年產60萬t礦渣微粉生產控制系統的設計

劉讓建

（山東魯碧建材有限公司,山東 萊蕪 271103）

0 前 言

礦渣作為冶金工業的副產品，每年產量巨大，超細礦渣粉具有良好的水化性能，用超細礦渣粉制備水泥，代替水泥制備高性能混凝土，是水泥工業可持續發展的方向。將礦渣單獨粉磨成超細微粉，已成為水泥生產的必然和發展趨勢。

本文以我公司60萬t礦渣微粉項目為背景，結合我公司礦渣微粉的實際生產情況，設計了本自動控制系統。實現了生產效率的提高和產品質量的改善，并且該系統除了具備良好的網絡通訊能力外，還具有與其他控制系統通訊的能力和標準的對外通訊接口，從而提高了企業的競爭力。

1 礦渣微粉生產工藝流程

濕礦渣由鏟車下料經受料槽下皮帶輸送機輸送入配料站礦渣鋼板倉。按照化驗室給定的配比，由中控室控制配料后連續喂入立磨內進行烘干、粉磨、選粉等一系列物理變化過程。通過磁鐵分離器和金屬探測分離器來完成喂料的金屬分離過程，分離后的礦渣從它的儲存倉中卸出，通過稱重喂料機，計量后至皮帶喂料機，并提升到喂料口高度喂料。粉磨后的成品微粉由袋式收塵器收集后經空氣輸送斜槽、提升機等設備輸送入礦渣粉庫，根據需要礦渣粉可通過庫側、庫底散裝放料出廠。工藝流程如圖1所示。

圖1 礦渣微粉生產工藝流程

按照工藝要求對整個生產過程進行分析，確定整個系統需要4-20mA模擬量輸入（AI）78點，模擬量輸出點（AO）為20點、數字量輸入（DI）和數字量輸出（DO）分別為330點和126點。其中熱電偶，熱電阻進入控制柜均轉為4～20mA信號。

2 系統整體設計與實現

該控制系統采用Siemens STEP7系列PLC硬件組成基礎自動化系統；處理器型號為6ES7416-2XK04-OAB0，上位機采用工控機；采用WINCCV6.0監控軟件，Windows XP作為系統平臺界面，組成計算機化的操作系統，實現人機通訊；控制站與站之間采用Profibus總線進行通訊，控制器與上位機之間采用工業以太網進行通訊。

針對礦渣微粉自身所涉及的輔助系統多、I/O點數龐大的特點，我們利用先進的DP網絡技術將各自獨立的輔助子系統連接成網。并且結合我公司原有以太網絡構成環形以太網，使整個系統功能強大，使用可靠，維護方便。系統總體結構如圖2所示。

圖2 系統總體結構示意圖

2.1 硬件及網絡配置

各個遠程站通過PROFIBUS總線連接頭連在一起，最終連到主站S7-416 CPU上，以進行數據通信。例如，熱風爐S7-200與S7-400主站通過總線連接進行通訊操作，如圖3所示。

圖3 系統Dp通訊示意圖

而磨機本體系統S7-300與S7-400主站則通過以太網連接進行數據通訊，并通過網關與原系統構成環形以太網，主機可以以太網上裝或下裝用戶程序，執行控制命令，還可以向STEP7讀寫寄存器數據。以太網構建，如圖4所示。

圖4 系統以太網通訊示意圖

2.2 下位機控制程序的編寫

該生產線控制系統編程軟件采用由德國西門子公司提供的STEP7（V 5.3）開發軟件，該編程軟件基于Windows xp系統，可進行離在線編程、監視執行狀態、數據設定等，操作方面、直觀，具有在線跟蹤和程序診斷功能。程序的編制如圖5所示。

圖5 系統程序的編制示意圖

控制系統實現的主要功能

（1）設備單機起、停∶每臺設備可以單機起、停，主要是檢修后的單機試車時使用。為了確保安全，編寫了程序代碼，實現了起停確認詢問框，只有按下相應的確認后，設備才進行相應的起、停動作。

（2） 設備聯鎖起、停∶按照劃分好的料流，每條料流均按工藝要求的起、停順序、延時等進行相應的聯鎖起、停動作。

（3）安全連鎖∶對磨機、選粉機、減速機等設備，如油站潤滑等不具備條件時，不能開車并報警。在磨機及選粉機啟動后，若檢測到油站油箱溫度低于低限時，自動啟動加熱器進行加熱;達到一定值時停止加熱，不至于造成設備帶載停車。

（4）熱風爐溫度控制∶通過控制給煤量及風機給風量控制熱風爐溫度及烘干機出口物料溫度。

（5）溫度產量自協調：由于工藝要求烘干機出口物料溫度不高于80℃即可，因此，通過程序實現了根據烘干機出口物料溫度來自動修正濕渣下料量的功能，達到提高產量、降低消耗的目的。

（6）選粉細度控制∶通過在監控畫面中設定選粉機變頻器的頻率，來控制礦渣微粉的細度。

2.3 上位機監控畫面的制作

操作站監控軟件采用德國西門子公司的WINCC(V 6.0) 工業自動化組態軟件 ，該編程軟件基于Windows XP系統，適用于西門子PLC，可進行離在線編程、監視執行狀態、數據設定等，操作方面、直觀，具有在線跟蹤和程序診斷功能。WINCC的后臺數據庫采用MS SQL SERVER 2000,其運行數據存放在數據片斷中，工程師可以根據尺寸，需求組態最大容量或根據時間周期啟動新的數據庫歸檔片斷。當歸檔數據連續的寫入數據庫，單個數據片斷的尺寸到達或者時間界限到達時，系統會自動開啟另一個數據片斷進行歸檔。當數據片斷的總體尺寸達到最大時，最早的數據片斷就會被覆蓋，重新開始新的歸檔。

在畫面上可顯示生產線各部分及輔助設施的溫度、壓力、流量分布狀況，采集的實時數據，當日及歷史產量報表，實時/歷史趨勢，報警閃爍畫面，顯示和完成各設備的狀態及啟/停操作，完成各調節閥的調節，各系統的自動調節與軟手動調節、硬手動調節的無擾自動切換，各調節閥的操作及調節和保持。各數據的動態顯示等。磨機本體運行畫面如圖6所示。

圖6 立磨系統運行畫面

3 結束語

本系統自2010年運行以來，運行穩定、可靠，操作靈活，滿足了后續生產的需要，也滿足了今后擴大產能的需要，降低了操作人員的勞動強度，大大提高了產量和產品質量，提高了企業核心競爭力。

[1].廖常初.S7-300/400 PLC應用教程，北京：機械工業出版社，2011.6.

[2].SIEMENS.S7-300 PLC用戶使用手冊[G],2004.

[3].西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子Wincc V6，北京航空航天大學出版社，2004.5.

[5].宋超，申飛，基于S7-300PLC與WinCC的DCS控制實驗系統設計，自動化與儀器儀表，2009,4.

[6].陳萬軍.基于以太網的PLC控制網絡研究[D].華中科技大學，2006.