高爐皮帶上料自動化控制系統研究

駱煒

摘 要：本系統采用西門子S7-400PLC實現高爐的自動備料、自動配料、自動布料，料頭、料尾、料流軌跡實時跟蹤，同時開發出具有高可靠性、穩定性、最大限度開放性的人機接口界面。

關鍵詞：西門子PLC；INTOUCH10.0；自動備料；自動配料；自動布料

中圖分類號：TF321 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0067-02

1 系統主要功能、技術特點

軟件依托強大的工藝支持和自動化設備及理論的發展水平，基于科學的數學建模并聯系現場實際不斷優化模型來指導過程控制系統的程序設計及調試。本系統在過程控制、批量控制、系統間工藝及安全連鎖、工廠維護和信息化等方面均做得比較到位，而配料料單、布料料單均有創新之舉。①槽下自動備料，實時補償稱量誤差，排料順序任意設定，采用余重排料法實現料頭料尾對齊、不斷料，縮短排料時間；②配料料單實現10批自動循環上料，并可隨時插入1批礦或1批焦。料頭、料尾、料流軌跡實時跟蹤。礦批、焦批號，料批總重量、料種實時跟蹤到爐頂；③布料料單實現10圈自動布料。實現α、β、γ角自動調節。根據料線可隨意設定布料料單，并實現礦批、焦批不同料單布料。根據料批總重及布料圈數實現γ角自動調節。爐頂所有設備均實現自動運行。

2 系統硬件組態

系統采用西門子PLC硬件，數字量輸入模塊：6ES7 321-1B

H01-0AA0，數字量輸出模塊：6ES7 322-1BH01-0AA0，模擬量輸入模塊：6ES7 331-1KF01-0AB0，模擬量輸出模塊：6ES7 332-

5HF00-0AB0，爐頂與礦槽共用一個CPU：6ES7 414-3XM05-

0AB0，由于礦槽與爐頂距離較遠，兩者同軸電纜通訊采用光纖通訊。

3 煉鐵原理及系統基本控制思想

煉鐵生產過程是在高爐內進行的一系列復雜的還原反應的過程，爐料（礦石、燃料和熔劑）從爐頂裝入，從鼓風機來的冷風經熱風爐加熱后，形成高溫熱風從高爐風口鼓入，隨著焦炭燃燒產生的熱煤氣流自下而往上運動，而爐料則由上而往下運動互相接觸進行熱交換，逐步還原，最后在爐子的下部還原成生鐵，同時形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水和爐渣，分別由出鐵口和出渣口放出。高爐生產必須要求計算機控制系統能夠很好地保證生產過程的連續性和實時監控性，而且要求數據量最多，所有設備的自動化程度要高。計算機系統要求數據采集周期短，刷新速率快，特別對通訊網絡而言，數據傳輸速率、網絡穩定性和正確性尤為重要。高爐的自動化控制方案，首先應著眼于系統的可靠性、實用性和先進性，并在此基礎上提高系統的性價比。

4 系統總結構

4.1 系統框架圖

高爐皮帶上料自動化控制系統總共有四大子系統，分別為：備料系統、上料系統、料軌跟蹤、布料系統。軟件根據設定料單進行自動備料、上料、布料，在整個上料過程中實現料軌跟蹤，全面減輕操作工的勞動強度，減少操作失誤率，加快上料節奏。其框架圖如圖1所示。

4.2 系統流程圖

系統初始化后，軟件根據配料料單按設定料重、料種自動進行備料，料備好后等待上料命令，上料命令發出后，各料按設定放料順序往高爐爐頂受料斗裝料，同時料批號、料種、料重等料批信息跟隨至爐頂受料斗，料尾到爐頂后，若中間罐料空，受料斗料放入中間罐。布料條件滿足后，中間罐料按設定布料方式自動完成高爐爐料均勻布置，如圖2所示。

5 系統各子系統介紹

5.1 備料系統

操作工拿到料單后，選定好要上的料種，設定好料重。軟件初始化后，若對應料種的稱量斗料空，料斗插板閥在關閉狀態，則相應料種振動篩自動啟動，當料重到達設定料重時，振動篩自動停止，同時相應料種發出料滿信號，完成備料任務，等待上料命令。其流程圖如圖3所示。

5.2 上料系統

系統自動備好料后，當爐頂發出要料命令時，軟件按照設定好的排料順序開始排料，同時產生料頭信號，當料頭信號快到爐頂受料斗時，軟件檢查爐頂受料斗是否有料、上料閘是否關閉，若受料斗無料且上料閘關閉，則料繼續送往爐頂受料斗。若不能通過上密檢查，則上料主皮帶自動停止，礦槽停止排料。當條件滿足后，重新啟動主皮帶，礦槽繼續排料，直到當前料批料尾進入爐頂受料斗，則當前批料完成上料任務。其流程圖如圖4所示。

5.3 料軌跟蹤

系統發出料頭信號的同時，將當前料批的料種（焦炭/礦）、當前料批在料單中的坐標、料頭標志、料的種類、每種料的料重跟隨料流送往爐頂。當料批信息到達受料斗后，在受料斗顯示相關信息，當料尾標志到達受料斗后，受料斗發出料滿信號，上料閘打開后，受料斗料批信息同時送入中間罐并顯示。其流程圖如圖5所示。

5.4 布料系統

料到達中間罐后，根據選定的布料方式進行自動布料。若為環形布料，則按照布料料單中當前料批需要布的環數、每一環布的圈數、料流調節閥在每一環的開度進行布料，按設定的圈數和環數布完后，料流調節閥全部打開，中間罐發料空信號，完成環形自動布料；若為扇形布料，按照布料料單中設定的起始角度、終止角度，溜槽在它們之間來回布料，布料一定時間后，根據中間罐料位或料重，中間罐發料空信號，扇形布料自動停止，完成高爐的扇形布料。其流程圖如圖6所示。

6 人機接口界面設計

高爐皮帶上料自動化控制系統軟件人機接口界面采用InTouch10.0開發，InTouch作為組態軟件，具有高可靠性和穩定性以及最大限度的開放性。其基本的通訊格式包括“快速DDE”和SuiteLink，能方便地連接到各種控制設備。InTouch除了自身帶有數據庫以外，還支持SQL語言，可以方便地與其他數據庫連接。同時，它支持通過ODBC訪問各種類型的數據庫，便于系統的綜合管理。

高爐皮帶上料自動化控制系統人機接口界面主要由工藝流程界面、配料料單界面、布料料單界面、報警界面、歷史趨勢界面組成。各界面之間可以相互切換。工藝流程界面顯示整個上料系統的工藝流程，包括礦槽、爐頂設備的狀態、操作等信息；通過配料料單、布料料單界面設定系統的配料、布料參數；系統報警、故障等信息可以通過報警界面查詢。系統操作記錄、歷史數據、設備狀態等歷史數據均可通過歷史趨勢界面查詢。部分界面如圖7所示。

7 結 語

該系統實現了三電一體化、數據通訊網絡及人機操作接口一體化；在某鋼廠1 500 m3高爐皮帶上料系統上應用以來，系統穩定可靠，操作簡便，設備維護量小，滿足了高爐的各種工藝控制要求，保證了高爐的連續穩定運行。

參考文獻：

[1] 王大海.1 880 m～3高爐主皮帶上料自動控制功能的實現[J].自動化博覽，2011，（S2）.