PLC控制系統(tǒng)在豎爐造球系統(tǒng)應用

【摘 要】本文介紹了PLC自動控制系統(tǒng)在豎爐造球系統(tǒng)中的控制方法和具體應用。介紹了承德建龍豎爐造球系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案，設(shè)計中用西門子S7系列PLC作為控制核心，以STEP7來對軟件系統(tǒng)進行編程，利用PLC控制設(shè)備運行，實現(xiàn)設(shè)備自動控制，進而實現(xiàn)控制系統(tǒng)自動化。

【關(guān)鍵詞】豎爐；PLC；硬件配置

一、概述

造球系統(tǒng)是將含有少量粘合劑的細磨物料，通過加入適量的水，并在造球機物理作用下，形成直徑大部分為10～16mm的球形生料，然后通過生球篩分機將合格的生料篩選出，將篩下碎料通過皮帶返回到造球倉內(nèi)，最后通過位于豎爐頂部的梭式布料機，將生球均勻散布到豎爐內(nèi)的過程。

自動化軟件配合硬件系統(tǒng)，完成整個系統(tǒng)的在線監(jiān)視、控制、安全保障等工作。軟件編制遵循安全、可靠、先進的原則，以期在生產(chǎn)中最大限度的保障設(shè)備及人員的安全，設(shè)備動作聯(lián)鎖可靠，人員干預及時，以及先進的控制思想的引入運用。

二、系統(tǒng)控制說明

現(xiàn)場設(shè)備有三種控制方式：本地操作、遠程手動、遠程自動。

本地和遠程操作通過現(xiàn)場操作箱上的“本地/遠程”轉(zhuǎn)換開關(guān)控制。遠程手動、自動操作通過主控室OS（操作員站）操作界面模擬開關(guān)控制，遠程操作方式必須在現(xiàn)場操作箱上的選擇開關(guān)位于“遠程”位置時才能有效。

1、本地操作

本地操作是將操作箱上的“本地/遠程”開關(guān)打到“本地”位置，然后對設(shè)備進行啟、停操作。本地操作時被控設(shè)備與自動化系統(tǒng)完全脫離，設(shè)備的運行只與電氣控制回路聯(lián)鎖有關(guān)。該方式一般用于設(shè)備調(diào)試或維護期間，也應用于在生產(chǎn)過程中由于設(shè)備故障導致控制系統(tǒng)保護停車時的緊急應對。該方式由于脫離了自動控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護及運行預警，所以操作時要十分小心，防止出現(xiàn)人員和設(shè)備事故。

2、遠程手動

在主控室OS（操作員站）操作界面上對單體設(shè)備進行手動操作的方式，該方式是自動控制系統(tǒng)的一部分，通過軟件實現(xiàn)。在執(zhí)行該操作之前，必須將現(xiàn)場操作箱上的“本地/遠程”開關(guān)打到“遠程”位置。

遠程手動分解鎖手動和聯(lián)鎖手動兩種方式。

1）解鎖手動

將OS操作界面上將單體設(shè)備“手動/自動”開關(guān)打到“手動”，將“解鎖/聯(lián)鎖”開關(guān)打到“解鎖”，然后對該設(shè)備進行啟、停操作。

該操作與上下游設(shè)備運行狀態(tài)無關(guān)，只與設(shè)備本身電氣回路硬聯(lián)鎖和軟件中的啟、停超時保護有關(guān)。一般應用于調(diào)試和設(shè)備維護，同時，在生產(chǎn)中對要求不能頻繁啟、停的設(shè)備（例如高壓設(shè)備）也可采用該方式。

由于與上下游設(shè)備無聯(lián)鎖，所以在操作時要注意上下游設(shè)備狀態(tài)，防止“堆料”等生產(chǎn)事故發(fā)生。

2）聯(lián)鎖手動

將OS操作界面上將單體設(shè)備“手動/自動”開關(guān)打到“手動”，將“解鎖/聯(lián)鎖”開關(guān)打到“聯(lián)鎖”，然后對該設(shè)備進行啟、停操作。

該操作除了與設(shè)備本身電氣回路硬聯(lián)鎖和軟件中的啟、停超時保護有關(guān)外，還與上下游設(shè)備運行狀態(tài)聯(lián)鎖。啟動時，流程內(nèi)下游相鄰設(shè)備必須是“運行”狀態(tài)；停止時，流程內(nèi)上游相鄰設(shè)備必須是“停止”狀態(tài)。

一般應用于在“遠程自動”生產(chǎn)過程中，不停機狀態(tài)下，對某一特殊狀態(tài)的設(shè)備進行手動干預的情況。一般分兩種情況；一種是關(guān)鍵設(shè)備；另一種是該設(shè)備在“遠程自動”方式是已被停機保護，而設(shè)備故障本身未嚴重到必須停車處理，同時，生產(chǎn)現(xiàn)狀還需該設(shè)備運行的情況。

3、遠程自動

正常生產(chǎn)時采用的操作方式，流程內(nèi)設(shè)備按照程序自動順序啟、停，設(shè)備之間聯(lián)鎖保護，最大限度的保證安全生產(chǎn)，防止誤操作發(fā)生。

為滿足生產(chǎn)的需要，將造球系統(tǒng)分為兩個流程：造球流程和布料流程。以Q-2膠帶機以上為造球流程，Q-2膠帶機以下（包含）為布料流程。

三、控制流程設(shè)置

1、流程啟動

1）布料系統(tǒng)滿足啟動條件后，按下OS操作界面上布料流程“流程啟動”按鈕，主流程設(shè)備動作時序如下：

警告鈴響（延時30s）——BL1a梭式布料機皮帶啟動（延時5s）——B-1膠帶機啟動（延時5s）——QSA輥式生球篩分機啟動（延時5s）——Q-4膠帶機啟動（延時5s）——Q-2膠帶機啟動

2）造球系統(tǒng)滿足啟動條件后，按下OS操作界面上造球流程“流程啟動”按鈕，被選定的造球倉相關(guān)主流程設(shè)備動作時序如下：

造球機按QQX傳動號由小到大延時5秒順序啟動（延時5s）——皮帶秤按QCX傳動號由小到大延時5秒順序啟動（延時5s）——圓盤給料機按QYX傳動號由小到大延時5秒順序啟動，被選造球倉相關(guān)主流程設(shè)備包括被選倉的圓盤給料機、皮帶秤、造球機，被選倉數(shù)量可以在1～3之間任意選擇。

2、流程停止

1）造球系統(tǒng)滿足停止條件后，按下OS操作界面上造球流程“流程停止”按鈕，被選定的造球倉相關(guān)主流程設(shè)備停車時序如下：

圓盤給料機按QYX傳動號由大到小延時5秒順序停止（延時5s）——皮帶秤按QCX傳動號由大到小延時5秒順序停止（延時5s）——造球機按QQX傳動號由大到小延時順序停止（造球機停止延時時間根據(jù)其放空時間現(xiàn)場確定）

2）滿足停止條件后，按下OS操作界面上布料流程“流程停止”按鈕，主流程設(shè)備停車時序如下：

Q-2膠帶機停止（延時0s）——Q-4膠帶機延時停止——QSA輥式生球篩分機延時停止——B-1膠帶機延時停止——BL1a梭式布料機皮帶延時停止。

四、事故管理

事故管理分為報警、保護停機、急停操作。

1、報警

報警由PLC自動發(fā)出，在OS操作界面的設(shè)備上產(chǎn)生閃爍提示并顯示報警信息，崗位根據(jù)信息內(nèi)容采取必要規(guī)避措施。報警不停車，反映設(shè)備處于異常狀態(tài)，如不及時干預將導致保護停機。

報警信息包括：膠帶機輕跑偏（包括設(shè)備：Q-2、Q-4、B-1）、造球倉物料接近高低料位停車極限80%（包括：2#、4#、6#造球倉）、圓盤給料機設(shè)定值與皮帶秤實際測量值偏差大于設(shè)定值20%。

2、保護停車

設(shè)備在事故狀態(tài)下的一種停車保護，通過軟件功能自動實現(xiàn)，可最大程度的杜絕設(shè)備、生產(chǎn)和人員事故。在保護停車發(fā)生后，在OS操作界面事故設(shè)備上產(chǎn)生閃爍提示并顯示具體故障信息。

保護停車分兩種情況：單體設(shè)備保護和流程連鎖保護。

1）單體設(shè)備保護

該保護通過兩種方式實現(xiàn)：一種是通過電氣回路硬連鎖，一種通過軟件實現(xiàn)。目的是在設(shè)備發(fā)生事故時，能夠立刻使設(shè)備停車。

2）流程連鎖保護

在自動運行或連鎖手動運行的情況下，如果連鎖流程內(nèi)，工藝流下游設(shè)備停車，上游連鎖設(shè)備立刻保護停車，該保護是為了防止堆料事故發(fā)生。

保護停車發(fā)生后，設(shè)備將被鎖定，將故障排除后，需按界面“故障復位”按鈕，相應的故障指示消失后，設(shè)備才能正常操作。

3、急停操作

急停操作是生產(chǎn)緊急情況下，為了防止人員或設(shè)備事故，而采取的人為緊急干預操作。急停操作在主控室OS界面，為防止誤操作發(fā)生，“急停”按鈕設(shè)為二次確認操作方式。

急停操作必須將現(xiàn)場操作箱上的“本地/遠程”按鈕位于“遠程”位置，其具有最優(yōu)先級，在遠程任何控制方式下（遠程自動、遠程手動）均有效。

為靈活干預，分別設(shè)置造球流程和布料流程兩個“急停”按鈕，“急停”操作將使流程內(nèi)所有處于遠程控制狀態(tài)的設(shè)備停車。

五、操作界面

為操作人員方便觀察及操作，將造球流程和布料流程安排在同一幅界面，界面包括電氣和儀表全部監(jiān)控內(nèi)容。主要包括以下內(nèi)容：

1）所有設(shè)備運行狀態(tài)、報警、故障顯示

2）所有儀表測量值顯示

3）所有設(shè)備啟停操作、流程順啟/順停操作

4）所有設(shè)備儀控操作

5）急停操作

6）畫面上方顯示設(shè)備報警記錄

結(jié)束語

造球自動控制系統(tǒng)運行至今，設(shè)備運轉(zhuǎn)情況良好，實踐證明PLC控制系統(tǒng)在承德建龍豎爐造球系統(tǒng)中的應用有效地滿足了豎爐生產(chǎn)連續(xù)進行的可靠性要求，減少了操作工人的勞動強度，為工藝生產(chǎn)提供重要保證。

參考文獻：

1、王慶河，王鋒.DCS在球團豎爐中的應用[J].山東冶金.2003（S1）.

2、戰(zhàn)紅仁自動控制在冶金工業(yè)中應用的新動向[J].冶金自動化.2002，（05）：5-10.

3、李興旺.馬鋼球團廠的自動控制系統(tǒng)[J].燒結(jié)球團.2001（03）.

作者簡介：王晶晶（1984年01月09日），女，遼寧人，主要從事冶金自動化控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計和現(xiàn)場實施工作。

胡浩（1983年06月23日），男，遼寧人，主要從事冶金自動化控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計和現(xiàn)場實施工作。