基于PLC控制的高爐礦槽除塵系統設計

聞娜++劉成偉++高勇

摘 要：該文介紹了此次除塵改造的工藝，除塵改造的硬件配置以及西門子編程控制軟件的應用，組態界面的組成及開發過程，通過采用西門子的一整套PLC設備與組態王軟件對煉鐵廠高爐槽下除塵設備進行改造，設計了PLC除塵系統。

關鍵詞：PLC 除塵改造 自動控制 組態王

中圖分類號：TP302.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0071-02

鋼鐵冶煉過程中會產生大量的粉塵，這些粉塵散入到空氣中，會對環境造成很大的污染，如不采取合適的除塵凈化措施，將會嚴重影響周邊環境。另外，高爐周邊溫度高、輻射強度大，也對從事現場工作的工人的安全和健康造成很大的威脅。在目前的除塵凈化系統中，除部分高度自動化的控制系統外，很多采用人工控制或半自動控制，現場的很多除塵閥均由人工手動控制，操作不便、運行成本高且除塵效果差，影響了除塵的效果。

1 系統總體設計

該系統主要針對高爐槽下除塵系統部分進行改造，利用西門子S7-400PLC對高爐槽下配料站、傳送帶、礦倉和除塵裝置等設備進行控制，并對運行情況進行實時監控，在用組態王制作的監控畫面上進行體現和控制，實現高爐礦槽除塵的自動控制。

1.1 工藝概述

礦槽除塵系統主要由配料站、傳送帶、除塵裝置、管道、除塵閥等組成。配料站由傳送帶運送物料裝入和裝出，在運輸過程中根據工藝流程將物料置于礦倉進行貯存，在貯存過程中，啟動礦倉的振動篩，同時除塵閥打開進行除塵。當礦倉貯存物料到一定的物位時，系統將停止送入物料，關閉振動篩，除塵閥延時工作后關閉。當需向外送料時，將礦倉閘板開啟，向傳送帶送料，秤斗出口部位的除塵閥開啟，送料結束后，秤斗出口除塵閥延時工作后關閉。

高爐槽下共有2個雜礦倉、4個燒結礦倉、4個球團礦倉和5個焦炭倉共計15個礦倉；礦倉中置有振動篩，每個礦倉的篩上和篩下分別裝有1個除塵閥，秤斗出口處裝有1組除塵閥，根據除塵系統的實際需要，共設計了45個除塵點，根據各除塵點的類型，分別選擇DN500、DN400、DN350和DN300幾種型號的氣動閥門；現場設有兩組操作箱，分別用于手動控制方式下操作振篩除塵閥門以及礦口除塵閥和放料閘門；控制室中置有一臺工控機作為控制平臺，運行組態王監控軟件，監測系統的運行狀態，并根據需要通過組態軟件對系統的運行狀態進行調整，實現生產過程的自動控制；在配電室中置有PLC控制柜和繼電器柜，繼電器柜裝有繼電器，用于手動方式及故障狀態下控制礦槽振篩、傳送帶、閥門等設備，部分用于自動及手動方式下礦槽振篩、傳送帶、除塵閥門等設備的控制。系統框圖如圖1所示。

1.2 控制要求

系統的控制方式有手動控制方式和自動控制方式兩種，當將操作箱上的轉換開關置于“手動”位置時，可直接利用兩組操作箱上的控制按鈕進行控制，通過對繼電器柜中繼電器的控制來實現傳送帶的運行與停止、除塵閥的開啟與關閉、礦槽振篩的啟動與停止等工作。當將操作箱上的轉換開關置于“自動”位置時，系統將處于自動控制狀態，此時有兩種模式，一種為畫面控制，上位機上運行組態王監控軟件，現場中各設備的運行狀態將通過PLC傳送到上位機中，實現生產過程中信息的實時監控，同時可以在組態王監控軟件中操作可以以命令形式傳遞給PLC，控制系統中各設備的運行；另一種為程序自動控制，這種模式下系統可以在無人操作的情況下用PLC進行全自動控制，運行PLC中預置的程序，PLC控制系統各設備的運行，并將采集到的各設備的狀態信息傳遞給上位機，上位機實現系統中各設備及參數的實時顯示，實現系統的全自動控制；兩種模式可在組態王監控軟件中進行操作切換。系統可根據現場情況，控制閥門、振篩、傳送帶等設備的運行，閥門延時關閉時間等參數可以根據現場需要在軟件窗口中進行調節。

2 控制系統硬件設計

控制系統主要由上位機、主控制器PLC及相關模塊、網絡設備、電源模塊、控制柜、操作箱等組成。

上位機采用工業控制計算機，要求具有較高的性能及可靠性，可以運行Step7系列編程軟件和組態王監控軟件；上位機網卡采用CP1613，用于上位機與以太網的連接和通訊。

主控制器采用面向生產制造和工藝過程的高性能西門子S7-400系列PLC，CPU型號為CPU414H，具有較強的通信功能，帶有PROFIBUS-DP和工業以太網通信模塊，利用PROFIBUS-DP端口連接到總線，用于同分布式I/O模塊間的數據交換。使用CP443-1模塊作為通訊處理器，連接到工業以太網，與上位機之間的連接，構成TCP/IP標準工業以太網總線系統。

由于現場采集點和控制點較多，利用西門子SIMATIC ET200對I/O數量進行擴展，擴展了兩個分布式I/O模塊ET200M。使用IM153-1模塊作為通訊處理器，將分布式I/O模塊連接到總線上，實現與主控制器之間的連接。PLC電源采用西門子專用的電源模塊。主控制器電源采用西門子S7-400專用的電源模塊PS407-0DA，該模塊將發送一個故障信號給CPU，具有后備電池，當系統掉電時，轉由后備電池供電，所有的參數設置和內存里的數據可以保存。分布式I/O模塊ET200M電源采用PS307 5A電源模塊。

3 控制系統軟件設計

控制系統的軟件設計包括上位機的監控界面、程序設計和下位機的PLC程序設計。對于監控軟件，選用亞控科技的專業工業控制組態軟件組態王6.53；編程軟件選用的是西門子的STEP 7編程軟件，用于S7系列PLC配置和編程。

3.1 上位機設計

利用對組態王軟件對系統進行二次開發，根據系統控制要求，用組態軟件系統內部提供的圖形控件庫來繪制模擬的除塵系統，并配合以圖形、動畫、數據等顯示，構成符合整個系統的界面圖形，完成高爐礦槽除塵系統的生產過程的管理和監控，并可顯示溫度、壓力、流量等現場實時數據，可對歷史數據進行記錄、分析和整理，利于生產過程的總結和工藝的優化。本系統共設計了全局控制、參數設置、參數控制、趨勢曲線、實時數據、歷史數據、數據管理等10余幅界面，在每個界面都設置了數個自定義功能按鍵，在運行的過程中可以通過設置相應的功能按鍵便可切換對應畫面并實現相應的控制功能。

3.2 PLC和組態王的通訊

組態王軟件支持與國內外常見的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數據采集板卡等，通過串口、USB接口、以太網、總線、GPRS等常規通訊接口方式進行數據通訊。組態王與PLC的通信采用PPI通訊協議，通過計算機的串行口與PLC進行通信，通過訪問PLC相關寄存器來獲得設備的狀態，通過修改PLC相關寄存器來控制輸出設備工作。在組態王軟件中使用類C語言進行編程，對PLC寄存器和一系列變量進行定義，在定義了變量后，直接利用變量名就可對系統控制、操作顯示、趨勢分析、數據記錄和報警顯示進行讀取和設置。

4 結語

通過采用西門子的一整套PLC設備與組態王軟件對煉鐵廠高爐槽下除塵設備進行改造，提高了礦槽周邊除塵的效率和企業效益，保護了現場操作人員的健康，減輕了煉鐵廠的污染。系統在除塵現場運轉良好，基本實現了無人操作的高效率自動除塵。

參考文獻

[1] 廖常初.S7-300/400PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2] 韓曉新.從基礎到實踐—— PLC與組態王[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3] 王如松.組態軟件應用技術[M].北京：機械工業出版社，2013.endprint