高爐生產(chǎn)自動(dòng)配料控制系統(tǒng)

　　摘要：鋼鐵行業(yè)在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)不斷加速的過(guò)程中實(shí)際的需求量在不斷增加，在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中也發(fā)揮出了重要的作用，高爐是鋼鐵生產(chǎn)工藝中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，而高爐質(zhì)量在很大程度上取決于燒結(jié)礦的質(zhì)量。在當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的前提下，高爐生產(chǎn)配料控制的自動(dòng)化需求也在不斷的提升。在文中的研究過(guò)程中，主要是針對(duì)高爐槽下配料控制系統(tǒng)中利用PLC控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化進(jìn)行了探討。希望能夠?qū)Ω郀t生產(chǎn)自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展起到一定的幫助。

　　關(guān)鍵詞：人機(jī)界面;現(xiàn)場(chǎng)總線;槽下配料;PLC

　　0引言

　　在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展前提下，鋼鐵行業(yè)近幾年來(lái)也迎來(lái)了飛速的發(fā)展，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中煉鐵高爐是非常重要的一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，保障煉鐵高爐的正常生產(chǎn)對(duì)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)效益提升有極大的促進(jìn)作用;高爐的生產(chǎn)系統(tǒng)中，槽下配料系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)系統(tǒng)，在槽下配料系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化對(duì)鋼鐵的生產(chǎn)能夠發(fā)揮出非常重要的作用。在我國(guó)的鋼鐵高爐槽下配料系統(tǒng)自動(dòng)化中，DCS主導(dǎo)的分散控制系統(tǒng)一直以來(lái)應(yīng)用比較廣泛。

　　1高爐配料自動(dòng)化系統(tǒng)需求分析

　　1.1生產(chǎn)效率提升

　　高爐的槽下配料能力在很大程度上直接決定了高爐的實(shí)際生產(chǎn)能力以及冶煉的強(qiáng)度，在傳統(tǒng)人工或者半自動(dòng)的配料方式下，高爐生產(chǎn)效率的提升在很大程度上都必須要依賴個(gè)人的經(jīng)驗(yàn);但是這種模式下，很難保證不同操作崗位的操作人員能夠滿足生產(chǎn)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。在當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的發(fā)展去前提下，高爐的配料系統(tǒng)自動(dòng)化或者半自動(dòng)化操作的需求都在不斷的提升[1]。

　　1.2實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)事故、故障快速處理

　　鋼鐵企業(yè)的槽下配料系統(tǒng)通常情況下分布都比較分散，如果在傳統(tǒng)的控制模式下，操作人員在實(shí)際的設(shè)備維修保養(yǎng)過(guò)程中缺乏基本的便利性，而且還存在較大的安全隱患;鋼鐵行業(yè)的高爐系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不乏事故傷人、亡人案例。但是針對(duì)高爐生產(chǎn)設(shè)置了配料管理以及控制系統(tǒng)后，使得操作人員僅僅需要在操作室內(nèi)按照CRT屏幕的顯示就能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)施監(jiān)測(cè)，設(shè)備狀況的查詢、運(yùn)行狀況調(diào)整等只需要通過(guò)操作鼠標(biāo)、鍵盤(pán)即可，這樣就能讓高爐設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作量得到有效的控制，而針對(duì)復(fù)雜的狀況，還可以利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程專家支持，相關(guān)的技術(shù)人員通過(guò)利用各種專業(yè)信息進(jìn)行匯總分析就能找出合理的解決方案，實(shí)現(xiàn)故障或者事故的快速處理，進(jìn)一步提升了高爐的生產(chǎn)作業(yè)效率。

　　1.3設(shè)備信息自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化

　　在當(dāng)今的生產(chǎn)過(guò)程中，必須要求值班工長(zhǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高爐進(jìn)料狀況以及設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行狀況進(jìn)行全面的了解，針對(duì)不同的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)也提出了更加有效的處理方法，這樣才能充分保障高爐的正常生產(chǎn)作業(yè);另外，還可以充分利用企業(yè)的各種管理軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)物流情況的全面分析，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)效率以及生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化[2]。

　　針對(duì)高爐槽下配料系統(tǒng)可以充分利用PLC系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)管理。PLC控制系統(tǒng)在高爐配料生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用能發(fā)揮出以下優(yōu)勢(shì)：①充分利用企業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)或者英特網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)配料系統(tǒng)各個(gè)部分設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)控，高爐中的原料進(jìn)爐情況以及焦炭的水分等情況也能實(shí)現(xiàn)及時(shí)的查詢。②在自動(dòng)控制系統(tǒng)下，通過(guò)人機(jī)界面軟件的現(xiàn)實(shí)相關(guān)的操作人員以及設(shè)備維修人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障信息的及時(shí)診斷，盡快讓設(shè)備從故障中恢復(fù)。③利用PLC系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)自身系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，同時(shí)還能針對(duì)局域網(wǎng)、英特網(wǎng)的生產(chǎn)物流信息及時(shí)傳輸?shù)焦芾碇行�，�?shí)現(xiàn)企業(yè)物資管理水平的進(jìn)一步提升。

　　2高爐配料自動(dòng)控制系統(tǒng)要求

　　2.1系統(tǒng)總體控制要求

　　在充分結(jié)合當(dāng)前高爐槽下的實(shí)際作業(yè)環(huán)境以及具體的作業(yè)形式以及當(dāng)今的控制系統(tǒng)具體發(fā)展趨勢(shì)之后，高爐的槽下控制系統(tǒng)要具備一些基本的需求：①必須要針對(duì)高爐生產(chǎn)系統(tǒng)中的液壓站、低壓配電室、現(xiàn)場(chǎng)閘門(mén)以及操作室等幾個(gè)關(guān)鍵的作業(yè)環(huán)節(jié)分別設(shè)置profibus節(jié)點(diǎn)[3];②槽下設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中的啟動(dòng)、停止緊急停車(chē)等功能必須要能夠在系統(tǒng)控制的操作室內(nèi)來(lái)完成;③操作室內(nèi)必須要同時(shí)配置兩臺(tái)上位機(jī)，而且兩臺(tái)上位機(jī)之前要實(shí)現(xiàn)互相備用的功能，這樣在其中一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候就能夠充分利用另一臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)保障，與此同時(shí)，任何一臺(tái)設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有作業(yè)設(shè)備的功能的操作。

　�、芡ㄟ^(guò)控制系統(tǒng)的作用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高爐槽下系統(tǒng)各種生產(chǎn)設(shè)備之間起停車(chē)的聯(lián)鎖功能;⑤整個(gè)控制系統(tǒng)要能充分結(jié)合生產(chǎn)工藝的具體要求實(shí)現(xiàn)對(duì)各種異常狀況的報(bào)警，并針對(duì)實(shí)際測(cè)試超出量程的現(xiàn)象進(jìn)行語(yǔ)音或者聲光報(bào)警，在此基礎(chǔ)上就能將具體操作處理措施通知操作人員;⑥要能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)檢測(cè)數(shù)值的實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)各項(xiàng)生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)儲(chǔ)存。

　　2.2PLC功能要求

　　在系統(tǒng)中應(yīng)用PLC主要是為了完成對(duì)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)結(jié)點(diǎn)信息的及時(shí)采集，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)重要設(shè)備的有效控制。根據(jù)高爐在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際配料需求，以及各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)要求，基于安全以及穩(wěn)定的角度對(duì)高爐配料系統(tǒng)的PLC做出了一些功能要求：①不同設(shè)備之間利用PLC系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)自�；旌匣ユi;②通過(guò)PLC系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)壓力以及溫度等參數(shù)的自動(dòng)化控制;③通過(guò)PLC系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)換件環(huán)節(jié)參數(shù)的實(shí)施監(jiān)測(cè);④通過(guò)PLC系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)輔助設(shè)備運(yùn)行狀況的及時(shí)檢測(cè)和有效控制;⑤通過(guò)應(yīng)用PLC系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中不同設(shè)備的過(guò)載保護(hù)和故障的檢測(cè)。

　　3配料自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1PLCI/O點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)

　　要想實(shí)現(xiàn)高爐槽下配料系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中生產(chǎn)操作的自動(dòng)化控制，必須要針對(duì)各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際設(shè)備運(yùn)行狀況需要高爐槽下自動(dòng)配料系統(tǒng)針對(duì)開(kāi)關(guān)量輸入(DI)設(shè)計(jì)了49點(diǎn);針對(duì)開(kāi)關(guān)量輸出(DI)設(shè)計(jì)了51點(diǎn)，針對(duì)模擬信號(hào)輸入(AI)設(shè)計(jì)了12點(diǎn)，針對(duì)溫度信息測(cè)量點(diǎn)(RTD)設(shè)計(jì)了1點(diǎn)，針對(duì)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)了1點(diǎn)。

　　3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本次研究過(guò)程中針對(duì)高爐槽下自動(dòng)配料控制系統(tǒng)主要使用的是基于PLC與組態(tài)軟件的自動(dòng)化控制方案，在系統(tǒng)中還必須要配備為完善的通信網(wǎng)絡(luò)、上位計(jì)算機(jī)以及可編程控制器等，所有設(shè)備通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)的方式進(jìn)行連接。監(jiān)視操作層設(shè)計(jì)：監(jiān)視操作層主要是通過(guò)上位機(jī)以及工程師站共同組成，目前比較常用的一種數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制軟件為德國(guó)的wincc6.0。

　　操作站，操作人員可以充分利用操作站內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)流程的操控，并能實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)施顯示，實(shí)現(xiàn)設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集，并實(shí)現(xiàn)在緊急狀況下的預(yù)警顯示，還能將系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢(shì)形成報(bào)表。工程師站，工程師站主要是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行合理的管理，并對(duì)組態(tài)進(jìn)行控制，同時(shí)還能完成整個(gè)系統(tǒng)的生成和下裝等操作。工程師站能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)離線狀態(tài)下的配置，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的在線檢測(cè)、控制和各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的維護(hù)。

　　3.3信號(hào)采集和系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)

　　3.3.1RTD信號(hào)測(cè)量設(shè)計(jì)

　　在高爐的槽下液壓油箱中配備了一個(gè)溫度傳感器，該溫度傳感器的主要作用是實(shí)現(xiàn)槽下液壓系統(tǒng)溫度信號(hào)的采集，信號(hào)采集之后通過(guò)量程轉(zhuǎn)換成可視化的溫度數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)溫度的實(shí)施采集。

　　3.3.2AI信號(hào)測(cè)量設(shè)計(jì)在本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中主要使用的模擬量輸入信號(hào)主要屬于4-20mA范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，采集的信號(hào)通過(guò)PLC采集模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量的轉(zhuǎn)換形成0-32768的數(shù)值，這一環(huán)節(jié)的PLC采集模塊是一種16路的輸入模塊，實(shí)際的分辨率能夠達(dá)到12為，整個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)是由外部電源來(lái)實(shí)現(xiàn)供電。

　　3.3.3DI信號(hào)檢測(cè)設(shè)計(jì)在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中均采用的無(wú)源節(jié)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，其主要是針對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行狀況以及現(xiàn)場(chǎng)的閘門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，針對(duì)這一系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了49點(diǎn)的輸入量信號(hào)。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　在本次的高爐生產(chǎn)配料自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中主要使用的是PLC和組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)的組合，在此基礎(chǔ)上使得高爐生產(chǎn)配料自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的分布式監(jiān)測(cè)和控制，與此同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)采集，進(jìn)一步提升了高爐的運(yùn)行效率。

　　參考文獻(xiàn)

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　　自動(dòng)化方向論文：工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在選煤廠中的應(yīng)用

　　摘要：為了促進(jìn)選煤行業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，通過(guò)分析選煤電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際選煤廠中的應(yīng)用，結(jié)合選煤廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況，制定有效的自動(dòng)化控制技術(shù)體系。在日常生產(chǎn)中汲取經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化選煤電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究具有較大的現(xiàn)實(shí)意義，該體系的合理實(shí)施能有效提高選煤廠經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是當(dāng)今選煤廠電氣設(shè)備革新發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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