主要介紹了基于S7-400／300 PLC系統(tǒng)，對(duì)漢鋼2#高爐的自動(dòng)化控制進(jìn)行改造，闡述了系統(tǒng)硬件構(gòu)成、軟件配置" title="軟件配置">軟件配置，如何實(shí)現(xiàn)高爐配料、送料工藝過程自動(dòng)化和爐膛溫度控制，通過人機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)了高爐集中監(jiān)控，大大提高了冶煉過程自動(dòng)化程度和節(jié)能環(huán)保高效。
0 概述
我廠2#高爐的原有電氣控制系統(tǒng)，僅槽下上料系統(tǒng)使用富士的可編程控制器進(jìn)行控制，其他系統(tǒng)仍為傳統(tǒng)儀表盤面顯示各生產(chǎn)參數(shù)手動(dòng)控制操作，爐頂上料采用大小鐘配合料車自動(dòng)控制上料的模式。該高爐控制設(shè)備" title="控制設(shè)備">控制設(shè)備陳舊，除了2006年曾對(duì)槽下做過一些升級(jí)改造將其改造為西門子S7-300可編程控制器控制，并使用 Step7和winCC重新編制控制程序與操作界面外其它部分大大落后于當(dāng)今的高爐控制水平，制約了生產(chǎn)成本的降低及工藝操作水平，影響了煉鐵整體生產(chǎn)水平，因此，漢鋼于2008年對(duì)2#高爐系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造，全系統(tǒng)采用西門子PLC自動(dòng)控制。爐頂上料形式保留料車上料方式，將高爐大小鐘投料方式改為無料鐘投料方式。
1 系統(tǒng)配置
改造后系統(tǒng)電氣控制部分PLC主機(jī)采用西門子S7-400系列的CPU414-2DP，各遠(yuǎn)程站采用S7-300系列的CPU及10模塊，完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算、聯(lián)鎖" title="聯(lián)鎖">聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)處理及輸出執(zhí)行指令等功能。系統(tǒng)采用2種網(wǎng)絡(luò)連接方式：工業(yè)以太網(wǎng)和ProfibuS-DP" title="ProfibuS-DP">ProfibuS-DP總線網(wǎng)絡(luò)。硬件配置如圖1所示。
以太網(wǎng)采用光纜作為主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過光纖收發(fā)器、交換機(jī)用雙絞線連接各操作站電腦；卷揚(yáng)沒有設(shè)置電腦操作，因此直接采用ProfibuS-DP總線連接至遠(yuǎn)程站。
2 軟件配置及實(shí)現(xiàn)方法
系統(tǒng)軟件在WindowsXP操作環(huán)境下運(yùn)作。編程軟件" title="編程軟件">編程軟件采用西門子STEP7編程軟件包，用梯形圖邏輯語言實(shí)現(xiàn)控制軟件的開發(fā)與應(yīng)用。人機(jī)界面用WinCC V6.0軟件開發(fā)組成監(jiān)控站，監(jiān)視、控制設(shè)備和自動(dòng)化過程。
主要功能：
按高爐生產(chǎn)需要設(shè)定的配料順序自動(dòng)地將爐料配好裝入焦斗和礦斗中，通過料車送到爐頂，再按不同布料要求將爐料自動(dòng)布入爐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)給料、稱量、配料、輸送、布料過程全自動(dòng)。
槽下配料與自動(dòng)稱量
槽下共14個(gè)稱量斗，對(duì)稱分布于上料小車軌道兩側(cè)，緊挨軌道兩側(cè)是兩個(gè)焦炭稱量斗，隨后每邊依次排列六個(gè)稱量礦斗，同時(shí)在軌道兩側(cè)還有兩個(gè)左右中間礦斗。工藝畫面如圖2所示。
配料分設(shè)左中問斗備料和右中問斗備料，分別用以設(shè)定裝入左中問礦斗、右中間礦斗的稱量斗代碼——也就是說每個(gè)礦石振動(dòng)篩根據(jù)所對(duì)應(yīng)的每個(gè)稱量斗所設(shè)定的稱料重量來振料，然后通過左右中問斗備料代碼來選擇需要下料的稱量斗，再通過1#、2#皮帶將需要的料分別裝入左右中間礦斗，以備料車到達(dá)料坑時(shí)裝入料車。左右中間斗空后，備料指針后移，進(jìn)行下一個(gè)備料行為，形成一個(gè)獨(dú)立的循環(huán)。各種料的稱料重量、料種在界面中各個(gè)稱斗中設(shè)置。各振篩根據(jù)本稱量斗所設(shè)置稱量定值及稱量斗滿、空信號(hào)自動(dòng)備料，并自動(dòng)進(jìn)行稱量補(bǔ)償、修正定值、稱量值零點(diǎn)校正、余振值測(cè)定、稱量斗料空后延時(shí)關(guān)閘門等控制。配料代碼隨時(shí)可由操作員在線設(shè)定修改。界面中還有料批設(shè)定，可共設(shè)定A、B、C、D、E、F六種料批，每種料批分前半批和后半批及附加焦，每半批料最多可上4車料，根據(jù)每車是否填寫代碼來確定實(shí)際上料車數(shù)，當(dāng)沒填時(shí)視為沒有。當(dāng)料車到料坑時(shí)根據(jù)裝車代碼確定是打開中問礦斗還是焦稱量斗還是空走，每上完‘車料料批前進(jìn)一位，整個(gè)循環(huán)周期按界面中所設(shè)定的料制中的所選的料批代碼進(jìn)行，構(gòu)成整個(gè)上料大循環(huán)。在每一個(gè)料批結(jié)束時(shí)均可加進(jìn)行“附加焦”，不會(huì)打亂周期程序。
布料方式
布料器電氣部分由原來的簡(jiǎn)單電機(jī)控制改為由變頻器拖動(dòng)，α(溜槽傾角)、β(溜槽回轉(zhuǎn)角)、γ(料流調(diào)節(jié)閥開度)三個(gè)絕對(duì)值編碼器反饋布料器位置狀態(tài)。布料系統(tǒng)主要功能是與槽下系統(tǒng)1起控制上料，將爐料正確地裝入料罐，并控制爐頂設(shè)備，完成向高爐裝料" title="裝料">裝料和按照設(shè)定布料數(shù)據(jù)進(jìn)行布料，可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整布料傾動(dòng)角度、旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、料流開度。靈活多變的布料方式帶給操作人員全新的操作模式，例如：難以解決的邊緣問題，現(xiàn)在可利用扇形和定點(diǎn)布料克服；布料不均的問題，可利用多圈環(huán)行布料隨時(shí)糾正等等。
當(dāng)每半批料裝入受料罐，裝料指令下達(dá)后，打開放散閥卸壓，隨后先開啟上密封閥，再開啟上料閘，將上罐中爐料裝入下罐。裝料完畢，關(guān)閉上料閘、上密封閥，然后關(guān)閉放散閥，探尺探料降至規(guī)定料線深度提探尺，提尺同時(shí)打開兩個(gè)均壓閥向下罐均壓，布料器傾動(dòng)到位，打開下密封閥在溜槽到達(dá)步進(jìn)角位置時(shí)打開下料閘(料流調(diào)節(jié)閥)，用下料閘的開度大小來控制料流速度，爐料由布料溜槽布入爐內(nèi)。為使?fàn)t項(xiàng)全自動(dòng)布料準(zhǔn)確無誤，本系統(tǒng)對(duì)如下信號(hào)作了重點(diǎn)處理：
(1)上罐料空及料滿的信號(hào)處理；
(2)上罐料滿與均壓放散閥、上密閥、放料閥的聯(lián)鎖；
(3)下罐料滿及料閥的聯(lián)鎖；
(4)控尺與布料器閥的聯(lián)鎖。
同時(shí)，為配合精確布料，爐頂還增設(shè)有爐內(nèi)成像設(shè)備，由清晰的視頻攝像機(jī)在氮?dú)饬魈淄驳谋Ｗo(hù)下及時(shí)傳送爐內(nèi)料面燃燒分布情況，高爐操作室配有監(jiān)視器隨時(shí)眼觀爐內(nèi)情況，同時(shí)有配套分析軟件及時(shí)分析料面燃燒溫度分布，顯示在專門的計(jì)算機(jī)畫面上。靈活多變的布料方式，提高了布料質(zhì)量，提高了高爐的利用系數(shù)。無料鐘爐頂具有布料靈活、密封性好、維修方便等明顯優(yōu)勢(shì)，是小高爐優(yōu)化工藝設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。變頻器的大量應(yīng)用使得控制精度大大提高并節(jié)省很多電力。
3 HMI(Human Machine Interface)監(jiān)控技術(shù)
HMI(人機(jī)界面)使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視控制，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、報(bào)警，供生產(chǎn)人員及時(shí)掌握生產(chǎn)運(yùn)行情況。HMI顯示了整個(gè)系統(tǒng)的工藝設(shè)備畫面，可以對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，完成各個(gè)工藝設(shè)備或者工藝流程的順序控制、故障報(bào)警處理及顯示，可設(shè)定修改各種生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和運(yùn)作方式，可設(shè)定是使用自動(dòng)方式還是手動(dòng)方式，是否連鎖等，以便在檢修、調(diào)試時(shí)能夠方便地測(cè)試單個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)或特定情況下的單個(gè)設(shè)備運(yùn)行，使系統(tǒng)在合理的工藝要求下有序的運(yùn)行。系統(tǒng)按操作區(qū)域共劃分為槽下上料、高爐監(jiān)控操作、熱風(fēng)爐操作控制，布袋除塵等四部分，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)互相聯(lián)絡(luò)共享。其中槽下上料系統(tǒng)主要控制槽下各個(gè)稱斗的料制配比、皮帶運(yùn)行和上料小車的運(yùn)行以及爐頂設(shè)備的動(dòng)作控制，高爐系統(tǒng)安置四臺(tái)操作站，分別用以操作和監(jiān)控高爐的各項(xiàng)操作如爐溫、混風(fēng)溫度、冷風(fēng)流量控制、探尺反饋的爐內(nèi)料位以及槽下上料情況等，同時(shí)根據(jù)高爐運(yùn)作情況隨時(shí)連鎖或禁止某些關(guān)鍵閥門的開閉。熱風(fēng)爐系統(tǒng)操作站負(fù)責(zé)控制熱風(fēng)爐各項(xiàng)操作，控制燒爐溫度向高爐提供高風(fēng)溫。布袋除塵控制爐頂煤氣的處理、除塵等工作。對(duì)這幾個(gè)區(qū)域系統(tǒng)的改造，主要是將原有儀表盤、操作臺(tái)等占用空間又大又重的設(shè)施改為計(jì)算機(jī)顯示與操作控制，大大降低故障率，全局參數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)一覽無余，操作方便，效率提高。
4 總結(jié)
整個(gè)系統(tǒng)的控制方式分為集中自動(dòng)、手動(dòng)和機(jī)旁手動(dòng)等幾種方式。在自動(dòng)方式下，對(duì)單體設(shè)備可以手動(dòng)干預(yù)，而不影響整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)流程。這既減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)，又減少了操作轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高了冶煉速度。而機(jī)旁手動(dòng)時(shí)，又可以在設(shè)備檢修調(diào)試時(shí)方便地控制其動(dòng)作幅度和時(shí)機(jī)。