鋼鐵原料廠PLC控制系統的設計與應用

劉平凡，張 凱

（1.湖南三一工業職業技術學院，湖南 長沙 410129；2.中冶長天電氣自動化工程技術公司，湖南 長沙 410205）

0 引言

鋼鐵原料廠負責鐵礦的燒結、球團以及對后面的煉鐵、煉鋼進行原料供應，并根據各廠對原燃料的需求量，將各種原料輸送給各廠儲料槽。要使各廠能夠正常運轉，必須合理保證各種原料正常、穩定、高效地供應。

玉溪某鋼鐵公司原料廠的PLC控制系統主要完成以下工作：①受料、卸料、混勻以及燒結、高爐所有膠帶機的料流系統的啟／停操作控制與監視；②混勻配料系統的操作控制與運行監視。本文重點對PLC控制系統的硬件和軟件部分進行詳細介紹。

1 系統硬件構成

本PLC控制系統由中控室和現場PLC控制站組成。現場控制站采用 Modicon TSX Quantum系列PLC、分布式網絡結構、TCP／IP通訊協議。每個控制站由一套PLC控制裝置組成，CPU采用140CPU65150。混勻控制站帶有一個遠程站。電子皮帶秤儀表、變頻器與圓盤給料機變頻器采用PROFIBUS-DP方式與PLC進行通信。

畫面監控軟件采用施耐德公司的Vijeo citect 7.2中文產品，PLC組態編程軟件采用施耐德公司Unity Pro 6.0中文版，設置服務器2套、客戶端8套、瀏覽器端2套。

系統網絡配置如圖1所示。工程師站由1臺工控機組成；操作員站由6臺工控機組成，其中有5臺安裝在中控室，用于完成從受料、卸料、混勻以及燒結、高爐所有皮帶機的物料流轉系統的啟／停控制與監控，還有1臺安裝在配料控制室內，完成混勻配料系統的監控與操作。

系統網絡采用光纖工業以太環網，各PLC控制站設置交換機，堆取料機無線通信裝置通過配料控制室內的交換機連接。

2 軟件組成

整個控制系統軟件分為上位機軟件和PLC控制軟件兩部分。

2.1 上位機軟件

上位機軟件以施耐德公司專用組態軟件Vijeo citect 7.2作為開發平臺，實現對整個系統的監控和數據管理。Vijeo citect 7.2是用于數據采集、監控和信息管理的工業監控軟件包，可以通過工業以太網實現上位機與PLC之間的數據交換。Vijeo citect 7.2采用圖形化操作與監視界面，實現了中文操作，具有動態工藝流程畫面、控制操作、信號超限報警、歷史數據存儲查詢、實時曲線與歷史曲線顯示、操作權限管理等功能。

在本系統中，監控軟件主要包括以下功能：

（1）監控功能：實時監控系統設備的運行狀態。

（2）流程選擇：進行流程顯示、流程選擇，以及流程啟、停、組合等。

（3）參數設置：包括控制參數的設置以及過程回路調節參數設置、系統設備的啟／停參數設置、PID控制參數以及其他各種需要操作的參數的設置。

（4）啟停控制：控制系統順序啟停，對設備單獨調試進行設置和控制。

（5）趨勢曲線：顯示重要參數趨勢曲線。

（6）故障管理：包括控制系統異常狀態自診斷、生產設備事故報警、自動記錄功能等，可對報警、故障信號實時顯示，并進行歸檔和統計。

（7）數據采集及處理：包括除塵風機與10kV電機運行電流、定子和軸承溫度記錄與顯示，以及稱重控制儀表的流量、帶速等數據的采集顯示，并對數據進行歸檔處理。

（8）報表管理：對重要的需要歸檔的數據進行統計和查詢，并以年報表、月報表、日報表或者自由報表形式進行保存或打印。

（9）用戶管理：對登錄系統用戶的權限進行配置，管理員給不同的用戶授予不同的權限，對用戶登錄、退出進行記錄，以防止非工作人員進入系統進行誤操作。

2.2 PLC軟件

采用施耐德編程組態軟件Unity Pro 6.0作為PLC的專用編程軟件，安裝于工程師站上，可以實現程序的在線修改與上傳下載。其主要特點為：①支持5種IEC61131-3標準編程語言；②全面支持中文；③具有更友好的軟件設計界面；④具有自定義的標準化可重用組件，均可以輕松地重復使用，以減少開發和現場安裝時間，從而優化質量并加快研制進程；⑤診斷窗口可以以時間順序清晰地顯示所有系統和應用程序故障；⑥具有廣泛的開放性。PLC軟件的主要功能如下：

圖1 系統網絡配置

2.2.1 流程選擇功能

在流程未啟動之前進行流程選擇，未選中的流程將不能啟動。

流程選擇采用畫面上流程線的顏色變色表示，當某一系統流程被選中時，其相應的畫面上的流程流向箭頭、流程線將變色。若畫面上設備圖形在屏幕上閃爍時，表示該設備不正常（信號或現場開關不到位等），該流程將不能啟動。流程選擇完成后，此選中的流程將保持直到下一次選擇系統流程。設置流程選擇清除按鈕，可用來清除流程選項，在流程啟動和運行中流程選擇清除按鈕無效。有流程交叉（公共切換點）時移動可逆卸料膠帶機、擺式漏斗、可逆皮帶機等設備，流程選擇時不能同時選中兩個流程，除非選擇特殊的流程切換功能。

2.2.2 混勻配料控制功能

混勻配料倉下設圓盤給料機＋配料秤，組成定量給料系統，采用變頻器雙調方式。

配料方式有自動、手動、現場儀表手動三種方式。

自動方式：在畫面上設定各種物料配比，系統自動調節各種物料的給料量。

手動配料方式：在畫面上調節各種物料的給料量。

現場儀表手動配料方式：由機旁儀表設定完成。

2.2.3 排料的控制方式

控制系統與配料秤二次儀表、配料秤變頻器、圓盤變頻器采用DP網絡方式連接傳輸信號，同一個配料倉配料秤、圓盤調速采用雙調控制方式進行排料控制。配料的排料量設定值運算由中控操作員站完成，配料秤的PID控制運算由配料秤的二次儀表完成。排料量設定值信號既可以是經過自動運算得到的，也可以在中控操作員站畫面上手動設定，還可以在現場儀表盤上手動給定。

2.2.4 汽車受料槽鐵礦粉預配料控制功能

16個鐵原料槽槽下給料設備為定量圓盤＋配料秤，定量圓盤給料機、自動配料秤采用交流變頻器雙調調速方式，配料方式設置自動、遠程手動、現場手動三種方式。

自動方式在畫面上給出各物料配比及排料量設定值，系統自動調節各種物料的給料量。設置數據設定畫面，畫面中具有原料配比設定合理性檢查、配比設定、延時設定、累積偏差處理等功能。

遠程手動方式通過中控操作員站的變頻器頻率調節畫面來調節各變頻器的頻率，控制給料量。

現場手動方式由現場操作人員在機旁操作箱上啟動并調節各變頻器的頻率，畫面僅監視設備的啟停狀況。

2.2.5 可逆膠帶機、擺式漏斗、移動卸礦車控制功能

可逆膠帶機（含可逆移動膠帶機）運行方向位置隨畫面流程選擇時可自動選取，也可采用畫面操作和機旁手動操作。

擺式漏斗（溜槽）位置隨畫面流程選擇時可自動選取，也可采用畫面操作和機旁手動操作。

移動卸礦車位置設置畫面手動操作和機旁操作。畫面中可設定和控制移動卸礦車移動距離，并顯示移動卸礦車的位置信息。

畫面設置可逆移動膠帶機、擺式漏斗、移動卸礦車的位置信號，到位信號參與控制。

流程啟動前，如果以上設備不在對應位置，可通過畫面點取操作，將設備運行到位。

2.2.6 其他流程系統功能

除上述功能以外，還具有以下功能：

（1）根據混勻堆料的工藝要求完成對現場堆料機的遠程手動和自動堆料作業。

（2）監視管式膠帶機運行參數，并控制其設備參與相關流程選擇、啟動、停機連鎖。

（3）具有從管式膠帶機出口到粉礦料倉頂部的移動卸礦車（含移動卸礦車的位置定位）及設備的連鎖啟停、流程選擇等控制功能。

（4）具有全廠計量功能：電子皮帶秤帶DP通信接口，通過計算機網絡將計量數值傳輸到中控室計算機，并在畫面上顯示瞬時量、累積量，累積量累積時間＞1年；可對混勻堆料機堆料瞬時量、混勻取料機取料瞬時量、一次料場堆取料機瞬時量、進入管式膠帶機的輸送瞬時流量值設置報警，其報警值為這些設備額定能力的100＋5‰，并自動記錄入報表。

3 結語

本系統投入使用一年多以來，運行穩定可靠，極大地提高了生產率，滿足了燒結、高爐系統對原料的需求。實踐證明，該系統各項功能均達到了設計要求，滿足各項技術指標及控制精度要求，取得了比較好的控制效果。