施奈德PLC在轉底爐的應用

摘 要：文章主要介紹了轉底爐的工藝流程。闡述了QUANTUM PLC在轉底爐系統中的應用以及自動控制系統的組成、特點和功能。同時概述了該系統在信號采集處理、配料、溫度自動控制功能的實現方法，充分肯定了控制系統對實現轉底爐生產自動化的重要作用。

關鍵詞：施耐德PLC；溫度自動控制；控制系統

1 前言

萊鋼為了響應國家環保政策，自主研發了一座轉底爐，這是國內第一座自主研發且技術最先進的轉底爐，它的投產使萊鋼轉底爐技術處于國內領先水平。其自動化控制系統采用QUANTUM PLC，工業以太網通訊技術相結合，實現轉底爐還原過程自動控制、監控及管理，使萊鋼能源可持續利用水平再上一個新的臺階。

2 工藝概述

配料室其中的5個倉采用皮帶機上料，倉下采用拖料秤配料；另外10個倉為除塵灰倉，通過星形給料機、電子皮帶秤出料實現除塵灰按一定比例配比，配好的混合料經加濕機加水，強力混合機攪拌混勻，然后通過皮帶機輸送到壓球料倉，從壓球機生產出來的生球通過皮帶機輸送到烘干室后首先經過固定篩將粉料篩出，粉料通過皮帶機輸送到壓球室，篩上合格生球通過擺頭膠帶機均勻布到鏈篦機上，生球在鏈篦機烘干室內經煙氣爐送過來的熱風烘烤，隨著鏈篦機的行走，生球的水分逐漸烘干到3%以下。烘干后的生球經皮帶機輸送到轉底爐，再經振動布料機均勻地布到轉底爐的爐底上。隨著轉底爐爐底的轉動，生球經過轉底爐爐膛的預熱段、還原一段、還原二段、均熱一段、均熱二段，生球逐步被加熱還原轉化成金屬化成品球，然后通過3級振動冷卻機的冷卻，成品球逐漸冷卻到300℃以下，再通過皮帶機送到成品倉。

3 基礎自動化控制系統

4 系統功能

4.1 電氣控制

計算機控制系統采用多PLC 的網絡結構。根據工藝要求和現場實際情況主要分系統集中控制、單機控制和機旁控制三種方式。以本體系統為例，該系統能實現單個設備的遠程單機啟動、停止以及順序啟動、停止，為了保證壓球機的成球率和生產的連續性，以鏈蓖機為分界線將本體系統分為上游工藝和下游工藝，兩條工藝料線均能實現設備的單機啟停，順序啟停。例如壓球機下兩條皮帶，當一個倉里沒有混合料時，自動將其下面的壓球機和皮帶停止，同時切換到另一個壓球機和皮帶繼續工作。參加集中聯鎖的工藝設備聯動及單機聯動運轉的設備都在主控室控制內。操作員通過畫面對現場設備進行操作及監控，各控制站、遠程站和操作站通過網絡相連，以網絡數據通訊方式交換信息。

4.2 儀表控制

4.2.1 信號的采集與處理。利用施耐德軟件特有功能，針對不同的模擬量輸入信號和不同參數需要，分別編制了工程量轉換、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用這些功能塊。實現了煤氣壓力低報警、鏈蓖機布料厚度檢測配料倉、壓球料倉上下限料位報警、轉底爐各段溫度控制煤氣、空氣流量檢測等功能。

4.2.2 配料自動控制。在配料系統中，給料量主要由圓盤和皮帶速度決定，并且與速度成線性比例關系。在該控制系統中，圓盤下料量的調節是通過變頻器調節輸出的，其頻率范圍是0～50Hz。其中變頻器的控制由PLC通過MB+的組態進行數據交換得以控制。處于機旁手動操作方式時，操作工可手動調節操作箱上電位器來控制變頻器頻率，從而控制配料秤皮帶機的速度。處于自動運行方式時，中控室操作工可從上位監控機設定流量給PLC，同時電子皮帶秤測出一個實際流量信號反饋回PLC與圓盤轉速、皮帶轉速共同參加PID運算，在PID運算輸出之前加一限定值，當輸出量變化值超過該限定值時，用限定值代替PID運算輸出，以克服輸出量變化影響寬帶轉動的穩定性，最后得到一控制量，通過MB+控制變頻器，從而控制配料秤的轉速，達到控制物料流量的目的。

4.2.3 爐溫控制。轉底爐內溫度控制是轉底爐自動控制系統的重要環節，該系統控制的精確、穩定直接關系到金屬化球團的質量。可分為流量控制和溫度控制兩種方式。

（1）流量控制：操作員在上位監控機設定一流量值，給PID調節器的SP端，反饋信號給PID 調節器的PV 端，然后經PID 運算后輸出一開度信號來確定調節閥的開度。（2）溫度控制：可根據實際情況在畫面選擇串級控制系統或單回路控制，手/自動轉換實現無擾動切換。當采用串級控制時，根據工藝要求，操作員在上位機溫度調節器輸入設定溫度，溫度調節器的測量值PV 選用高值溫度，與設定溫度進行PID計算，溫度調節器的輸出作為煤氣流量調節器設定。自動控制煤氣流量調節閥門的開度。而單回路控制則是操作工根據實際情況輸入煤氣流量調節閥設定，與測量值進行PID 計算，使爐溫穩定在規定的數值范圍內。空氣量由操作工根據實際情況在上位機上輸入。此外，要進行煤氣、空氣流量溫壓補償計算。

5 通訊

在本系統中，上、下位機使用基于TCP/IP協議的工業以太網通訊。為保證上下位機的通訊，數據采集和實時控制在數據庫中采用與PLC相同的、一一對應的點地址，上位機采集來自現場的數據，經過處理后再將控制命令傳給下位機，以此監控運行過程。

6 結束語

萊鋼轉底爐自投產以來運行平穩，這套先進的自動控制系統為轉底爐的順利投產，穩定生產起到了重要作用，經過實際檢驗，該套系統數據傳輸實時可靠，監控功能完善，預警功能突出，系統調試與維護方便，具有很強的實踐推廣價值。

參考文獻

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[2]王衛兵.可編程控制器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2002.1.

[3]儲云峰.施耐德電氣可編程控制器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2007.

作者簡介：殷玉善（1985，2-），男，2008年7月畢業于遼寧科技大學計算機專業，助理工程師、從事自動化控制。