高爐主皮帶除鐵裝置PLC控制改造

周國貞 丁劍鋒 徐化善

摘要：介紹韶鋼7號(hào)高爐主皮帶除鐵裝置PLC控制系統(tǒng)的改造實(shí)踐，從備件通用性、低改造成本的角度考慮，基于現(xiàn)有的備件庫存，充分挖掘技術(shù)潛力，通過重新設(shè)計(jì)控制程序，實(shí)現(xiàn)除鐵裝置功能最大化發(fā)揮，達(dá)到有效保護(hù)主皮帶的目的。

關(guān)鍵詞：除鐵裝置;PLC;控制;改造

韶鋼7號(hào)高爐采用皮帶供料方式，如果供料主皮帶被原料夾帶的鐵件劃傷或損壞，將會(huì)導(dǎo)致高爐斷料甚至停產(chǎn)等重大生產(chǎn)事故。除鐵裝置是用于檢除運(yùn)行中的皮帶上物料里夾雜的鐵件，防止皮帶被劃裂的一種設(shè)備。所以，為高爐上料主皮帶安裝除鐵裝置并確保對(duì)其進(jìn)行可靠、有效的控制是十分必要的。

原除鐵裝置控制系統(tǒng)存在的問題：原采用schneider小PLC控制，該設(shè)備使用多年后工作極不穩(wěn)定，經(jīng)常“死機(jī)”，造成高爐主皮帶缺乏實(shí)時(shí)可靠的安全防護(hù)，存在極大隱患。

基于和其它高爐區(qū)域PLC備件的通用性考慮，在現(xiàn)有備件庫存中選用從其它停產(chǎn)產(chǎn)線回收的SIMATIC模塊化微型PLC，型號(hào)為6ES7 313-6CF03-0AB0。該P(yáng)LC具有應(yīng)用靈活，與高爐工控系統(tǒng)有相同的通訊協(xié)議，方便納入同一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)，且易于操作、編程和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，可滿足中、小規(guī)模的性能要求，是一個(gè)低成本的解決方案。

除鐵裝置主要部件包括：金屬探測器、行走小車、電磁吸盤、棄鐵槽、程控柜等，自動(dòng)電控整流柜采PLC智能控制模塊，與探測器聯(lián)鎖使用，整體實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示：

PLC硬件選用SIMATIC S7-300系列6ES7 313-6CF03-0AB0，該模塊集成了CPU、通訊模塊和輸入輸出模塊，包括CPU313C-2DP、16個(gè)點(diǎn)的DI和16個(gè)點(diǎn)的DO。I/O地址的分配見下表：

實(shí)施時(shí)，首先做好線纜標(biāo)記，然后拆除原PLC，依次安裝新PLC導(dǎo)軌、電源模塊、CPU以及I/O模塊，通過PLC前連接器將I/O信號(hào)接線并連接到端子排，與原標(biāo)記好的信號(hào)線進(jìn)行對(duì)接。

各模塊安裝到位并接通電源之后，需進(jìn)行PLC硬件組態(tài)，即在STEP 7中生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同的組態(tài)，明確PLC輸入/輸出變量的地址，為設(shè)計(jì)程序打下基礎(chǔ)，硬件組態(tài)編譯后要下載到CPU，PLC將會(huì)檢查實(shí)際硬件和組態(tài)硬件的一致性，確?？捎行н\(yùn)行。

此次改造的難點(diǎn)是程序設(shè)計(jì)。原因是原使用的schneider PLC和改造選用的SIMATIC PLC使用完全不同的編程軟件和語言，且當(dāng)時(shí)schneider PLC程序沒有任何注釋難以理解和消化。所以只能通過除鐵裝置電氣控制原理圖和運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行PLC程序的倒推設(shè)計(jì)。

在編程語言的選擇方面，梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言，其與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，直觀易懂;順序功能圖就是針對(duì)順序控制系統(tǒng)的一種專門的設(shè)計(jì)方法，可提高設(shè)計(jì)的效率，對(duì)程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。此次改造，使用西門子編程軟件Step7 中的梯形圖LAD編寫組織塊程序OB1，用順序功能圖S7 Graph編寫除鐵控制子程序FB5。除鐵控制子程序FB5在組織塊OB1中被調(diào)用，CPU對(duì)組織塊程序OB1進(jìn)行循環(huán)掃描執(zhí)行，掃描周期為150ms。

經(jīng)梳理，程序主要控制流程如下：

在皮帶正常運(yùn)行時(shí)，若輸送的原料中夾雜有鐵件，那么當(dāng)鐵件隨皮帶通過金屬探測器時(shí)（見圖1系統(tǒng)示意圖），金屬探測器立即發(fā)出信號(hào)給程控柜，程控柜收到信號(hào)后便開始計(jì)時(shí)。經(jīng)過一定的時(shí)間鐵件隨物料經(jīng)過電磁吸盤下方時(shí)， PLC系統(tǒng)精確控制程控柜接通勵(lì)磁電源V2（注：V1>V2>V3>V4，V5為反向勵(lì)磁），從而將物料表面或夾雜在物料深層的鐵件和一些磁性物料同時(shí)吸起。行走小車拖動(dòng)電磁吸盤移出主皮帶，同時(shí)勵(lì)磁電壓由V2切換到V4，然后電磁吸盤在電動(dòng)小車的帶動(dòng)下運(yùn)行到中間平臺(tái)處，將吸起的物料通過勵(lì)磁斷電（V4斷，V5通）卸下。接下來，依據(jù)鐵件和磁礦性能的差異，電磁吸盤接通弱勵(lì)磁（V3）吸起鐵件送至棄鐵斗釋放（V3斷，V5通），從而將鐵件與礦物料分離。然后，電動(dòng)小車帶動(dòng)電磁吸盤返回中間平臺(tái)處，用強(qiáng)勵(lì)磁V1將平臺(tái)上留下的磁礦全部吸起，電動(dòng)小車帶動(dòng)電磁吸盤返回主皮帶上，放下物料，至此一個(gè)工作周期結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

如果電磁除鐵裝置在工作過程中，金屬探測器又探測到新的金屬信號(hào)，系統(tǒng)將通過接口與主皮帶PLC控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，提示皮帶停機(jī)。系統(tǒng)正在檢除鐵塊的原程序不變，直到該工作周期結(jié)束，系統(tǒng)將再次自動(dòng)啟動(dòng)，首先傳送信號(hào)給主皮帶開機(jī)，同時(shí)開始運(yùn)行第二個(gè)除鐵周期。

在初始參數(shù)設(shè)置方面，因金屬探測器距離電磁吸盤待機(jī)位8米，物料輸送皮帶運(yùn)行速度為2米/秒，則程序中初步設(shè)定延時(shí)3.5S接通電磁吸盤的勵(lì)磁。

部分程序如圖2所示。

參數(shù)進(jìn)一步的調(diào)整。PLC程序按流程梳理情況設(shè)計(jì)完成后，其中涉及到的延時(shí)接通勵(lì)磁的時(shí)間、順序功能圖步與步之間的轉(zhuǎn)換條件等參數(shù)還需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際反饋的情況來優(yōu)化調(diào)整，認(rèn)真跟蹤監(jiān)控、掌握規(guī)律，通過不斷測試找到最優(yōu)的控制參數(shù)，參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整以該裝置能自動(dòng)有效進(jìn)行除鐵工作為目標(biāo)。

經(jīng)過一段時(shí)間的程序和控制線路對(duì)接調(diào)試，除鐵器控制系統(tǒng)成功投入使用，多次自動(dòng)將物料中的鐵件檢除，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全達(dá)到了預(yù)期的功能要求，新PLC系統(tǒng)且具有對(duì)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、監(jiān)控方便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高爐上料主膠帶機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周國貞.煉鐵熱風(fēng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)冗余改造的實(shí)現(xiàn).科學(xué)與財(cái)富，2019年第11卷.

周國貞（1983-），男，壯族，廣西上林人，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)化與信息化;丁劍鋒（1981-），男，漢族，廣東省茂名市人，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化技術(shù)與應(yīng)用;徐化善（1973-），男，漢族，湖北省隨州市人，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化技術(shù)與應(yīng)用。