PLC控制系統(tǒng)在豎爐造球系統(tǒng)應(yīng)用

【摘 要】本文介紹了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在豎爐造球系統(tǒng)中的控制方法和具體應(yīng)用。介紹了承德建龍豎爐造球系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)中用西門子S7系列PLC作為控制核心，以STEP7來(lái)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行編程，利用PLC控制設(shè)備運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)自動(dòng)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(xì)磨物料，通過(guò)加入適量的水，并在造球機(jī)物理作用下，形成直徑大部分為10～16mm的球形生料，然后通過(guò)生球篩分機(jī)將合格的生料篩選出，將篩下碎料通過(guò)皮帶返回到造球倉(cāng)內(nèi)，最后通過(guò)位于豎爐頂部的梭式布料機(jī)，將生球均勻散布到豎爐內(nèi)的過(guò)程。

自動(dòng)化軟件配合硬件系統(tǒng)，完成整個(gè)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(jìn)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(dòng)作聯(lián)鎖可靠，人員干預(yù)及時(shí)，以及先進(jìn)的控制思想的引入運(yùn)用。

二、系統(tǒng)控制說(shuō)明

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有三種控制方式：本地操作、遠(yuǎn)程手動(dòng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)。

本地和遠(yuǎn)程操作通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作箱上的“本地/遠(yuǎn)程”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制。遠(yuǎn)程手動(dòng)、自動(dòng)操作通過(guò)主控室OS（操作員站）操作界面模擬開(kāi)關(guān)控制，遠(yuǎn)程操作方式必須在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上的選擇開(kāi)關(guān)位于“遠(yuǎn)程”位置時(shí)才能有效。

1、本地操作

本地操作是將操作箱上的“本地/遠(yuǎn)程”開(kāi)關(guān)打到“本地”位置，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟、停操作。本地操作時(shí)被控設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)完全脫離，設(shè)備的運(yùn)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(hù)期間，也應(yīng)用于在生產(chǎn)過(guò)程中由于設(shè)備故障導(dǎo)致控制系統(tǒng)保護(hù)停車時(shí)的緊急應(yīng)對(duì)。該方式由于脫離了自動(dòng)控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)及運(yùn)行預(yù)警，所以操作時(shí)要十分小心，防止出現(xiàn)人員和設(shè)備事故。

2、遠(yuǎn)程手動(dòng)

在主控室OS（操作員站）操作界面上對(duì)單體設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作的方式，該方式是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。在執(zhí)行該操作之前，必須將現(xiàn)場(chǎng)操作箱上的“本地/遠(yuǎn)程”開(kāi)關(guān)打到“遠(yuǎn)程”位置。

遠(yuǎn)程手動(dòng)分解鎖手動(dòng)和聯(lián)鎖手動(dòng)兩種方式。

1）解鎖手動(dòng)

將OS操作界面上將單體設(shè)備“手動(dòng)/自動(dòng)”開(kāi)關(guān)打到“手動(dòng)”，將“解鎖/聯(lián)鎖”開(kāi)關(guān)打到“解鎖”，然后對(duì)該設(shè)備進(jìn)行啟、停操作。

該操作與上下游設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無(wú)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(shí)保護(hù)有關(guān)。一般應(yīng)用于調(diào)試和設(shè)備維護(hù)，同時(shí)，在生產(chǎn)中對(duì)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(wú)聯(lián)鎖，所以在操作時(shí)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(dòng)

將OS操作界面上將單體設(shè)備“手動(dòng)/自動(dòng)”開(kāi)關(guān)打到“手動(dòng)”，將“解鎖/聯(lián)鎖”開(kāi)關(guān)打到“聯(lián)鎖”，然后對(duì)該設(shè)備進(jìn)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(shí)保護(hù)有關(guān)外，還與上下游設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)鎖。啟動(dòng)時(shí)，流程內(nèi)下游相鄰設(shè)備必須是“運(yùn)行”狀態(tài)；停止時(shí)，流程內(nèi)上游相鄰設(shè)備必須是“停止”狀態(tài)。

一般應(yīng)用于在“遠(yuǎn)程自動(dòng)”生產(chǎn)過(guò)程中，不停機(jī)狀態(tài)下，對(duì)某一特殊狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)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(yuǎn)程自動(dòng)”方式是已被停機(jī)保護(hù)，而設(shè)備故障本身未嚴(yán)重到必須停車處理，同時(shí)，生產(chǎn)現(xiàn)狀還需該設(shè)備運(yùn)行的情況。

3、遠(yuǎn)程自動(dòng)

正常生產(chǎn)時(shí)采用的操作方式，流程內(nèi)設(shè)備按照程序自動(dòng)順序啟、停，設(shè)備之間聯(lián)鎖保護(hù)，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(gè)流程：造球流程和布料流程。以Q-2膠帶機(jī)以上為造球流程，Q-2膠帶機(jī)以下（包含）為布料流程。

三、控制流程設(shè)置

1、流程啟動(dòng)

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

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

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

造球機(jī)按QQX傳動(dòng)號(hào)由小到大延時(shí)5秒順序啟動(dòng)（延時(shí)5s）——皮帶秤按QCX傳動(dòng)號(hào)由小到大延時(shí)5秒順序啟動(dòng)（延時(shí)5s）——圓盤給料機(jī)按QYX傳動(dòng)號(hào)由小到大延時(shí)5秒順序啟動(dòng)，被選造球倉(cāng)相關(guān)主流程設(shè)備包括被選倉(cāng)的圓盤給料機(jī)、皮帶秤、造球機(jī)，被選倉(cāng)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(cāng)相關(guān)主流程設(shè)備停車時(shí)序如下：

圓盤給料機(jī)按QYX傳動(dòng)號(hào)由大到小延時(shí)5秒順序停止（延時(shí)5s）——皮帶秤按QCX傳動(dòng)號(hào)由大到小延時(shí)5秒順序停止（延時(shí)5s）——造球機(jī)按QQX傳動(dòng)號(hào)由大到小延時(shí)順序停止（造球機(jī)停止延時(shí)時(shí)間根據(jù)其放空時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)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(shí)序如下：

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

四、事故管理

事故管理分為報(bào)警、保護(hù)停機(jī)、急停操作。

1、報(bào)警

報(bào)警由PLC自動(dòng)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(bào)警信息，崗位根據(jù)信息內(nèi)容采取必要規(guī)避措施。報(bào)警不停車，反映設(shè)備處于異常狀態(tài)，如不及時(shí)干預(yù)將導(dǎo)致保護(hù)停機(jī)。

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

2、保護(hù)停車

設(shè)備在事故狀態(tài)下的一種停車保護(hù)，通過(guò)軟件功能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可最大程度的杜絕設(shè)備、生產(chǎn)和人員事故。在保護(hù)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(hù)停車分兩種情況：?jiǎn)误w設(shè)備保護(hù)和流程連鎖保護(hù)。

1）單體設(shè)備保護(hù)

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

2）流程連鎖保護(hù)

在自動(dòng)運(yùn)行或連鎖手動(dòng)運(yùn)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(hù)停車，該保護(hù)是為了防止堆料事故發(fā)生。

保護(hù)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(fù)位”按鈕，相應(yīng)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(yù)操作。急停操作在主控室OS界面，為防止誤操作發(fā)生，“急?！卑粹o設(shè)為二次確認(rèn)操作方式。

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

為靈活干預(yù)，分別設(shè)置造球流程和布料流程兩個(gè)“急停”按鈕，“急停”操作將使流程內(nèi)所有處于遠(yuǎn)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(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警、故障顯示

2）所有儀表測(cè)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(bào)警記錄

結(jié)束語(yǔ)

造球自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行至今，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，實(shí)踐證明PLC控制系統(tǒng)在承德建龍豎爐造球系統(tǒng)中的應(yīng)用有效地滿足了豎爐生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行的可靠性要求，減少了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為工藝生產(chǎn)提供重要保證。

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

作者簡(jiǎn)介：王晶晶（1984年01月09日），女，遼寧人，主要從事冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施工作。

胡浩（1983年06月23日），男，遼寧人，主要從事冶金自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施工作。