精煉上料全自動控制系統的設計及功能實現

薛軍 靳誼 韋慶志 徐翀

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

上料是煉鋼廠精煉冶煉過程中的重要環節，安鋼第二煉軋廠二期精煉上料系統擔負給兩個LF爐上料的任務。3#LF爐建設時，兩個LF爐的高位料倉由于工藝需要，空間位置進行了互換，上料工靠手動目測操作進行兩個精煉爐的上料。不僅勞動強度大，影響上料效率，且對人身及設備安全也是很大的隱患。為了提高精煉爐上料效率，改善操作人員作業環境，本著可靠性與效率兼顧，同時盡可能滿足操作舒適度的原則對二期精煉上料控制系統進行了設計，實現了對兩個精煉爐上料的全自動控制。

1 精煉上料系統簡介

兩個LF爐高位料倉共32個，為東西兩排對稱分布共16對。每次上料時，地下料倉通過快慢振選擇將料振到提升斗式皮帶上，動力強勁的提升機將料提升到幾十米高的料倉平臺上的大傾角卸料器，料滑到水平2#皮帶上，再通過一個溜槽又下到帶移動下料口的1#皮帶。上料小車帶著下料口移動對準2#或是3#精煉爐上高位料倉再配合小車上翻板閥的動作即可實現對相應料倉的上料。這一系列設備動作在上料時都是逆向啟動的。當要給某一料倉進行上料時，上料小車電機先驅動小車到相應料倉上方，同時電液推桿帶動翻板閥動作對應好相應料倉口(翻板動作是為了選擇接通對準東西側料倉的溜槽)，小車和翻板到位后，啟動1#皮帶電機，再啟動2#皮帶電機，然后是提升皮帶電機，最后地下料倉電振振動將料振到運轉的皮帶上，再輸送到相應料倉里，上料過程結束。

2 控制系統設計

地下料倉電振有高低速的要求，采用變頻器控制，速度值及控制命令都來自硬線控制。提升皮帶電機負荷較大，采用軟啟動控制。1#皮帶機、2#皮帶機、卸料小車行走電機及三通翻板閥的電液驅動電機均由普通接觸器控制。上料控制系統如圖1所示。

圖1 上料控制系統示意圖

由圖1可以看出，用一套400PLC作為控制中心，通過硬線與MCC盤形成控制回路，操控各驅動設備的啟停。主控室操作臺及卸料小車、提升機、皮帶機、地下料倉電振等設備的機旁就地操作箱通過硬線與PLC交換操作指令及狀態指示，檢修或事故時可以就地操控設備啟停。卸料小車在倉頂的位置信號及三通翻板閥到位信號均由接近開關傳遞給PLC，以實現小車自動定位控制。

3 全自動控制功能設計及實現

3.1 信號接入及畫面完善

針對新增料倉與老料倉功能互換問題，對新料倉安裝了控制上料小車定位用接近開關并將信號可靠引入上料PLC。通過修改控制程序及HMI畫面，實現了畫面與所有實際料倉位置一一對應，將輸入3#LF爐控制系統的料位信號通過以太網通訊方式引入上料PLC。所有料倉的位置信號及料位信號得以完善。

3.2 料倉選擇及倉位編碼設計

畫面上每個料倉底部都有一個選擇按鈕，操作工根據上料需要可在畫面上點擊選定想要上料的料倉，選中的料倉下方按鈕相應變為綠色。畫面上方顯示被選中料倉的數字編碼，同時此編碼被傳遞給PLC。PLC通過監視上料小車所在實際料倉頂部行程開關的觸發，利用MOVE語句，可得到小車實際所在倉位編碼。有了目標倉位和實際倉位，啟動自動上料后，PLC指揮小車移動到目標倉位，翻板自動打到需要的一側，再指揮后續皮帶及電振動作，即可實現自動上料控制。因此，合理的編碼規則及控制邏輯是實現上料小車及翻板溜槽自動定位，乃至實現自動上料控制的核心。

兩套LF爐的料倉東西兩排對稱分布共16對，在料倉上方小車行進軌道旁邊設計安裝16個行程開關從1到16編號，來定位從南到北16對料倉。在程序中利用一系列MOVE指令，當小車觸發某個行程開關時，將相對應編碼傳到一個記憶字當中存儲，同時小車也恰好停在相應料倉頂部。其中一個小車位置編碼賦值邏輯如圖2所示。

圖2 小車位置編碼賦值邏輯

上料小車觸發行程開關，把相應倉位編碼傳給MW6。MW6字中存儲了小車的實際倉位。通過點擊選擇按鈕選定料倉后，上位組態軟件WINCC將被選定的料倉編碼傳遞到PLC記憶字MW2中。同樣是按從南到北16對料倉從1到16編碼。

3.3 差值法小車定位控制設計

PLC中用另外一個記憶字MW4用來存儲實際倉位和目標倉位差值，語句表指令如下：

控制邏輯設定為，當MW4大于0時，說明小車在目標倉位南側，自動上料前向北開(前進)，當MW4小于0時，說明小車在目標倉位北側，自動上料前向南開(后退)。當小車位置在目標倉位南側，自動上料開始時，系統檢測到MW4大于0，則驅動小車前進，小車前進過程中因為觸碰相應料倉頂的行程開關，MW6的值一直在增加，直到觸碰了目標倉位行程開關，MW6=MW2則MW4=0。MW4大于0的條件終止，小車停止前進，剛好停在了目標倉位以上。

控制小車前進的那行指令中串入MW4大于0的條件，只要系統打到畫面集中操作，不管是自動還是畫面手動控制，都可以將小車開到目標倉位自動停下。

3.4 三通翻板閥自動控制

目標倉位與實際倉位編碼差值法，可實現小車到某一對倉位的控制，正確選擇東西料倉還需要三通翻板閥自動打到需要上料的料倉一側來實現。

設一個與畫面連接的記憶位，它是由畫面按鈕賦值的，如果操作工選擇了西側料倉，則在WINCC中一律給記憶位賦1，因為畫面與現場料倉位置一一對應，在畫面組態時很容易區分。將記憶位串入三通閥向西側打通的控制命令行中，當系統自動啟動時，如果選擇了西側的料倉，而三通閥不在西側導通狀態，會自動向西側打到位。

為了避免自動時小車和翻板同時動作導致翻板閥殘余料漏到平臺上，在小車前進后退控制指令行里加上三通閥到位延時控制。延時到位信號可以通過兩個時間繼電器實現，如圖3所示。

圖3 三通閥到位延時信號

三通閥本身不是在東側位就在西側位，如果不加延時到位信號，則一有自啟動信號，三通閥本身到位信號(西側通或東側通)是接通狀態，小車會同時前進或后退。而有了延時到位信號，一開始給了三通閥2 s啟動時間，小車保持不動，10 s內三通閥到位信號一來，再啟動小車行進。三通閥打到位后再啟動小車前進，不影響連鎖動作，避免小車行進過程中三通閥殘余料漏料。

3.5 自動上料連鎖設計

在單體設備控制功能實現的基礎上對自動連鎖控制進行設計，需要上料時，操作工從HMI畫面上點選相應的料倉選擇按鈕，將操作方式打到自動，再點擊“連鎖啟”。在自動模式下，PLC控制各設備啟停都是靠連鎖條件。首先系統判斷操作工點選的是西側料倉還是東側料倉，再比較三通閥實際位置，如果不一致則驅動三通閥到需要的一側。三通閥到位后，系統根據實際倉位編碼與目標倉位編碼差值MW4的正負，驅動小車前進或后退，直到MW4=0，即小車到了目標倉位。然后PLC再發指令給馬達控制中心，依次啟動1#皮帶、2#皮帶、提升皮帶及地下料倉電振(快慢振是操作工提前設置好的)，上料的物理通路全部運轉，料自動上到需要的料倉里。操作工判斷料流全部加入目標料倉后，在畫面上點擊“連鎖?！?，PLC會自動指揮從地下料倉電振到1#皮帶依次停止運轉(停止順序與啟動順序相反，是為了防止堆料事故)，整個自動上料過程結束。

4 效果分析

1)精煉上料全自動控制系統的應用，使得上料生產工在操作室內即可完成對兩個LF爐上料系統的監視和全部操作，從根本上改善了操作人員的勞動條件和工作環境，減輕了操作人員的勞動強度。

2)上料自動控制功能的實現，加快了精煉爐生產與后道工序之間的生產節奏，提高了生產效率。

3)實現全自動后，正常生產時上料設備都是連鎖運行，人為干預很少，大大增加了設備運行可靠性，減少了維修工作量，保障了操作人員及設備安全。

4)系統實現了連鎖啟動時上料小車與三通閥的延時動作，避免了殘余料漏到平臺上，有效保障了清潔生產，體現了以人為本的生產理念。

5 結語

全新設計的精煉上料控制系統實現了對兩個精煉爐上料的全自動控制，控制邏輯設計合理，經過自主研發，調試投運，使得精煉上料控制系統可靠穩定，為安鋼第二煉軋廠二期精煉爐冶煉工藝環節順行打下了堅實的基礎，在同類企業上料自動控制系統應用當中具有很好的推廣價值。

［1］ 馬竹梧.鋼鐵工業自動化—煉鋼卷［M］.北京：冶金工業出版社，2003：215-220.

［2］ 郭艷萍.電氣控制與PLC應用.北京：人民郵電出版社，2010：37-40.