智能布料控制管理系統在高爐槽上料倉中的應用

董江波

（中鋼石家莊工程設計研究院， 河北 石家莊 050000）

1 系統范圍

高爐料倉類型分為焦炭倉、礦倉；高爐料倉共20個（見圖1）；移動布料小車有3 臺（各用1 個溜槽）；小車走行距離分別為70 m、40 m、55 m。

圖1 礦槽分布示意圖

2 料倉智能布料控制管理系統功能

2.1 動畫監控

上位CRT 站提供強大的監控功能，包括工藝流程監視、料位顯示、小車實時位置、操作畫面、記錄報表畫面、通信監控、系統設置等。

工藝流程監視畫面顯示輸料工藝流程的全貌、局部圖、工藝流程監視用主菜單等。工藝流程畫面的重要作用是可實時顯示各設備的狀態（運行、停止、故障等），并可在上位畫面中用不同的顏色標識出不同的狀態（紅色表示停止，綠色表示運行等）。操作人員可以通過操作鼠標或鍵盤，方便、快速地在上位站上切換流程畫面，實現工藝流程監視。

2.2 多種控制方式

智能布料系統提供現場本地控制、HMI 遠程、HMI 半自動、HMI 全自動四種控制模式，可實現自由切換控制，從而保證布料過程在任何情況下都能正常運行，不影響生產。

本地控制：保留現有遙控或操作箱操作模式。

HMI 遠程控制：在現有小車控制箱上添加旋鈕開關，可實現布料小車的遠程操作，包括點動小車前進、后退、停止等。

HMI 半自動控制：現場切換到遠程情況下，可在上位機上選定操作模式為半自動模式，然后選定目標倉，布料小車將會自動走行至目標倉。

HMI 全自動控制：每次更換料種時，在上料之前，通過人工選定上料料種，小車會自動查找該料種對應料位的最低倉，并將其作為目標倉進行下料；當目標倉到達設定高料位時，小車便自動查找下一個相鄰同種料倉，以作為下一個目標倉，直到所有相鄰同種料都處于高料位后，報警提示停止進料。

2.3 安全聯鎖

系統可實現運料系統的自動聯鎖，布料系統設備與運料系統設備均遵循逆料流方向啟動、順料流方向停止的原則。半自動控制情況下，只有當布料系統的布料小車對準目標料倉，布料備妥后，方可發出運料系統啟動允許的指令，指令與皮帶ProfiNET 遠程IO擴展模塊進行通訊，將運料系統與布料系統進行畫面整合（由甲方技術人員配合）。

碰撞聯鎖：在小車的走行最大位置和最小位置加裝限位開關，共設2 套極限開關聯鎖，對編碼電纜走行定位進行冗余檢測，防止碰撞。

檢修聯鎖：每個倉都可以設定為檢修倉，在檢修倉狀態下，小車不會在該倉停車進行下料。

堵料聯鎖：在布料小車兩側溜槽和頂部漏嘴處安裝堵料開關，在下料過程中，如果檢測到堵料開關信號，上位機則會提示異常報警，甚至會聯鎖停機。

高料位預警：增加安全聯鎖功能，當料倉達到高料位之后，上位機提供報警。

布料小車故障預警：在自動運行狀態下，布料小車如若異常運行，上位機會提供報警，緊急情況下則會聯鎖停機。

需要注意的是，以上聯鎖均可解除。

2.4 系統設置

料倉剎車值設置。由于現場小車在走行過程中溜車和皮帶拉力等情況會發生不斷變化，用戶可通過調整小車在各個料倉的左右剎車值來確保小車的精準定位。當小車超過目標值時，將剎車值調大；當小車不及目標值時，減小剎車值。

下料范圍設置。當用戶認為系統對料倉范圍規劃不合理時，可自行修改料倉的范圍值，其中包括料倉的最大位置、最小位置、下料位置、最大下料位置、最小下料位置等。

料位值設定。可根據現場實際生成情況設定高低料位限值，也可自行設定高料位和低料位值。料位高于高料位或低于低料位的時候會報警，料位顯示為紅色。

2.5 其他功能

1）現場料位儀控制接入PLC 系統，在主控室能準確查看各倉實時料位，并在畫面上實時模擬出卸料小車的運行過程和真實軌跡；系統可同時顯示中控和現場操作室的通信狀態（正常/故障）。

2）具有布料小車倉號自動識別功能，可實現無檢測盲區、無累計誤差的絕對位置檢測，無需設定基準位置，上電即可檢測絕對位置。

3）布料系統提供下料記錄、設備動作日志、遠程操作日志、錯誤日志、料位變化趨勢圖等多種圖形報表，確保作業過程可管理、可追溯。

4）增設視頻監控，在布料小車四周增加攝像頭，將監控畫面傳回集控室，實現與上位機動畫冗余監視，增加安全保障。

5）保留原小車現場控制功能，由轉換開關進行切換，以確保在非常情況下，可由操作工在現場操作卸料小車。

6）當小車受到外力影響或發生機械故障而溜車移動了一定范圍時，系統會自動將小車開到原下料點并予以報警提示，防止小車溜出下料點而發生撒料、混料。特別嚴重情況下（超出下料范圍）可聯鎖皮帶停機，并予以報警提示。

7）完成雷達料位計安裝及檢測。將雷達料位安裝到最佳位置，料位實時數據由雷達料位儀進行采集，料位數據是控制下料的最關鍵數據之一，而雷達料位儀容易出現粉塵干擾、料位變化、反應周期長等異常，所以需對料位數據進行多方式輔助檢測，保證料位的準確性。

3 主要硬件指標

3.1 計算機

品牌為戴爾（以下配置僅為最低要求）；數量2臺；CPU 為I7；內存16 GB；硬盤1 為1 TB+128 GB；顯示器為24″彩色LCD；分辨率不小于1 920×1 200。

操作系統為Windows 7 及以上；編程軟件采用上位機經典版WINCC 7.5+博途V16；滿足兩臺電腦可同步操作、不分主次的操作要求。

3.2 PLC

型號品牌為西門子。采用西門子1 500，采用模塊化和插入式結構；機柜內的模件應能帶電插拔而不損壞，而且不影響其他模件正常工作。

每個數字量的I/O 通道都應是相互隔離的，每個模擬量I/O 通道都有相應的信號隔離器，且模塊AIAODIDO 點有15%富余量。

3.3 編碼電纜定位系統

編碼電纜技術指標要求如下：編碼電纜具有阻燃、耐老化、耐寒、耐高溫（100 ℃）特性，以及不怕雨水、耐酸堿腐蝕等特點，粉塵區域非破壞性耐用時間＞5 年，位置檢測精度≤2 mm。

天線箱技術參數：有效接收距離為3～30 cm。

開關電源技術參數：工業電源用于供給系統定位部分各部件的直流穩壓電源，有+24 V、-24 V、+15 V、-15 V、+5 V 等5 路直流穩壓輸出，功率＞75 W。

3.4 雷達料位儀

雷達料位儀數量為20 臺，主要用于料倉倉位的測量，尤其適用于高粉塵、高水汽環境。其具體技術指標如表1 所示。

表1 雷達料位儀技術指標

3.5 軟件規格

1）提供一套完整的應用程序軟件，包括實時操作系統程序、應用程序和性能計算程序。

2）所有的算法及系統的參數應儲存在處理器模件的非易失性存儲器內，執行時不必重新裝載。

3）監控系統的所有控制、監視、報警和故障的判斷等功能，由上位機主機提供，且在LCD 上顯示和監視。

4）順序控制邏輯采用邏輯圖或梯形圖的形式進行編輯，并能打印邏輯圖。

5）事故報警功能應能使運行人員方便地辨別和解決各種問題。

4 結語

隨著自動化程度的不斷提高，越來越多的鋼鐵生產企業更加重視上料系統的智能化。本文的智能布料控制管理系統給高爐槽的上料提供了極大的方便，提高了生產效率，同時也希望能給廣大的鋼鐵一線的從業人員提供相關參考。