi)外常見的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等，通過串口、USB接口、以太網(wǎng)、總線、GPRS等常規(guī)通訊接口方式進行數(shù)據(jù)通訊。組態(tài)王與PLC的通信采用PPI通訊協(xié)議，通過計算機的串行口與PLC進行通信，通過訪問PLC相關(guān)寄存器來獲得設(shè)備的狀態(tài)，通過修改PLC相關(guān)寄存器來控制輸出設(shè)備工作。在組態(tài)王軟件中使用類C語言進行編程，對PLC寄存器和一系列變量進行定義，在定義了變量后，直接利用變量名就可對系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢分析、數(shù)據(jù)記錄和報警顯示進行讀取和設(shè)置。

4 結(jié)語

通過采用西門子的一整套PLC設(shè)備與組態(tài)王軟件對煉鐵廠高爐槽下除塵設(shè)備進行改造，提高了礦槽周邊除塵的效率和企業(yè)效益，保護了現(xiàn)場操作人員的健康，減輕了煉鐵廠的污染。系統(tǒng)在除塵現(xiàn)場運轉(zhuǎn)良好，基本實現(xiàn)了無人操作的高效率自動除塵。

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