施耐德PLC在鋼鐵冶煉中的應(yīng)用

李兵

摘要：施耐德PLC是一種緊湊型可編程控制器，在目前生產(chǎn)和辦公中主要用于各種設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅具有其體積小、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)大、通訊豐富、編程軟件豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且具有很高的性價(jià)比。

關(guān)鍵詞：PLC；鋼鐵冶煉；應(yīng)用

前言

高爐加料裝置是生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。提高其自動(dòng)化水平可以大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，準(zhǔn)確的原料配比可以提高熱金屬的質(zhì)量。新型1#3200m3高爐于2012年投產(chǎn)，礦槽頂裝料系統(tǒng)由施耐德坤騰系列PLC設(shè)計(jì)。工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭等原料的自動(dòng)稱重，以及對(duì)鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭等原料的自動(dòng)稱重。并完成稱重誤差的自動(dòng)補(bǔ)償；每個(gè)閥的自動(dòng)開(kāi)關(guān)在爐、自動(dòng)設(shè)置角α，β，γ，探針和其他輔助設(shè)備的自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和聯(lián)鎖控制。該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。

1 雙冗余電源的使用

每個(gè)施耐德PLC背板都有一個(gè)電源模塊。電源模塊有兩個(gè)功能為系統(tǒng)背板供電，保護(hù)系統(tǒng)免受噪聲和額定電壓擺幅的影響。所有電源模塊都具有過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)功能。電源模塊將輸入電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的+5VDC，由CPU，本地I/O和安裝在背板上的任何通信模塊使用。但是，不能通過(guò)這些電源模塊提供現(xiàn)場(chǎng)傳感器/執(zhí)行器和I/O點(diǎn)之間的電能。

在最初的設(shè)計(jì)中，在每個(gè)籃板的第一個(gè)插槽中安裝了一個(gè)CPS電源模塊。然而，在實(shí)際工作過(guò)程中，發(fā)生了CPS損壞。當(dāng)CPS不能供電時(shí)，整個(gè)籃板上的模塊就不能工作?；蛘呋逯虚g的內(nèi)部電路損壞，使插座遠(yuǎn)離CPS模塊無(wú)法獲得電源，插座上的模塊不能正常工作，所有這些都有很大的安全隱患。

為了優(yōu)化CPS電源，在每個(gè)背板上安裝兩個(gè)CPS冗余電源模塊，即在每個(gè)模塊的第一槽和最后槽安裝CPS冗余電源。當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，正常電源將保持所需的功率，從而影響背板處理和主動(dòng)通信部門(mén)。當(dāng)背板中部發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，兩端的冗余電源模塊可以作為獨(dú)立電源使用，背板上殘槽上的模塊可以正常工作。每個(gè)冗余電源都有一個(gè)狀態(tài)位，可以由CPU中的應(yīng)用程序或監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源故障的快速響應(yīng)。

這樣，使用冗余電源將大大減少由PLC控制系統(tǒng)引起的電源故障，使損耗降到最低。

2 I/O框架的優(yōu)化

施耐德PLC提供了一系列靈活的體系架構(gòu)，可確保無(wú)論在何種配置下，均能獲得成本適度且高性能的控制解決方案。其提供了三種主要體系結(jié)構(gòu)：本地I/O、遠(yuǎn)程I/O（RIO）和分布式I/O（DIO）。RIO電纜系統(tǒng)包括一個(gè)線性干線，用分支器和引入電纜延伸到每個(gè)遠(yuǎn)程子站。

初步設(shè)計(jì)采用了里約同軸電纜系統(tǒng)。主站與子站之間的通信是以同軸電纜為基礎(chǔ)的。它由CRP93100主通信模塊和CR93200分站適配器組成。它的特點(diǎn)是可以通過(guò)使用分支和系統(tǒng)分隔符來(lái)創(chuàng)建不同的RIO布局。在最初的使用中，常發(fā)現(xiàn)同軸電纜接頭松動(dòng)或支路損壞，尤其是同軸電纜接頭松動(dòng)或金屬線氧化，嚴(yán)重影響了主站與子站之間的正常通信，造成PLC系統(tǒng)的不可控性。

雙絞線較之同軸電纜，其特點(diǎn)是：

①無(wú)屏蔽外套，直徑小，節(jié)省所占用的空間。

②重量輕，易彎曲，易安裝。

③將串?dāng)_減至最小或加以消除。

④具有阻燃性。

⑤具有獨(dú)立性和靈活性，適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線。

最重要的是，在雙絞線電纜中使用的RJ45晶體頭比同軸電纜連接器更不容易損壞，并且金屬氧化現(xiàn)象會(huì)減少。雙絞線連接，與同軸電纜相比，接頭前不易松動(dòng)。

如此一來(lái)，雙絞線方案的運(yùn)用會(huì)大大減少主站與子站斷通訊的情況，保障生產(chǎn)。

3 I/O地址的合理分配

PLC系統(tǒng)中有大量的模擬I/O和數(shù)字I/O點(diǎn)。這些都是正常運(yùn)行時(shí)運(yùn)營(yíng)商所關(guān)心的問(wèn)題。并將一些重要部件作為聯(lián)鎖條件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)聯(lián)鎖。在最初的編程中，所有的I/O地址都是按照程序員定義的順序分布的，沒(méi)有向特定的I/O地址提供特殊的位置。因此，當(dāng)鏈條件需要多個(gè)不確定的選擇點(diǎn)（如溫度53、振動(dòng)32等）時(shí)，這些I/O點(diǎn)在同一個(gè)I/O模塊上。通過(guò)這種方式，如果I/O模塊損壞，這些I/O點(diǎn)不能通過(guò)該模塊進(jìn)入CPU，CPU會(huì)自動(dòng)認(rèn)為I/O點(diǎn)沒(méi)有響應(yīng)（將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為0，模擬量到-32767），這可能會(huì)導(dǎo)致程序以滿足聯(lián)鎖條件和采取行動(dòng)，導(dǎo)致主要設(shè)備生產(chǎn)事故。

在原程序的基礎(chǔ)上，可以調(diào)整I/O地址的位置。連接條件所需的多個(gè)I/O點(diǎn)可以設(shè)置在不同的I/O模塊上。例如：風(fēng)機(jī)的四個(gè)軸承殼溫度，當(dāng)四個(gè)溫度有三個(gè)或三個(gè)以上的溫度降下來(lái)時(shí)，四個(gè)I/O地址分別設(shè)置在四個(gè)模擬I/O模塊上的溫度，會(huì)防止作為模擬I/O模塊之一的損壞，造成異常的溫度顯示，但實(shí)際上并非如此，連鎖行動(dòng)計(jì)劃。

經(jīng)過(guò)對(duì)連鎖條件中I/O地址位置的調(diào)整，就避免了引誤信號(hào)或者模塊的損壞引起的連鎖動(dòng)作。

4 控制功能

施耐德PLC在高爐上料系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)如下功能：

1）實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)、焦炭等入爐原料的自動(dòng)稱量，并完成稱量誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。

2）實(shí)現(xiàn)槽筒倉(cāng)的自動(dòng)控制，振動(dòng)篩，稱重斗，皮帶機(jī)、布多莉和分隔符，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)材料制備和放電，和運(yùn)輸帶的原材料進(jìn)料罐，卸料槽，并分布到爐體、聯(lián)鎖控制閥體開(kāi)關(guān)的過(guò)程。

3）可使用監(jiān)控畫(huà)面對(duì)上料系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行軟件手/自動(dòng)切換及手動(dòng)啟停設(shè)備，進(jìn)行料單設(shè)定及更改等。

4）對(duì)裝料超時(shí)、放料超時(shí)、超滿及設(shè)備運(yùn)行故障等情況在“工藝流程頁(yè)面”進(jìn)行報(bào)警顯示。

5 應(yīng)用效果

施耐德昆騰PLC控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于高爐工業(yè)企業(yè)。在北營(yíng)公司煉鐵廠兩年的運(yùn)行中，只有外部設(shè)備的機(jī)電接口出現(xiàn)輕微故障，其他運(yùn)行平穩(wěn)正常。裝料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合高爐生產(chǎn)工藝要求，應(yīng)用效果良好，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）PLC系統(tǒng)程序采用雙機(jī)熱備，并采用UPS供電，保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，有效地減少故障停機(jī)時(shí)間。

2）當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控畫(huà)面將以警示色提醒用戶，以便操作工及時(shí)處理。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地將歷史數(shù)據(jù)記錄在上位機(jī)中，對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)很方便。

3）施耐德PLC的I/O模塊及通訊模塊支持“熱更換”，維護(hù)簡(jiǎn)便，并增強(qiáng)系統(tǒng)可用性。

4）上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，并提供良好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)分布處理與集中管理一體化，而且系統(tǒng)故障率低，可靠性高，操作簡(jiǎn)便，控制功能和精度完全能滿足生產(chǎn)工藝要求。

5）施耐德PLC控制的上料系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，程序控制較嚴(yán)密，保證了北營(yíng)公司高爐的安全生產(chǎn)順行。

6 結(jié)語(yǔ)

介紹了施耐德量子系列PLC在煉鐵廠高爐負(fù)荷控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。用戶可以通過(guò)修改物料清單設(shè)置屏幕來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)和焦炭的配料參數(shù)。該設(shè)置和更改，并顯示加載過(guò)程所需的數(shù)據(jù)，操作靈活方便。系統(tǒng)投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，可靠性高。充分滿足高爐負(fù)荷控制的自動(dòng)化生產(chǎn)要求，為高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)和高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：本鋼集團(tuán)有限公司北營(yíng)煉鐵廠）