施耐德Quantum PLC在安鋼360m2燒結(jié)機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
本文介紹了Quantum PLC在燒結(jié)機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，及自動控制系統(tǒng)的組成、特點和功能。
1 前言
燒結(jié)礦作為高爐冶煉的主要原料，其質(zhì)量直接影響高爐生產(chǎn)。安鋼360m2燒結(jié)機于2005年6月投產(chǎn)以來，運行一直很平穩(wěn)，該系統(tǒng)主要向安鋼2200m3高爐提供優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。該系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和PLC軟硬件設(shè)備，并應(yīng)用先進(jìn)的燒結(jié)工藝優(yōu)化控制軟件技術(shù)，實現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程自動控制、監(jiān)控及管理，為安鋼燒結(jié)生產(chǎn)走向大型化邁出了一大步。
2 自動控制系統(tǒng)構(gòu)成
自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個燒結(jié)機生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，實時數(shù)據(jù)的采集與分析，過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報警，過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理，報表打印，畫面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動化及過程計算機控制。各個PLC站、上位監(jiān)控機、工程師站之間采用雙環(huán)路光纖配置的TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)連接，構(gòu)成了燒結(jié)生產(chǎn)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)燒結(jié)工藝對自動化系統(tǒng)的要求，360m2燒結(jié)機計算機自動控制系統(tǒng)采用施耐德Quantum 140 系列PLC（CPU模板：140 CPU 53414A；通訊模板：140 CRP 93200，140 CRA 93200，140 NOE77101；輸入模板：140 DAI75300，140 ATI03000，140 ARI03010，140 ACI03000；輸出模板：140 DRA84000，140 ACO02000）可實現(xiàn)配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、主抽風(fēng)系統(tǒng)、主粉塵系統(tǒng)及電除塵卸灰系統(tǒng)的邏輯順序控制，對主抽風(fēng)機、點火爐等生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)采集處理及回路控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置簡圖如圖1。
系統(tǒng)由5臺PLC、3個工程師站和10個監(jiān)控站組成。基礎(chǔ)控制層采用Quantum 140 系列PLC，PLC主站與分站之間采用遠(yuǎn)程I/O方式擴展。各PLC站通過網(wǎng)絡(luò)通訊模板、交換機、TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)與工程師站或監(jiān)控站可進(jìn)行通訊，傳輸速率為100M pbs，傳送介質(zhì)為超五類屏蔽雙絞線。系統(tǒng)具強大的數(shù)字量、模擬量及回路處理功能，具備模板化、體系結(jié)構(gòu)可擴展的特點，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通訊模板、電源和底板等。監(jiān)控系統(tǒng)（HMI）采用Intellution公司的iFIX3.5監(jiān)控軟件，實現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝流程及各參數(shù)的采集顯示、報警、回路控制畫面，歷史數(shù)據(jù)存儲及趨勢圖，報表等監(jiān)控功能。操作系統(tǒng)為Windows 2000，編程軟件采用Concept2.6，它支持５種IEC標(biāo)準(zhǔn)語言，系統(tǒng)提供了派生功能塊（DFB），并可在Concept2.6應(yīng)用程序中反復(fù)調(diào)用，如果一些特定的算法或邏輯控制需要改變，只需修改DFB功能塊即可。
３ 系統(tǒng)功能
３．１電氣控制
根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場實際情況，系統(tǒng)從整體上分為機旁操作和計算機聯(lián)鎖運行。機旁操作是指操作人員在現(xiàn)場操作箱上進(jìn)行設(shè)備的啟動、停止及設(shè)備運轉(zhuǎn)速度設(shè)定。當(dāng)一臺設(shè)備于機旁操作狀態(tài)時，不再參與系統(tǒng)的其它聯(lián)鎖。計算機聯(lián)鎖運行是指處于自動運行的所有設(shè)備每一時刻都參入各自聯(lián)鎖條件，如運行安全聯(lián)鎖、工藝參數(shù)聯(lián)鎖、啟動或停止順序聯(lián)鎖等，有效地防止因下游設(shè)備故障而引起上游皮帶堆料。以配混系統(tǒng)為例，闡述控制原理。如簡圖2。
圖2
在圓盤配料系統(tǒng)中，給料量主要由圓盤的轉(zhuǎn)速決定，并且與圓盤的轉(zhuǎn)速成線性比例關(guān)系。處于機旁手動操作方式時，操作工可手動調(diào)節(jié)操作箱上電位器來控制變頻器頻率，從而控制圓盤給料機的轉(zhuǎn)速。處于自動運行方式時，中控室操作工可從上位監(jiān)控機設(shè)定流量給PLC，同時電子皮帶秤測出一個實際流量信號反饋回PLC參加PID運算，最后，得到一控制量，通過MB+網(wǎng)控制變頻器，從而控制圓盤給料機的轉(zhuǎn)速。達(dá)到控制物料流量的目的。配1、配2、混1等皮帶機自動控制程序上做了嚴(yán)格的連鎖控制，避免了下游設(shè)備故障停機引起上游皮帶堆料問題。
3．2儀表控制
（1） 信號的采集與處理
利用Concept 2.6軟件特有功能，針對不同的模擬量輸入信號和不同參數(shù)需要，分別編制了工程量轉(zhuǎn)換、偏差、上下限報警等各種信號處理的DFB，在控制程序中可直接調(diào)用這些功能塊。實現(xiàn)了混合料礦槽料位測量及上下限料位報警，煤氣流量、空氣流量的累計及瞬時顯示，煤氣與空氣壓力測量，低壓煤氣切斷，負(fù)壓測量與顯示，燒結(jié)料層厚度檢測。實現(xiàn)了主抽風(fēng)機入口流量檢測，進(jìn)口廢氣負(fù)壓、溫度測量，高壓電動機的軸承、定子溫度測量及風(fēng)機軸承、溫度、振動的測量及超限報警和停車等。
（2） 點火爐溫度控制
點火爐燃燒控制是燒結(jié)工藝的重要環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)可分為點火流量控制和點火溫度控制兩種方式。流量控制為操作員在上位監(jiān)控機設(shè)定一流量值，給PID調(diào)節(jié)器的SP端，反饋信號給PID調(diào)節(jié)器的PV端，然后經(jīng)PID運算后輸出一開度信號來確定調(diào)節(jié)閥的開度。點火溫度控制為操作員在上位監(jiān)控機設(shè)定一溫度值，經(jīng)PID調(diào)節(jié)程序輸出一煤氣流量值，最終達(dá)到調(diào)整煤氣流量的目的。
4 系統(tǒng)特點
（1） 故障報警及自動生成報表。當(dāng)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控畫面將以警示色提醒用戶，以便操作工及時處理。系統(tǒng)能實時地將歷史數(shù)據(jù)記錄在上位機中，對數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計和打印很方便。
（2） PLC電源模板冗余，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時間。
（3） 上位機進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，并提供良好的人機界面，實現(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，操作簡便，控制功能和精度滿足生產(chǎn)工藝要求。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)自2005年6月投產(chǎn)以來，運行一直很平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)過事故故障，故障率低，可靠性高，完全滿足了大型燒結(jié)機的自動化生產(chǎn)要求。
1 前言
燒結(jié)礦作為高爐冶煉的主要原料，其質(zhì)量直接影響高爐生產(chǎn)。安鋼360m2燒結(jié)機于2005年6月投產(chǎn)以來，運行一直很平穩(wěn)，該系統(tǒng)主要向安鋼2200m3高爐提供優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。該系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和PLC軟硬件設(shè)備，并應(yīng)用先進(jìn)的燒結(jié)工藝優(yōu)化控制軟件技術(shù)，實現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程自動控制、監(jiān)控及管理，為安鋼燒結(jié)生產(chǎn)走向大型化邁出了一大步。
2 自動控制系統(tǒng)構(gòu)成
自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個燒結(jié)機生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，實時數(shù)據(jù)的采集與分析，過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報警，過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理，報表打印，畫面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動化及過程計算機控制。各個PLC站、上位監(jiān)控機、工程師站之間采用雙環(huán)路光纖配置的TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)連接，構(gòu)成了燒結(jié)生產(chǎn)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)燒結(jié)工藝對自動化系統(tǒng)的要求，360m2燒結(jié)機計算機自動控制系統(tǒng)采用施耐德Quantum 140 系列PLC（CPU模板：140 CPU 53414A；通訊模板：140 CRP 93200，140 CRA 93200，140 NOE77101；輸入模板：140 DAI75300，140 ATI03000，140 ARI03010，140 ACI03000；輸出模板：140 DRA84000，140 ACO02000）可實現(xiàn)配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、主抽風(fēng)系統(tǒng)、主粉塵系統(tǒng)及電除塵卸灰系統(tǒng)的邏輯順序控制，對主抽風(fēng)機、點火爐等生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)采集處理及回路控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置簡圖如圖1。
系統(tǒng)由5臺PLC、3個工程師站和10個監(jiān)控站組成。基礎(chǔ)控制層采用Quantum 140 系列PLC，PLC主站與分站之間采用遠(yuǎn)程I/O方式擴展。各PLC站通過網(wǎng)絡(luò)通訊模板、交換機、TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)與工程師站或監(jiān)控站可進(jìn)行通訊，傳輸速率為100M pbs，傳送介質(zhì)為超五類屏蔽雙絞線。系統(tǒng)具強大的數(shù)字量、模擬量及回路處理功能，具備模板化、體系結(jié)構(gòu)可擴展的特點，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通訊模板、電源和底板等。監(jiān)控系統(tǒng)（HMI）采用Intellution公司的iFIX3.5監(jiān)控軟件，實現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝流程及各參數(shù)的采集顯示、報警、回路控制畫面，歷史數(shù)據(jù)存儲及趨勢圖，報表等監(jiān)控功能。操作系統(tǒng)為Windows 2000，編程軟件采用Concept2.6，它支持５種IEC標(biāo)準(zhǔn)語言，系統(tǒng)提供了派生功能塊（DFB），并可在Concept2.6應(yīng)用程序中反復(fù)調(diào)用，如果一些特定的算法或邏輯控制需要改變，只需修改DFB功能塊即可。
３ 系統(tǒng)功能
３．１電氣控制
根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場實際情況，系統(tǒng)從整體上分為機旁操作和計算機聯(lián)鎖運行。機旁操作是指操作人員在現(xiàn)場操作箱上進(jìn)行設(shè)備的啟動、停止及設(shè)備運轉(zhuǎn)速度設(shè)定。當(dāng)一臺設(shè)備于機旁操作狀態(tài)時，不再參與系統(tǒng)的其它聯(lián)鎖。計算機聯(lián)鎖運行是指處于自動運行的所有設(shè)備每一時刻都參入各自聯(lián)鎖條件，如運行安全聯(lián)鎖、工藝參數(shù)聯(lián)鎖、啟動或停止順序聯(lián)鎖等，有效地防止因下游設(shè)備故障而引起上游皮帶堆料。以配混系統(tǒng)為例，闡述控制原理。如簡圖2。
圖2
在圓盤配料系統(tǒng)中，給料量主要由圓盤的轉(zhuǎn)速決定，并且與圓盤的轉(zhuǎn)速成線性比例關(guān)系。處于機旁手動操作方式時，操作工可手動調(diào)節(jié)操作箱上電位器來控制變頻器頻率，從而控制圓盤給料機的轉(zhuǎn)速。處于自動運行方式時，中控室操作工可從上位監(jiān)控機設(shè)定流量給PLC，同時電子皮帶秤測出一個實際流量信號反饋回PLC參加PID運算，最后，得到一控制量，通過MB+網(wǎng)控制變頻器，從而控制圓盤給料機的轉(zhuǎn)速。達(dá)到控制物料流量的目的。配1、配2、混1等皮帶機自動控制程序上做了嚴(yán)格的連鎖控制，避免了下游設(shè)備故障停機引起上游皮帶堆料問題。
3．2儀表控制
（1） 信號的采集與處理
利用Concept 2.6軟件特有功能，針對不同的模擬量輸入信號和不同參數(shù)需要，分別編制了工程量轉(zhuǎn)換、偏差、上下限報警等各種信號處理的DFB，在控制程序中可直接調(diào)用這些功能塊。實現(xiàn)了混合料礦槽料位測量及上下限料位報警，煤氣流量、空氣流量的累計及瞬時顯示，煤氣與空氣壓力測量，低壓煤氣切斷，負(fù)壓測量與顯示，燒結(jié)料層厚度檢測。實現(xiàn)了主抽風(fēng)機入口流量檢測，進(jìn)口廢氣負(fù)壓、溫度測量，高壓電動機的軸承、定子溫度測量及風(fēng)機軸承、溫度、振動的測量及超限報警和停車等。
（2） 點火爐溫度控制
點火爐燃燒控制是燒結(jié)工藝的重要環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)可分為點火流量控制和點火溫度控制兩種方式。流量控制為操作員在上位監(jiān)控機設(shè)定一流量值，給PID調(diào)節(jié)器的SP端，反饋信號給PID調(diào)節(jié)器的PV端，然后經(jīng)PID運算后輸出一開度信號來確定調(diào)節(jié)閥的開度。點火溫度控制為操作員在上位監(jiān)控機設(shè)定一溫度值，經(jīng)PID調(diào)節(jié)程序輸出一煤氣流量值，最終達(dá)到調(diào)整煤氣流量的目的。
4 系統(tǒng)特點
（1） 故障報警及自動生成報表。當(dāng)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控畫面將以警示色提醒用戶，以便操作工及時處理。系統(tǒng)能實時地將歷史數(shù)據(jù)記錄在上位機中，對數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計和打印很方便。
（2） PLC電源模板冗余，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時間。
（3） 上位機進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，并提供良好的人機界面，實現(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，操作簡便，控制功能和精度滿足生產(chǎn)工藝要求。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)自2005年6月投產(chǎn)以來，運行一直很平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)過事故故障，故障率低，可靠性高，完全滿足了大型燒結(jié)機的自動化生產(chǎn)要求。
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