西門子PLC技術(shù)在燒結(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

遲海燕　馬海良

前言

燒結(jié)作為高爐冶煉最主要的原料，對(duì)高爐的生產(chǎn)質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用，在鋼鐵的生產(chǎn)過程中，燒結(jié)是最重要的環(huán)節(jié)，主要包括配料、燒結(jié)和成品等幾大系統(tǒng)組成。電氣、儀表和計(jì)算機(jī)三大控制系統(tǒng)全程自動(dòng)化控制燒結(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三電一體化的控制過程。通過對(duì)西門子PLC技術(shù)在燒結(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行具體的分析，提高控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

一、概況

燒結(jié)機(jī)來源于某公司生產(chǎn)的180m?2燒結(jié)機(jī)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)由本公司設(shè)計(jì)和調(diào)試，完成了配料、燒結(jié)和篩分過程的自動(dòng)化控制，自動(dòng)化程度較高，符合生產(chǎn)的要求，并為公司的生產(chǎn)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

二、硬件組成

選用SIEMENS S7-400構(gòu)成燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)硬件控制的核心部分，選用414-2DP CPU。各子站和主站的連接通過連接完成自動(dòng)化控制，運(yùn)用CP443-1通訊模板。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要求，該自動(dòng)化系統(tǒng)的配置方式選用遠(yuǎn)程站，具有較高的穩(wěn)定性，能夠在投入生產(chǎn)中節(jié)約成本，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。使用西門子公司生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)配置和網(wǎng)絡(luò)通訊

燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)通過Profibus的現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行分布控制，將設(shè)備的控制層降低到最底層，監(jiān)管和控制設(shè)備的正常運(yùn)行。在第二層屬于監(jiān)控層，主要對(duì)燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施的監(jiān)控，了解生產(chǎn)的狀況，并隨時(shí)對(duì)生產(chǎn)發(fā)出指令。燒結(jié)的配料、篩分系統(tǒng)的控制通過光纖以太網(wǎng)實(shí)施監(jiān)管，從而有效地維持了通訊的穩(wěn)定程度。在主控制室，設(shè)置人員的監(jiān)控站，接受和傳達(dá)生產(chǎn)的任務(wù)和指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)系統(tǒng)的全程自動(dòng)化。

四、功能實(shí)現(xiàn)

（一）配料自動(dòng)上料系統(tǒng)。配料上料自動(dòng)系統(tǒng)中，根據(jù)原料重量比對(duì)原料配料進(jìn)行控制，其中包含著的給料裝置、稱量裝置等設(shè)備。各種原料的化學(xué)成分的配比由專業(yè)的操作人員通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)物料的流量進(jìn)行稱量，顯示的數(shù)量轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA的信號(hào)輸入，傳遞到功能模塊進(jìn)行操控。與預(yù)設(shè)定的數(shù)值做出比較，使用STEP7進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)和計(jì)算，最后通過Profibus-DP總線將控制字進(jìn)行傳遞，最終傳給變頻器。變頻器得到正確的信號(hào)后對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電壓和效率進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣在生產(chǎn)的過程中避免出現(xiàn)給料量的誤差，且只能在預(yù)設(shè)定的數(shù)值上下出現(xiàn)輕微的波動(dòng)，從而對(duì)配料進(jìn)行全自動(dòng)化的控制。

例如GΣ為給料量的總數(shù)值，A原料為給料設(shè)定值的比例，G原料設(shè)定為給料的標(biāo)準(zhǔn)值，那么，

G原料=GΣ*A原料 ①

偏差P計(jì)算：

P=|G原料-瞬時(shí)值| ②

比較P和GAIN，如果P值不超過GAIN，不再調(diào)節(jié)給料量，如果P超過GAIN，則按照規(guī)定的預(yù)設(shè)值調(diào)節(jié)給料量，讓原料的總量在（G原料±GAIN）左右波動(dòng)。

（二）混合料加水控制系統(tǒng)。配料后的原料要經(jīng)過三次的混合，且每次的混合都要加入一定量的水分，這樣可以有效地保障燒結(jié)的順利進(jìn)行，并保持燒結(jié)具有良好的透氣性，從而達(dá)到生產(chǎn)質(zhì)量的要求和水平。在第一次混料中加水的量要與原先設(shè)定的數(shù)值一樣，原料的含水量決定的預(yù)設(shè)定的加水量的數(shù)值。第二次混合加水量也要與第一次的加水量保持一致，也是有利于燒結(jié)具有良好的透氣性。第一次加水量的控制按照原先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，按照PID控制二次混料的加水量。并對(duì)加水量的預(yù)設(shè)值計(jì)算好，作為目標(biāo)的加水量。根據(jù)原料測(cè)定的含水量再將設(shè)定的目標(biāo)含水量之間進(jìn)行對(duì)比，找出其中的差距，最后根據(jù)實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而保障燒結(jié)的含水量。

（三）燒結(jié)終點(diǎn)自動(dòng)控制系。燃燒點(diǎn)的位置是燒結(jié)機(jī)尾幾個(gè)風(fēng)箱里的廢氣溫度函數(shù)，這樣設(shè)置的目的是為了能夠精確燃透點(diǎn)的具體位置，保障到機(jī)尾時(shí)燃料正好燃燒完畢。根據(jù)燒透點(diǎn)的位置應(yīng)用計(jì)算機(jī)定位燒結(jié)機(jī)的速度，讓燒透點(diǎn)靠近機(jī)尾的位置。從而充分的利用了抽風(fēng)機(jī)的面積，提高了生產(chǎn)的質(zhì)量?？梢栽O(shè)接近機(jī)尾位置的三個(gè)抽風(fēng)機(jī)分別為16號(hào)、17號(hào)和18號(hào)風(fēng)向，其對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)為G1、G2和G3，溫度對(duì)應(yīng)設(shè)置為T1、T2和T3，則透點(diǎn)公式為：G0=（T2-T1）/[（T2-T1）+（T2-T3）]-0.5操作人員使用透點(diǎn)公式進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)ε_(tái)車的轉(zhuǎn)速能夠熟練的掌握，有效保障生產(chǎn)的效率。

（四）控制操作。全廠設(shè)備的自動(dòng)化通過中央控制室控制，其中主要包括以下的操作控制：（1）能夠快速的控制設(shè)備單一停止啟動(dòng)。對(duì)單體設(shè)備進(jìn)行控制可以選擇單?；蛘邌纹鸬陌粹o進(jìn)行操作，完成工作的命令。（2）聯(lián)起聯(lián)?？刂?。有時(shí)在工作中會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的操作，這時(shí)可以運(yùn)用設(shè)備上的聯(lián)合開關(guān)按鈕，點(diǎn)擊畫面上的按鈕，就可以將設(shè)備按照自動(dòng)化的順序進(jìn)行聯(lián)?；蛘呗?lián)起。如果在操作中使用聯(lián)停按鈕時(shí)，設(shè)備會(huì)按照自動(dòng)化的順序排料后自動(dòng)停止。燒結(jié)設(shè)備的皮帶較多，且相互之間的出現(xiàn)比較密切的聯(lián)系，因此可以使用調(diào)停功能。在下游設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以啟動(dòng)調(diào)停功能對(duì)上游的設(shè)備進(jìn)行停止。這樣既可以對(duì)下游的設(shè)備進(jìn)行檢修，又能夠保障上游設(shè)備的安全，避免皮帶的損毀。在事故時(shí)，可以使用急停按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的立即停止，防止出現(xiàn)較大的危險(xiǎn)和事故而損害設(shè)備。

（五）顯示功能。用圖形時(shí)顯示皮帶的傳輸信號(hào)情況以及各PLC 站的運(yùn)行狀況。為了使設(shè)備的控制更加的直觀，可以將信號(hào)設(shè)備旁邊做成顯示器，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況、故障的發(fā)生情況等進(jìn)行直觀的顯示，這樣也有利于直觀的了解燒結(jié)的運(yùn)行狀況以及具體的操作工序，對(duì)燒結(jié)風(fēng)箱溫度和環(huán)境狀況進(jìn)行直觀的了解，從而將溫度和氣壓進(jìn)行有效的對(duì)比。

（六）報(bào)警功能。對(duì)于模擬量如氣壓、溫度或者流量等高于或者低于設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)報(bào)警系統(tǒng)可以發(fā)出報(bào)警，并對(duì)報(bào)警的情況進(jìn)行記錄。例如某一個(gè)設(shè)備停車時(shí)可以將停車的原因進(jìn)行記錄，記錄故障的原因，進(jìn)行故障排除和故障的檢修。電機(jī)設(shè)備的軸承溫度超過120度時(shí)可以通過報(bào)警功能進(jìn)行報(bào)警處理。

總結(jié)

西門子PLC技術(shù)在燒結(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有效地提高了系統(tǒng)自動(dòng)化的程度，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，符合生產(chǎn)的要求，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率和正確性顯著地提高，對(duì)配料的跟蹤。燒結(jié)的溫度和壓力等各方面進(jìn)行有效的控制，保障了生產(chǎn)的質(zhì)量合水平。自動(dòng)化程度的提高有效的節(jié)約了人力和物力，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，保障燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)的完整運(yùn)行。

（作者單位：1.包頭鋼鐵（集團(tuán)）公司煉鐵廠；2.包頭鋼鐵（集團(tuán)公司）薄板坯連鑄連軋廠）

作者簡(jiǎn)介

遲海燕，（1977.2--）女，漢族，內(nèi)蒙古包頭人，包頭鋼鐵（集團(tuán)公司）煉鐵廠，工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化控制.

馬海良：（1980.1-）男，漢族，內(nèi)蒙古包頭人，包頭鋼鐵（集團(tuán)公司）薄板坯連鑄連軋廠，工程師，研究方向：控制工程.