PLC在硅錳電爐配料系統中的應用

姚軍

（中信錦州金屬股份有限公司，遼寧 錦州 121005）

1 概述

電爐鐵合金作為一種高耗能產品，在原料和電爐設備等條件一定的情況下，要想降低消耗，獲得良好的經濟技術指標，就必須提高配料的準確度。而目前在國內鐵合金電爐中，原料配料系統各不相同，大致可分為三大類:

1.1 完全采用人工操作，用磅秤稱重

這種配料方式，它是由操作工的責任心不同決定配料的準確度。一般誤差較大，現在很少應用。

1.2 采用手動操作，繼電器邏輯控制，用磅秤稱重

這種方式雖較前者進步許多，但控制系統存在許多缺點。如:配料準確度低，由于繼電器控制，在稱量過程中放料的沖量大，從而導致沖量誤差；可靠性差，由于控制系統全部由繼電器硬件連接而成，體積大，接線復雜，故障點多且查找困難，設備龐雜維修量大；適應性差，由于硬件連接而成，不能隨生產工藝的變化而變更。

1.3 目前國能外一致推崇的微機配料系統

該系統配料準確度高，整個過程能實現自動控制。既可確保配料的準確度和使用的可靠性，提高產量，又可降低原材料費用及運行的維修成本。我們本著實用可靠、因地制宜、節省投資的原則，對我公司12500KVA硅錳電爐原料系統進行了改造，采用日本三菱公司生產的FX2N-64MR可編程序控制器（Programmable controller以下簡稱PLC）等設備實現配料系統的自動化。該套系統改造僅投資約9萬元，大大節省了改造費用和運行費用，提高了配料的準確度，提高了硅錳產品的質量。

2 配料系統工藝

12500KVA電爐用于硅錳合金的冶煉，所需原料有八個品種，分別放入原料間的八個大的料倉中，每個料倉下面有一個震動給料器，配料時震動給料器震動，料由儲料倉的下口流入計料斗中，拉力傳感器安裝在計料斗外，對計料斗中的料進行稱量，當達到預置振料量時，震料器停振，同時運料皮帶運轉，液力推動器將計料斗的下門打開將料放入皮帶上，由皮帶將料運至爬斗小車上，過30秒后計料斗的下門關閉，之后在短時間內再打開一次關閉一次，以便將料放盡。一皮帶運行一定時間后，料全部運入爬斗小車，皮帶停止運轉，爬斗小車由電動機牽引鋼絲繩沿軌道將料上運至爐頂料倉，爬斗小車自動傾放料，之后爬斗小車下行準備下一次運料，這就完成了一次配料過程，如此循環操作。

3 自動配料系統

可編程序控制器是一種集計算機、自動化、通訊技術于一身的工業控制微機。目前已被工業生產廣泛應用。其主要特點：①程序編制簡單，可用電氣技術人員熟悉的梯形圖編輯，也可用語句表和邏輯流程圖等高級語言編輯。②功能強，可實現90多種功能，適用各種工業現場的控制，且安裝調試簡便。③抗干擾性能力強，可安裝在現場，不受專業機房的限制。④適應性強，對安裝環境要求不高，對粉塵、溫度等都無嚴格限制。

3.1 配料系統的硬件配置：主機采用日本三菱公司生產的FX2N-64MR可編程序控制器。輸入和輸出共64點，可實現四則運算、邏輯運算、比較、數據處理、計數、速度檢測和脈沖輸出等功能。并可連接多種特殊功能模塊，能滿足各種工藝現場要求。

3.2 配料、上料自動化過程

說明：本圖只列出一個料倉的信號傳遞過程，其它于此相同，不在贅述。

首先從配料開始，隨著震動給料器震動，料由儲料倉的下口流入計料斗中，拉力傳感器對計料斗中的料進行稱量，產生的毫伏信號送入隔離變送器中，轉換為4～20mA標準信號，再由A/D轉換模塊轉換為PLC可識別的數字信號傳入PLC中，PLC中的CPU進行數據處理，當達到預置振料量時，PLC發出指令，震料器停振，之后，PLC發出指令，計料斗的下門打開將料放入皮帶上，過30秒后PLC再次發出指令，計料斗的下門關閉，之后再打開一次關閉一次，以便將料放盡。于此同時，PLC發出指令，皮帶電機在PLC的控制下帶動皮帶運轉，由皮帶將料運至爬斗小車上。一定時間后，料全部運入爬斗小車，皮帶停止運轉，之后PLC控制爬斗小車將料上運至爐頂料倉，爬斗小車自動傾放料，之后下行后準備下一次運料，這就完成了一次自動配料過程，如此循環操作。此過程除執行元件之外，控制過程全部在PLC內部實現，操作人員只需啟動開始和停止按鈕及故障停車按鈕，在控制室內可直接檢測配料情況，從而實現配料系統的自動化。

3.3 配料過程自動補償的實現

此次改造，最大的益處在于實現了配料量的自動補償。采用A/D轉換實現模擬量控制，根據上一次配料量的多少，在下一次配料中進行補償。這一過程在PLC內部處理完成。實現了配料的完全性補償。具體說明如下：

Y：預定的標準配料量

n：配料批數

Xn：第n次實際配料量

Yn+1：第n+1次預置配料量

則：Xn+1=∑Xn-nY 即前n次實際配料量總和（∑Xn）與n次標準配料量總和（nY）之差為第n次配料量的余出量。

則：Yn+1=Y-Xn+1 依此公式從第一批到最后一批循環處理，即可實現配料的無限次補償。這就避免了配料的沖量負數，從而達到提高配料準確度的要求。

3.4 爬斗小車上料程序說明

原控制系統爬斗小車運行采用時間繼電器、中間繼電器、接觸器和電阻控制爬斗運行中的加速、減速、運行及停止，上下限通過電氣機械開關檢測。由于控制系統接線復雜，觸點多，加之現場粉塵大，開關各觸點經常接觸不良，造成事故率高。且繼電器及接觸器易損壞，維護量大，維修費用高。由于環境粉塵較大，上下限的電氣機械開關損壞容易造成小車脫軌，如發生這樣的情況需要高空作業更增加維修的難度。在這次改造中，除電氣接收原件及執行原件外，控制過程全部在PLC內部處理，并且增加了安放在爬斗軌道和電機滾筒上的電子傳感器作為爬斗小車上、下及運行中加、減速的接收原件，解決了粉塵造成的接觸不良這一故障難點。

本次改造還采用了DU數據單元，工藝技術人員可實現對配料量等參數進行現場修改。設置數顯表及指示燈，利于操作人員對配料等情況進行監控。

4 使用效果

該原料配料系統自2008年投入運行，運行一直平穩正常，大大提高了配料的準確度，誤差率僅為1%，滿足了電爐生產工藝的要求。且操作方便，以前需五個人完成的工作現在只需一人就可完成，配料的時間也相對縮短，每配一批料僅需兩分鐘的時間，降低了操作工人的勞動強度及現場粉塵危害。且故障率明顯降低，也降低了維修成本和維修工人的勞動強度。

在原材料、用電制度、其它設備和冶煉工藝條件不變的情況下，采用該配料系統由于配料準確度提高，冶煉爐況較好，冶煉時間縮短，節約了大量電能，平均每噸錳鐵電耗降低44度電。同時，產品的指標也有很大提高，產品合格率高，產量也有所增加，平均每天增產1.322噸。具有很大的經濟效益和社會效益。

[1]譚策衡，湯永寧.24000kVA硅錳電爐的設計及實踐[J].鐵合金，1992-12-26.

[2]譚策衡，方麗雅，康金林.硅錳電爐自動化上料系統[J].上海金屬，1992-04-30.