PLC在煉鐵高爐自控系統中的應用分析

竇迎斌

（河鋼股份有限公司唐山分公司煉鐵廠,河北唐山063000）

1 案例分析

某鋼鐵生產企業1#高爐，原電子控制系統，在上料和下料操作中采用了復式可編程控制器，雖然在一定程度上實現了自動化控制，但由于其他系統仍然采用傳統手動控制模式，高爐設備比較陳舊，運行效率一直得不到有效提升，工藝操作水平比較低，嚴重影響了煉鐵整體生產水平的提高。在2012年對1#高爐系統進行了全方位改造，采用了西門子PLC自動控制，取得了良好的應用效果，值得大范圍推廣應用。

2 系統配置

1#高爐經過系統改造以后，電氣控制部分PLC主機采用西門子S7-400系列的CPU414-2DP，具體配置情況如圖1所示。

從圖1可以清楚看出，改造后自控系統配置可以完成現場數據采集、邏輯運算、連鎖、數據處理等功能，為確保各項工作能順利開展，該控制系統采用兩種網絡連接方式，一種是工業以太網，另一種是Pro f i bus-DP[1]。其中工業以太網以光纜為主干傳輸網絡，然后再通過光纖收發器、交換機等就可以電腦操作，由于在該系統中卷揚沒有設置電腦操作，為高爐自動控制實現奠定堅實基礎。

圖1 煉鐵高爐自控系統配置圖

3 PLC在煉鋼高爐自控系統中的具體應用

3.1 硬件系統的應用

西門子S7-400系列屬于一種比較通用的PLC系統，可有效滿足煉鐵高爐自動化控制和系統運行的需求，可有效滿足不同場合不同工業的需求，具有容易實現分布式配置的特性，可有效滿足實際需求，是目前工業領域應用最廣泛的一種自動化控制系統。在具體應用過程中，采用緊湊的模塊化組合結構。

就案例而言，下位機的PLC是整個CPU的主要控制系統，為實現對煉鐵高爐自控系統運行的全方位控制，采用WINCC6.0進行實時動態監控。并采用Windows XP系統作為主要的控制平臺。在具體應用過程中，為最大限度提升提高整個控制系統運行的穩定性和運行效率，采用了雙纜熱備冗余處理，而下位機則采用雙機雙纜熱備冗余進行控制。在煉鐵高爐自控系統中配置了雙CPU半熱冗余為主機系統，因此，當整個系統在具體運行過程中，CPU就處于帶電運行狀態，如果某一個CPU發生故障難以正常使用，則備用CPU就會立即啟動，有效保證了整個系統運行能夠持續穩定運行。在煉鐵高爐自控系統運行中，兩臺上位機可進行同時工作，在上位機和主機電源之間通過網絡通信系統進行連接，為提高系統硬件的穩定性，需要設置多個遠程站柜，才能實現全方位全過程控制。如果在煉鐵高爐自控系統中上位機和下位機不盡相同，要通過增設光纜的方式實現相互通信。

3.2 軟件系統的應用

3.2.1 STEP7軟件包的應用

案例鐵廠的煉鐵高爐自控系統中，采用Windows XP作為主要操作平臺，在具體編程中采用了西門子STEP7作為軟件包進行使用，在具體應用時直接通過對WICNN進行開發利用，就可以實現對整個設備運行的全方位、全過程控制。大量應用實例表明，PLC系統的主要功能為：可以根據鋼鐵企業實際要求，對所需配料和投放的順序進行自動設置，然后在利用配料車把相關的配料運輸到料斗中，再根據實際配料需求，把不同配料運輸至大高爐內部，就可以實現自動化配料和全方位監控。

3.2.2 代碼設定

在進行槽下配料時，根據具體需求分為多個稱量斗，然后通過對稱分布的方式布設在軌道兩側，當高爐中需要加料時，通過中間配料桶的規定把配料裝入礦斗中。然后通過程序代碼來設定實際稱量，就可以實現自動化稱量，大大提高了配料的效率和準確性。

3.2.3 選擇合理的布料方式

布料方式是實現煉鋼高爐自控的關鍵。根據布料器的實際情況，來選擇與之相適的布料方式，才能滿足實際需求。就案例鋼鐵企業而言，具有PLC的煉鐵高爐自控系統，可實現布料器的變頻控制，而且可以從不同的角度來顯示布料器的狀態和所處的具體位置。但要想實現這一功能，布料系統和槽下系統相互結合，才能對煉鐵高爐上料的全過程進行自動化控制。在自動檢測過程中，還要根據實際加工需求，對布料溜槽的實際旋轉圈數、傾斜角等進行精確控制，可大幅提升操作人員工作的靈活性和便利性。

3.2.4 成像設備的應用

為最大限度上提升煉鐵高爐布料的準確性，可以在爐頂設置一個成像設備，可利用氨氣流套筒進行全方位保護，并在操作室中設置監視器，以便對高爐中運行情況進行全方位控制。布料方式的多樣性，可有效提高布料精確性，而且還能提高利用率，降低成本，除此之外，通過設置成像設備，還可以為高爐的維護養護提供真實有效的數據依據，是目前各大煉鋼高爐自動化控制的主要發展方向。

3.3 HMI監控技術的應用

HMI的中文翻譯為人機界面，在煉鐵高爐自控系統中應用此項技術可以實現集中監視控制，對整個系統運行的參數、數據、信息等進行全方位控制，促使生產人員能夠更加清晰明了地掌握煉鋼高爐的實際運行狀態。而HMI監控可以把整個系統的工藝設備畫面傳輸到相應顯示畫面上，可以對相關設備進行在線控制，發生故障和問題可以及時報警處理，為故障處理提供數據支撐。煉鐵高爐自控系統的操作區域包括：上下料操作、高爐監控操作、熱風爐操作、布袋除塵操作等，通過HMI監控技術可實現各個操作系統的資源和數據共享。大量應用實例表明，在這些操作系統中融入PLC系統和技術，可以把原儀表盤、操作臺等進行全方位控制，不但可以大幅度降低系統發生故障的概率，而且還能對系統運行的實際情況進行實時動態檢測，大大提高了操作的便捷性和效率。

4 結語

綜上所述，本文結合實際案例，深入分析了PLC在煉鐵高爐自控系統中的具體應用，得出以下幾點結論：①PLC技術全球工業事業的發展有非常重要的意義，但PLC系統在具體應用過程中，具有很強的綜合性和系統性，任何一個環節控制不當，都會限制PLC系統性能和作用的發揮，需要應用單位高度重視。②煉鐵高爐自控系統是提高煉鋼效率和質量的關鍵，把PLC技術融入煉鐵高爐自控系統中，不但可以有效提高整個系統運行的效率和質量，而且也是目前煉鐵企業發展的主要趨勢，對提高煉鐵企業的市場競爭力有重要意義。③在煉鐵高爐自控系統中應用PLC，可以實現煉鐵高爐生產全過程、全方位的監督和控制，通過這樣的方式，不但可以大幅度提升高爐的工作效率，而且還能為高爐維修和養護提供真實有效的數據支持，從而有效保證高爐的生產質量和生產效率，可促使高爐的生產更加便捷和穩定，同時也是提高高爐生產工藝的主要途徑，能夠促進我國工業生產領域朝著更加科學、合理的方向發展。應用實例表明，在煉鐵高爐自控系統中融入PLC符合目前我國鋼鐵企業發展標準和規范的要求，值得大范圍推廣應用。