高爐主皮帶除鐵裝置PLC控制改造

周國貞 丁劍鋒 徐化善

摘要：介紹韶鋼7號高爐主皮帶除鐵裝置PLC控制系統的改造實踐，從備件通用性、低改造成本的角度考慮，基于現有的備件庫存，充分挖掘技術潛力，通過重新設計控制程序，實現除鐵裝置功能最大化發揮，達到有效保護主皮帶的目的。

關鍵詞：除鐵裝置;PLC;控制;改造

韶鋼7號高爐采用皮帶供料方式，如果供料主皮帶被原料夾帶的鐵件劃傷或損壞，將會導致高爐斷料甚至停產等重大生產事故。除鐵裝置是用于檢除運行中的皮帶上物料里夾雜的鐵件，防止皮帶被劃裂的一種設備。所以，為高爐上料主皮帶安裝除鐵裝置并確保對其進行可靠、有效的控制是十分必要的。

原除鐵裝置控制系統存在的問題：原采用schneider小PLC控制，該設備使用多年后工作極不穩定，經常“死機”，造成高爐主皮帶缺乏實時可靠的安全防護，存在極大隱患。

基于和其它高爐區域PLC備件的通用性考慮，在現有備件庫存中選用從其它停產產線回收的SIMATIC模塊化微型PLC，型號為6ES7 313-6CF03-0AB0。該PLC具有應用靈活，與高爐工控系統有相同的通訊協議，方便納入同一個工業以太網，且易于操作、編程和維護等優點，可滿足中、小規模的性能要求，是一個低成本的解決方案。

除鐵裝置主要部件包括：金屬探測器、行走小車、電磁吸盤、棄鐵槽、程控柜等，自動電控整流柜采PLC智能控制模塊，與探測器聯鎖使用，整體實現自動化控制。

系統工作示意圖如圖1所示：

PLC硬件選用SIMATIC S7-300系列6ES7 313-6CF03-0AB0，該模塊集成了CPU、通訊模塊和輸入輸出模塊，包括CPU313C-2DP、16個點的DI和16個點的DO。I/O地址的分配見下表：

實施時，首先做好線纜標記，然后拆除原PLC，依次安裝新PLC導軌、電源模塊、CPU以及I/O模塊，通過PLC前連接器將I/O信號接線并連接到端子排，與原標記好的信號線進行對接。

各模塊安裝到位并接通電源之后，需進行PLC硬件組態，即在STEP 7中生成一個與實際的硬件系統完全相同的組態，明確PLC輸入/輸出變量的地址，為設計程序打下基礎，硬件組態編譯后要下載到CPU，PLC將會檢查實際硬件和組態硬件的一致性，確保可有效運行。

此次改造的難點是程序設計。原因是原使用的schneider PLC和改造選用的SIMATIC PLC使用完全不同的編程軟件和語言，且當時schneider PLC程序沒有任何注釋難以理解和消化。所以只能通過除鐵裝置電氣控制原理圖和運行規律進行PLC程序的倒推設計。

在編程語言的選擇方面，梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言，其與電氣控制系統的電路圖很相似，直觀易懂;順序功能圖就是針對順序控制系統的一種專門的設計方法，可提高設計的效率，對程序的調試、修改和閱讀也很方便。此次改造，使用西門子編程軟件Step7 中的梯形圖LAD編寫組織塊程序OB1，用順序功能圖S7 Graph編寫除鐵控制子程序FB5。除鐵控制子程序FB5在組織塊OB1中被調用，CPU對組織塊程序OB1進行循環掃描執行，掃描周期為150ms。

經梳理，程序主要控制流程如下：

在皮帶正常運行時，若輸送的原料中夾雜有鐵件，那么當鐵件隨皮帶通過金屬探測器時（見圖1系統示意圖），金屬探測器立即發出信號給程控柜，程控柜收到信號后便開始計時。經過一定的時間鐵件隨物料經過電磁吸盤下方時， PLC系統精確控制程控柜接通勵磁電源V2（注：V1>V2>V3>V4，V5為反向勵磁），從而將物料表面或夾雜在物料深層的鐵件和一些磁性物料同時吸起。行走小車拖動電磁吸盤移出主皮帶，同時勵磁電壓由V2切換到V4，然后電磁吸盤在電動小車的帶動下運行到中間平臺處，將吸起的物料通過勵磁斷電（V4斷，V5通）卸下。接下來，依據鐵件和磁礦性能的差異，電磁吸盤接通弱勵磁（V3）吸起鐵件送至棄鐵斗釋放（V3斷，V5通），從而將鐵件與礦物料分離。然后，電動小車帶動電磁吸盤返回中間平臺處，用強勵磁V1將平臺上留下的磁礦全部吸起，電動小車帶動電磁吸盤返回主皮帶上，放下物料，至此一個工作周期結束，系統進入待機狀態。

如果電磁除鐵裝置在工作過程中，金屬探測器又探測到新的金屬信號，系統將通過接口與主皮帶PLC控制系統聯鎖，提示皮帶停機。系統正在檢除鐵塊的原程序不變，直到該工作周期結束，系統將再次自動啟動，首先傳送信號給主皮帶開機，同時開始運行第二個除鐵周期。

在初始參數設置方面，因金屬探測器距離電磁吸盤待機位8米，物料輸送皮帶運行速度為2米/秒，則程序中初步設定延時3.5S接通電磁吸盤的勵磁。

部分程序如圖2所示。

參數進一步的調整。PLC程序按流程梳理情況設計完成后，其中涉及到的延時接通勵磁的時間、順序功能圖步與步之間的轉換條件等參數還需根據現場實際反饋的情況來優化調整，認真跟蹤監控、掌握規律，通過不斷測試找到最優的控制參數，參數的優化調整以該裝置能自動有效進行除鐵工作為目標。

經過一段時間的程序和控制線路對接調試，除鐵器控制系統成功投入使用，多次自動將物料中的鐵件檢除，系統的設計完全達到了預期的功能要求，新PLC系統且具有對工業現場的惡劣環境適應性強、可靠性高、監控方便、易于維護等優點，實現了對高爐上料主膠帶機進行實時有效的保護。

參考文獻：

[1]周國貞.煉鐵熱風爐自動控制系統冗余改造的實現.科學與財富，2019年第11卷.

周國貞（1983-），男，壯族，廣西上林人，主要研究方向為自動化與信息化;丁劍鋒（1981-），男，漢族，廣東省茂名市人，主要研究方向為電氣自動化技術與應用;徐化善（1973-），男，漢族，湖北省隨州市人，主要研究方向為電氣自動化技術與應用。