鼓風爐自動上料控制系統 ＊

劉小波,張壽明

(1.昆明冶金高等專科學校電氣學院,云南 昆明 650033;2.昆明理工大學信息工程與自動化學院,云南 昆明 650051)

1 前 言

鉛鋅密閉鼓風爐熔煉是一種近代火法煉鉛鋅的先進方法,它合并了鉛和鋅兩種火法冶煉流程,該方法的第一步作業是鼓風燒結,即在高溫下使硫化物轉化為氧化物,并使細小分散的物料燒結成多孔的團塊;第二步是密閉鼓風爐還原熔煉,即把燒結塊、焦炭加到密閉鼓風爐內,在高溫和強還原氣氛中進行還原熔煉;第三步是精煉,熔煉出來的粗鉛經過精煉才能廣泛地使用,精煉的目的:一是去除雜質;二是回收貴金屬,尤其是銀[1]。本文研究的是鼓風爐還原熔煉的上料環節,把料倉中的燒結塊和焦炭按設定值加入到鼓風爐內,設計自動上料控制系統。

圖1 鼓風爐上料系統示意圖Fig.1 Schematic diagram for feeding system of blast furnace

如圖1所示,定義焦炭為 1#料倉,燒結塊為2#料倉,M101為小車運行電機,M102-M106對應于 5個閥門電機,LQ0-LQ5為限位開關。根據鼓風爐內的情況設定每次料倉下料量,小車初始狀態為LQ1處,如果需要加料,則小車從料區接料運行到爐區下料,完成后返回初始位。為了滿足效率的要求,小車運行需高、中、低 3種速度。小車在爐區卸料的過程為邊卸料邊運行。各個閥門的開與關是通過電動液壓桿上的電機M102-M106來控制。所以,系統總的控制對象為 6臺電機。

2 自動上料系統設計方案

設計框圖如圖2所示,系統設計以 PLC為核心,鑒于穩定性因素選擇 A-B公司的 SLC5/4控制器,上位機的組態可以監控整個系統,它與 PLC可以互相傳遞數據信息;同時 PLC通過繼電器組控制接觸器組,從而控制三相電機來開、關各閥門。為了使小車運行速度能夠實現高、中、低速度選擇,小車運行電機通過變頻器來控制,變頻器則通過外部端口的繼電器組進行控制。現場設備的情況則通過限位開關等設備反應到 PLC。

圖2 自動上料系統框架圖Fig.2 Frame diagram of automatic feeding system

3 系統硬件設計

3.1 電氣線路設計

小車 1#卸料閥門電機主線路:

如圖3中 QM102為低壓斷路器,起過載保護的作用。K M102K和 K M102G為接觸器的觸點,可以對電機進行換向。FR102為熱繼電器,起過電流保護的作用。

圖3 小車 1#缷料閥門電機主線路Fig.3 Motor main line of 1#discharge valve for trolley

小車 1#卸料閥門電機控制線路,如圖4所示:

1)繼電器 KA102反應電源正常狀態,當正常時其常開觸點閉合,給 PLC信號。

2)SQ102K和 SQ102G為限位開關,當其開到位或者關到位時,切斷接觸器 K M102K和K M102G,電機停轉。同時,給 PLC信號。

3)當選擇手動方式時,通過現場的啟、停按鈕進行控制。

4)當選擇自動方式時,通過 PLC的 I/O輸出中間繼電器 KA102-K和 KA102-G來進行控制。

5)兩個接觸器之間還有互鎖,各自有自鎖。

小車 2#卸料閥門、料倉下料閥門和爐封門的電機控制線路與圖4類似。小車運行電機的控制原理與圖4類似,只是不是通過接觸器控制電機,而是變頻器進行速度控制。

圖4 小車 1#卸料閥門電機控制線路Fig.4 Motor control circuit of 1#discharge valve for trolley

3.2 I/O分配

根據電氣線路設計所用到的中間繼電器與現場限位開關等就可以對系統進行 I/O分配,該系統中總共用到 2塊數字量輸入模塊、1塊模擬量輸入模塊、1塊數字量輸出模塊、1塊模擬量輸出模塊。得到的表1 I/O分配表便可對系統進行PLC程序設計。

表1 I/O分配表Tab.1 I/O distribution list

續表1

4 PLC程序設計

圖5 PLC程序設計框圖Fig.5 PLC program design frame diagram

PLC程序設計軟件選擇 A-B公司開發的對應于 SLC 5/4控制器的 RSLogix 500軟件,PLC程序設計采用模塊化設計方案,程序流程圖如圖5所示。設計以下子程序:小車運行電機子程序、小車1#卸料閥門子程序、小車 2#卸料閥門子程序、1#料倉下料閥門子程序、2#料倉下料閥門子程序、爐封門子程序。各程序之間相互配合構成了鼓風爐自動上料系統的整個過程。

如果上位機選擇手動的方式,則通過監控界面中的按鈕進行控制。同時,還設計了報表記錄、檢測限位開關是否出現故障、故障報警等功能。

5 組 態

組態軟件采用的是控制器對應的 RSView 32軟件,首先對其通信進行組態和建立標簽數據庫,然后再編輯模式下進行圖形界面的設計,系統設計了如下功能,如圖6所示:①小車實時位置和方向顯示,顯示小車所在區域和方向。②設定料量設定值,系統每工作一次前設定其下料量。③累加次數,記錄和顯示每天的加料次數。④閥門開度控制,設置其閥門的打開程度。⑤速度選擇,小車運行速度高、中、低選擇。⑥手自動切換,選擇手動或者自動運行方式。⑦料量統計報表,記錄早、中、晚班次的料量統計數據。⑧故障信息,查詢出現故障的具體設備。⑨小車載重顯示,顯示小車的 載重量。

圖6 監控系統畫面圖Fig.6 Monitoring system picture

6 結 語

本文構建了基于 SLC 500控制器的鼓風爐自動上料控制系統,根據鼓風爐上料的工藝過程與控制要求,對系統進行了總體方案的設計、電氣設計、I/O分配、PLC程序設計、組態設計等。本控制系統自動化程度高,操作人員可通過畫面進行菜單操作,大大降低了勞動強度。系統調試結果表明,該系統能夠滿足高效、穩定運行。

[1]唐朝暉.鉛鋅生產過程密閉鼓風爐故障診斷技術及應用[D].中南大學,博士學位論文,2008,10-12.

[2]錢曉龍,李曉理.循序漸進 SLC 500控制系統與 Panel View訓練課 [M].北京:機械工業出版社,2008.

[3]于 玲.可編程序控制器原理與設計 [M].北京:清華大學出版社,2006.