基于PLC 控制的高爐自動化上料系統(tǒng)的應用與分析

李思遠

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

在高爐的日常生產過程當中，最重要的一個部分就是上料系統(tǒng)，主要是對供料的補充，篩分以及運送等工作。而篩選部分當中，最主要的就是對高爐需要的礦料做出篩選，將合適的部分通過運送送到高爐中進行煉制。使用單片機可以改變高爐料單相關物料參數設定，有效數據能夠清晰顯示出來。

1 工藝流程

圖1 高爐上料系統(tǒng)示意圖

高爐冶煉工藝流程中將預先準備好的物料，投放到設備中，高爐上料機內部結構如圖1 所示：概括來講，高爐自動化上料系統(tǒng)包括了燒結礦倉、球團礦倉構成，這兩個部分通過振動作用經過雜礦倉的給料機之后，按照事先所配備好的料單，比如說焦炭和燒結礦等物料送入道稱量的料斗中，然后再進行放料，通過傳送皮帶，將這些物料全部送到稱量漏斗中。除此之外，焦炭倉的下面都有一臺振動篩，但是中間沒有放置稱量漏斗，它是通過振動篩的輔助作用，送到專門設置的焦炭稱量漏斗之中。大多數的情況下，地坑一個有四個稱量斗，分別是左右兩個礦焦。等到物料到達之后，空頭就會將物料放入倒料車，物料裝滿之后就會啟動。兩臺料車分別按照相關的生產要求進行槽下物料運輸，最終通過料車卷揚機將不同的物料上升到高爐的頂部，在將所有的物料一一分布到不同的爐內。

2 高爐自動上料系統(tǒng)的PLC的組成

2.1 自動化控制的硬件設計

針對上文提到的高爐上料工藝流程，將國內和國外的大型鋼廠使用的高爐自動上料系統(tǒng)進行了對比研究。在單片機控制下對高爐自動上料系統(tǒng)進行深入研究，對上料系統(tǒng)的硬件設備進行優(yōu)化。450m3高爐基礎自動上料系統(tǒng)可導入13 個模擬量、72 個數字、115 個數字量傳出。要使得自動化控制系統(tǒng)所采集的數據能夠滿足使用要求，主機架被單片機所控制，采用西門子Wincc 組態(tài)監(jiān)視軟件和S7－300 卡件控制上料進程。

單片機可以對中央機架進行有效控制。礦石漏斗是高爐供料系統(tǒng)一個重要部分，有專屬的稱重設備稱量焦炭坑斗和坑斗中物料重量，同時可以及時將數據傳送出去。而高爐上料工作過程中供電裝置和設備的變頻設置可以輔助完成上料，電機主動軸可加設一個測速裝置，旋轉編碼器以及能夠進行發(fā)出指令的控制臺。爐鼎內的物料裝置利用了變頻器做出操作，而對于單環(huán)以及多環(huán)的物料供應，大多數都是通過PLC 系統(tǒng)來進行完成。通過PLC 進行控制的硬件系統(tǒng)是現在最常見的，而且它能夠滿足高爐自動化操控系統(tǒng)以及運行的全部條件，是當前應用的最多的自動化控制系統(tǒng)。

2.2 軟件部分

2.2.1 控制軟件

（1）上位工控機。在這一部分，它能夠對高爐上料的全部過程很好地進行展示，不僅能夠交替性的對流程做出記錄，還能夠保證高爐上料過程中的穩(wěn)定。除此之外，它還能夠對配料的稱重名稱以及標準的參數等進行輸入，確保整個上料系統(tǒng)能夠按照相關的設計方式來進行執(zhí)行。上位工控機可以對高爐之中的所有參數進行詳細記錄，而且還能夠做好保存，為后續(xù)高爐的持續(xù)維護和保養(yǎng)奠定了基礎。

（2）CPUS－315－2DP 單元，它能夠對系統(tǒng)中發(fā)出重要的信號做出采集數據，進行計算和控制，從而實現高爐進行自動上料的自動控制，讓系統(tǒng)有一個很好的操作性。

（3）模擬量輸入單元，通過將模擬信號進行詳細處理后，將電流轉變成為二進制的詳細數據，能夠讓相關系統(tǒng)進行識別的一種數據線，將不存在的功能進行補償等，這樣可以將爐頂的溫度，熱風溫度以及爐頂具備的壓力形成信號發(fā)出。

（4）對開關量的輸入輸出單元。能夠完成對開關信號的收集，為開關量的輸入模塊奠定了基礎?？梢钥刂聘郀t上料系統(tǒng)所有開關，保證系統(tǒng)能夠持續(xù)良好運行，確保了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2.2.2 監(jiān)控軟件

（1）上料的控制和監(jiān)控畫面都需要進行全自動以及手動兩種模式，這樣可以在需要的時候，進修手動操控，將上料過程進行停止。

（2）監(jiān)控軟件中加設一項料單選項，目的是為了達到礦物冶煉的實際需求，依照現實的生產情況，設定符合標準的料單，冶煉高爐有足夠料單后，高爐自動上料系統(tǒng)運行能夠達到較高的安全等級。

（3）稱量情況畫面，主要是在稱量的全部過程中進行實時監(jiān)控，通過各種基本狀況的畫面，可以對物料的料單以及各種數值的確定做出顯示，讓相關的技術人員能夠獲得較為準確的數據參數，同時，保障高爐運轉過程中的有效性和安全性。除此之外，通過對稱量情況的畫面顯示，能夠將具體的數值進行修改，保證稱量的結果更加準確。

（4）測試畫面，主要是在控制系統(tǒng)還沒有完全進入工作狀態(tài)之前，對系統(tǒng)的完整性和功能性做出測試，這是將過去人工測試的應用完全取代的一個途徑，能夠讓高爐自動上料控制系統(tǒng)在實際應用過程中得到更好的保障。

（5）自動控制網絡，通過對物聯網，傳感器等內容的查驗，將高爐中所有用到的儀表設備做出連接，保證儀表中顯示的數據能夠很好地做出采集，并且將數據完整地傳到工控機上，相關的數據要在數據庫當中進行存儲，確保以后需要查詢時能夠更加方便，從而也為高爐穩(wěn)定運行的相關參數做出一個保障。

3 高爐自動上料系統(tǒng)的PLC的具體設計

3.1 稱量控制

（1）礦石稱量斗。在收到排尿的指令之后，礦石稱量斗就會根據指令自動打開匣門，并且將物料排出。再撐兩支，沒有達到控制值的5%時，相關的系統(tǒng)就會根據已經監(jiān)測到的信息做出料空的信號，同時關閉閥門。對應要做的就是料機和振動篩選就會運行，直到稱量的數值再次達到即定控制數值為止。同樣的，如果稱量的值超過了控制值的10%，系統(tǒng)就會發(fā)出報警的信號。與此同時，給料機和振動篩在啟動的五秒之后，沒有傳出斗滿的信號，那么就出現了卡料問題。當然，這樣的情況也會產生警報，讓相關的管控人員進行問題處理。

（2）中間稱量斗。其在高爐當中運行的控制方法有以下的幾種運料形式：①燒結礦振動篩進行供料。如果中間的稱量斗有顯示是空的信號，閘門就會進行自動關閉，在系統(tǒng)的相關設置完成之后，會下達出燒結篩運轉的指令，稱量值完全達到即定控制值之后，燒結篩就會停止運行。同樣的，如果稱量值超過了控制值的10%，同樣系統(tǒng)會產生警報。如果依然在振動篩啟動的五秒之內，會發(fā)出斗滿的信號，就說明出現了卡料問題，依然會給相關的管控人員發(fā)出警告。②皮帶機供料。中間稱量斗的信號，如果是空，閘門和朝下翻板就會自動進行關閉和翻整，然后會對皮帶進行運行指令下達，直到稱量斗完全裝滿為止，這時皮帶機就會收到控制系統(tǒng)的停止信號。③將振動篩和皮帶機聯合進行應用來提供物料。具體的控制運作流程和上面的兩個供料方式是同樣的。

（3）焦炭稱量。焦炭稱量和中間稱量斗的工作流程是完全相同的。只不過中間稱量斗換為了焦炭稱量斗，其他的工作流程以及相關的數值表達是同樣的，并沒有什么變化。但值得注意的是，只要出現了卡料狀況，就需要及時的發(fā)出警報告訴相關工作人員進行及時的處理。

3.2 卷揚機爐頂自動化

卷揚機的工作負荷較大，通常都是多臺電機來對它進行帶動工作，卷揚機還要通過它給料的順序來進行自動化的控制；在進行設備安全的保證工作時，還要加強聯鎖控制，當料車到坑底時，系統(tǒng)會通過自身的檢測來發(fā)出信號告知，再然后就會根據流程來選倉，這時，閘門是開啟的，到閘門關閉時，系統(tǒng)就會按照收到的信息自動下達指令，物料運輸的過程當中，首車物料在到達密封閥的時候，就需要對它的密封狀況進行詳細的檢查，確定滿足相關的要求規(guī)定之后才允許按照指令繼續(xù)前行，否則就需要做出詳細的調整和問題處理。所有物料填滿，并且達到了相關的預期標準之后，要將泄壓工作進行提前準備，整個裝調工作結束之后，就可以將所有相關的閥門進行關閉。

3.3 上料監(jiān)控

在進行高爐上料PLC.自動化控制系統(tǒng)的過程中，要加強對這個上料過程的監(jiān)督和管理，要時刻對物料和設備等進行檢測，避免發(fā)生質量問題，要通過對既定參數和標準參數進行比較，要加強對上料過程的關注，要善于發(fā)現問題，并及時解決，例如，要注意焦炭稱量值、皮帶運輸機的運行、料倉出料和存料等情況，確保整個上料過程能夠順利進行。

4 結語

綜上所述，在單片機控制下高爐自動上料系統(tǒng)能夠達到冶煉廠的上料需求，根據訂單要求，系統(tǒng)增加了定制功能。因高爐建成的時間有所差異，上料自動控制系統(tǒng)在功能上和設計理念上需要不斷更新。在冶煉廠實際生產過程中不斷進行探索，持續(xù)完善上料系統(tǒng)的各項功能，為首鋼高爐生產提供有利保障。