西門子PLC在燒結配料監控系統中的應用

摘要 本文著重介紹了S7-300PLC在某鋼廠燒結配料監控系統的設計方案，不但成功的利用PLC取代了流量顯示積算儀，同時還實現了配料系統的自動控制。經過一段時間的現場實踐，證明這套系統是可靠實用的。

1、引言

隨著鋼鐵企業的不斷發展壯大，燒結礦作為高爐的重要原料之一，其生產控制系統也受到了更多的關注。傳統燒結工藝中主要依靠工作經驗進行調節，存在以下幾方面的問題：：1.過分依靠配料工經驗，配料工要熟知各個圓盤每變化1Hz頻率所對應的各秤的流量變化應為多少，若配料工經驗不足，就會延長調節時間；2.調節不及時，圓盤下料始終為給定頻率，若料重發生變化，就會使各秤之間配比發生變化；3.配料工半個小時跑盤一次，工作量較大。4.由于物料的粉塵污染較嚴重，嚴重影響工人的身體健康。近幾年來，工業過程自動化程度越來越高及人們對環保意識的增強，PLC技術以其優異的性能，在國內外得以廣泛應用。文中重點介紹PLC技術在某鋼廠燒結配料系統中的應用。

2、系統工藝流程及系統控制要求

2.1工藝流程

我廠燒結配料系統主要由工業控制計算機（含組態軟件）、控制系統（內含PLC等）、變頻器、現場操作盤、皮帶秤和圓盤給料機等組成。生產的燒結礦由多種不同物料進行配比燒結而成，料倉中物料分別通過各自的圓盤給料機、并由電子配料皮帶秤計量后輸入總輸送帶，再由總輸送帶將混合料送入料倉。

2.2控制要求：

1、用PLC代替二次表顯示；

2、實現真正的自動配料。

3、控制系統構成
根據如上所述控制要求，本系統采用西門子公司S7-300系列PLC，具體系統配置如下：
1、DELL工業控制計算機（IPC），采用Pentium Ⅳ處理器，3.40GHz主頻，1G內存，160G硬盤，cp5611卡；
2、PLC硬件配置如下：

電源模塊，中央處理器CPU模塊，2塊16點數字量輸入模塊，1塊32點數字量輸出模塊，2塊8點模擬量輸入模塊和2塊4點模擬量輸出模塊

4、主要功能及控制策略

在本系統中，上位機用WINCC6.0組態軟件，下位機用STEP7V5.4編程實現。下面詳細介紹這兩部分的功能及組態。

4.1 PLC編程

STEP7軟件一般有多種編程方式，本文中采用的是梯形圖和語句表相結合編程方式。程序實現功能有：

4.1.1監視系統功能的實現

要用計算機代替流量積算儀，必須了解流量積算儀的工作原理。其原理為皮帶上連續通過的物料量由稱重傳感器轉換成毫伏級電壓信號，經放大及A/D轉換成數字量后送入微處理機；由測速電機送來的速度信號也送入微處理機，由微處理機對這兩個信號進行處理，最后通過顯示器顯示出通過皮帶秤的物料的累計量和瞬時流量，那么這些功能通過PLC都是能夠實現的。

1、顯示瞬時流量

一般的流量積算儀都可以為稱重傳感器正常工作提供7-11V橋壓，本系統采用可調24VDC電源提供10V橋壓。

PLC系統選用西門子公司生產的S7-300系列。通常的PLC模塊只能接收標準電壓電流信號， 而S7-300系列模塊可接收mV信號，且性價比較高，所以選用S7-300。
將mV信號采入以后，就可以按照事先輸入的參數，如皮帶長度，皮帶運行一周所需時間，鏈碼重量，以及經校秤得出的零點和量程進行運算，得出瞬時流量。

2.濾波

在調試的過程中發現，由于皮帶秤固有的特點，若對流量實時采集，流量波動較大，不利于自動調節，最后采取多次采樣求平均的辦法（本系統中2s采樣20次）來消除瞬間發生的流量突變。這樣做不但可以使秤的瞬時流量相對穩定，而且能保證秤的調節速度。

3. 校秤

保證秤的準確是皮帶秤參加自動配料的前提，所以校秤的準確與否是非常重要的。皮帶秤的表面不均勻，所以校秤的時間應為皮帶運行一周所用時間的整數倍，然后將多次采樣的值進行平均，就可得到相對準確的零點以及量程了。

4.流量累計

不但可以顯示記錄瞬時流量，還可以對流量進行累計，查詢。便于計算原料總量，核算成本。

5．比對流量

通常皮帶秤顯示的流量單位為噸/小時。為了便于平時檢查皮帶秤的準確性，還增設了單位為公斤/米的瞬時流量，可直接與配料室的跑盤數相對應。若發現不準，現場操作人員應及時通知維護人員校秤。

可見，用工控機完全取代二次表是切實可行的，工控機不但能夠實現流量積算儀的一般功能，而且還可以根據實際需要通過編程來實現流量積算儀本身所不具備的功能，更利于今后的進一步改造。

4.1.2控制系統功能的實現

1、自動調節。　　

皮帶上的物料不是均勻的，物料的瞬時流量總是在不斷變化，為此，系統的下位機采用PID調節器，調節器將上位機送給的流量信號與給定值進行比較，根據偏差大小，輸出4～20mA信號去調節變頻器來調節圓盤速度，從而達到恒定的流量，這樣能夠保證各秤流量符合配比取得預期的效果。

2、大皮帶急停聯鎖。

若大皮帶在各秤正常運行時突然停止，就會造成大皮帶堆料。這時采用大皮帶急停聯鎖，出現如上情況時，PID調節直接轉換為手動，各變頻器頻率直接設定為0Hz，圓盤停止下料，就可避免堆料了。等維修人員處理過后，進行急停復位后自動配料系統即可重新投入使用。

4.2 人機界面組態

1、主畫面。顯示當前各稱的運行狀態、下料量以及大皮帶的運行狀態。

2、PID調節畫面。顯示PID參數、設定值、實際流量以及頻率輸出值。

3、校稱畫面。顯示校稱所需參數，如皮帶長度、皮帶速度、皮帶運行整圈時間以及當前的零點和量程。

4、設定料層。本系統操作簡單，只需在配比畫面下輸入總料層數（kg/m）以及各秤配比（%），系統就會自動計算出總流量（單位為t/h）及各分秤流量（單位為t/h），然后將各分秤流量作為設定值出現在PID畫面上。一般情況下，配比基本是不變的，如料層變化，只需重新輸入料層即可。

5、瞬時流量顯示。在畫面添加了實時曲線，可以直觀的觀察到當前各稱的流量。

6、歷史數據的查詢。在畫面添加了歷史曲線以及報表，可以直觀系統的查詢各個時間各秤的設定流量及與其相對應的瞬時流量等，更便于記錄的查詢與管理。

5、結束語

本系統自投產以來，帶來了巨大的經濟效益和社會效益。首先，從經濟效益方面來看，燒結配料原有流量積算儀8臺，由于系統較老，故障率相對較高，且在備品備件方面也有一定的困難，同種型號的二次表可能已經不再生產了。取消二次表后，由于PLC的穩定性好，就解決了故障率高的問題；另外，取消二次表，可直接節省8臺流量積算儀及相應備品備件費用。 這些都是目前已經實現的經濟效益，并且可將在燒結配料成功取消二次表的經驗逐漸應用于公司已經日趨老化的配料系統以及日后計劃投產的配料系統當中，這樣每年為公司節省費用將是相當可觀的。另外，采用自動配料后，直接的經濟效益雖然無法估算，但間接的經濟效益是不容忽視的，由于料層平穩，配比準確，配料的合格率較高，使得燒結礦的質量有了很大程度的提高，為高爐的穩產提供了前提條件和必要保證。其次，從社會效益方面來看，手動配料工人勞動強度過大，每間隔半個小時就要跑盤一次，即便這樣，調節仍然是不及時的。自動配料后，把工人從簡單重復的體力勞動中解脫出來，大大提高了勞動效率。可見，從各方面來講，該自動控制系統的實現，對提高燒結礦質量，促進高爐穩產以及提高工人勞動生產率等方面都起到了很大作用。

黑龍江省伊春市西林鋼鐵公司計控處 董力鋒
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