智能布料控制管理系統(tǒng)在高爐槽上料倉(cāng)中的應(yīng)用

董江波

（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院， 河北 石家莊 050000）

1 系統(tǒng)范圍

高爐料倉(cāng)類(lèi)型分為焦炭倉(cāng)、礦倉(cāng)；高爐料倉(cāng)共20個(gè)（見(jiàn)圖1）；移動(dòng)布料小車(chē)有3 臺(tái)（各用1 個(gè)溜槽）；小車(chē)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(cāng)智能布料控制管理系統(tǒng)功能

2.1 動(dòng)畫(huà)監(jiān)控

上位CRT 站提供強(qiáng)大的監(jiān)控功能，包括工藝流程監(jiān)視、料位顯示、小車(chē)實(shí)時(shí)位置、操作畫(huà)面、記錄報(bào)表畫(huà)面、通信監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置等。

工藝流程監(jiān)視畫(huà)面顯示輸料工藝流程的全貌、局部圖、工藝流程監(jiān)視用主菜單等。工藝流程畫(huà)面的重要作用是可實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備的狀態(tài)（運(yùn)行、停止、故障等），并可在上位畫(huà)面中用不同的顏色標(biāo)識(shí)出不同的狀態(tài)（紅色表示停止，綠色表示運(yùn)行等）。操作人員可以通過(guò)操作鼠標(biāo)或鍵盤(pán)，方便、快速地在上位站上切換流程畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)工藝流程監(jiān)視。

2.2 多種控制方式

智能布料系統(tǒng)提供現(xiàn)場(chǎng)本地控制、HMI 遠(yuǎn)程、HMI 半自動(dòng)、HMI 全自動(dòng)四種控制模式，可實(shí)現(xiàn)自由切換控制，從而保證布料過(guò)程在任何情況下都能正常運(yùn)行，不影響生產(chǎn)。

本地控制：保留現(xiàn)有遙控或操作箱操作模式。

HMI 遠(yuǎn)程控制：在現(xiàn)有小車(chē)控制箱上添加旋鈕開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)布料小車(chē)的遠(yuǎn)程操作，包括點(diǎn)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)、后退、停止等。

HMI 半自動(dòng)控制：現(xiàn)場(chǎng)切換到遠(yuǎn)程情況下，可在上位機(jī)上選定操作模式為半自動(dòng)模式，然后選定目標(biāo)倉(cāng)，布料小車(chē)將會(huì)自動(dòng)走行至目標(biāo)倉(cāng)。

HMI 全自動(dòng)控制：每次更換料種時(shí)，在上料之前，通過(guò)人工選定上料料種，小車(chē)會(huì)自動(dòng)查找該料種對(duì)應(yīng)料位的最低倉(cāng)，并將其作為目標(biāo)倉(cāng)進(jìn)行下料；當(dāng)目標(biāo)倉(cāng)到達(dá)設(shè)定高料位時(shí)，小車(chē)便自動(dòng)查找下一個(gè)相鄰?fù)N料倉(cāng)，以作為下一個(gè)目標(biāo)倉(cāng)，直到所有相鄰?fù)N料都處于高料位后，報(bào)警提示停止進(jìn)料。

2.3 安全聯(lián)鎖

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料系統(tǒng)的自動(dòng)聯(lián)鎖，布料系統(tǒng)設(shè)備與運(yùn)料系統(tǒng)設(shè)備均遵循逆料流方向啟動(dòng)、順料流方向停止的原則。半自動(dòng)控制情況下，只有當(dāng)布料系統(tǒng)的布料小車(chē)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)料倉(cāng)，布料備妥后，方可發(fā)出運(yùn)料系統(tǒng)啟動(dòng)允許的指令，指令與皮帶ProfiNET 遠(yuǎn)程IO擴(kuò)展模塊進(jìn)行通訊，將運(yùn)料系統(tǒng)與布料系統(tǒng)進(jìn)行畫(huà)面整合（由甲方技術(shù)人員配合）。

碰撞聯(lián)鎖：在小車(chē)的走行最大位置和最小位置加裝限位開(kāi)關(guān)，共設(shè)2 套極限開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖，對(duì)編碼電纜走行定位進(jìn)行冗余檢測(cè)，防止碰撞。

檢修聯(lián)鎖：每個(gè)倉(cāng)都可以設(shè)定為檢修倉(cāng)，在檢修倉(cāng)狀態(tài)下，小車(chē)不會(huì)在該倉(cāng)停車(chē)進(jìn)行下料。

堵料聯(lián)鎖：在布料小車(chē)兩側(cè)溜槽和頂部漏嘴處安裝堵料開(kāi)關(guān)，在下料過(guò)程中，如果檢測(cè)到堵料開(kāi)關(guān)信號(hào)，上位機(jī)則會(huì)提示異常報(bào)警，甚至?xí)?lián)鎖停機(jī)。

高料位預(yù)警：增加安全聯(lián)鎖功能，當(dāng)料倉(cāng)達(dá)到高料位之后，上位機(jī)提供報(bào)警。

布料小車(chē)故障預(yù)警：在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，布料小車(chē)如若異常運(yùn)行，上位機(jī)會(huì)提供報(bào)警，緊急情況下則會(huì)聯(lián)鎖停機(jī)。

需要注意的是，以上聯(lián)鎖均可解除。

2.4 系統(tǒng)設(shè)置

料倉(cāng)剎車(chē)值設(shè)置。由于現(xiàn)場(chǎng)小車(chē)在走行過(guò)程中溜車(chē)和皮帶拉力等情況會(huì)發(fā)生不斷變化，用戶(hù)可通過(guò)調(diào)整小車(chē)在各個(gè)料倉(cāng)的左右剎車(chē)值來(lái)確保小車(chē)的精準(zhǔn)定位。當(dāng)小車(chē)超過(guò)目標(biāo)值時(shí)，將剎車(chē)值調(diào)大；當(dāng)小車(chē)不及目標(biāo)值時(shí)，減小剎車(chē)值。

下料范圍設(shè)置。當(dāng)用戶(hù)認(rèn)為系統(tǒng)對(duì)料倉(cāng)范圍規(guī)劃不合理時(shí)，可自行修改料倉(cāng)的范圍值，其中包括料倉(cāng)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(shè)定。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生成情況設(shè)定高低料位限值，也可自行設(shè)定高料位和低料位值。料位高于高料位或低于低料位的時(shí)候會(huì)報(bào)警，料位顯示為紅色。

2.5 其他功能

1）現(xiàn)場(chǎng)料位儀控制接入PLC 系統(tǒng)，在主控室能準(zhǔn)確查看各倉(cāng)實(shí)時(shí)料位，并在畫(huà)面上實(shí)時(shí)模擬出卸料小車(chē)的運(yùn)行過(guò)程和真實(shí)軌跡；系統(tǒng)可同時(shí)顯示中控和現(xiàn)場(chǎng)操作室的通信狀態(tài)（正常/故障）。

2）具有布料小車(chē)倉(cāng)號(hào)自動(dòng)識(shí)別功能，可實(shí)現(xiàn)無(wú)檢測(cè)盲區(qū)、無(wú)累計(jì)誤差的絕對(duì)位置檢測(cè)，無(wú)需設(shè)定基準(zhǔn)位置，上電即可檢測(cè)絕對(duì)位置。

3）布料系統(tǒng)提供下料記錄、設(shè)備動(dòng)作日志、遠(yuǎn)程操作日志、錯(cuò)誤日志、料位變化趨勢(shì)圖等多種圖形報(bào)表，確保作業(yè)過(guò)程可管理、可追溯。

4）增設(shè)視頻監(jiān)控，在布料小車(chē)四周增加攝像頭，將監(jiān)控畫(huà)面?zhèn)骰丶厥遥瑢?shí)現(xiàn)與上位機(jī)動(dòng)畫(huà)冗余監(jiān)視，增加安全保障。

5）保留原小車(chē)現(xiàn)場(chǎng)控制功能，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，以確保在非常情況下，可由操作工在現(xiàn)場(chǎng)操作卸料小車(chē)。

6）當(dāng)小車(chē)受到外力影響或發(fā)生機(jī)械故障而溜車(chē)移動(dòng)了一定范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將小車(chē)開(kāi)到原下料點(diǎn)并予以報(bào)警提示，防止小車(chē)溜出下料點(diǎn)而發(fā)生撒料、混料。特別嚴(yán)重情況下（超出下料范圍）可聯(lián)鎖皮帶停機(jī)，并予以報(bào)警提示。

7）完成雷達(dá)料位計(jì)安裝及檢測(cè)。將雷達(dá)料位安裝到最佳位置，料位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由雷達(dá)料位儀進(jìn)行采集，料位數(shù)據(jù)是控制下料的最關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一，而雷達(dá)料位儀容易出現(xiàn)粉塵干擾、料位變化、反應(yīng)周期長(zhǎng)等異常，所以需對(duì)料位數(shù)據(jù)進(jìn)行多方式輔助檢測(cè)，保證料位的準(zhǔn)確性。

3 主要硬件指標(biāo)

3.1 計(jì)算機(jī)

品牌為戴爾（以下配置僅為最低要求）；數(shù)量2臺(tái)；CPU 為I7；內(nèi)存16 GB；硬盤(pán)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(tǒng)為Windows 7 及以上；編程軟件采用上位機(jī)經(jīng)典版WINCC 7.5+博途V16；滿(mǎn)足兩臺(tái)電腦可同步操作、不分主次的操作要求。

3.2 PLC

型號(hào)品牌為西門(mén)子。采用西門(mén)子1 500，采用模塊化和插入式結(jié)構(gòu)；機(jī)柜內(nèi)的模件應(yīng)能帶電插拔而不損壞，而且不影響其他模件正常工作。

每個(gè)數(shù)字量的I/O 通道都應(yīng)是相互隔離的，每個(gè)模擬量I/O 通道都有相應(yīng)的信號(hào)隔離器，且模塊AIAODIDO 點(diǎn)有15%富余量。

3.3 編碼電纜定位系統(tǒng)

編碼電纜技術(shù)指標(biāo)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(diǎn)，粉塵區(qū)域非破壞性耐用時(shí)間＞5 年，位置檢測(cè)精度≤2 mm。

天線(xiàn)箱技術(shù)參數(shù)：有效接收距離為3～30 cm。

開(kāi)關(guān)電源技術(shù)參數(shù)：工業(yè)電源用于供給系統(tǒng)定位部分各部件的直流穩(wěn)壓電源，有+24 V、-24 V、+15 V、-15 V、+5 V 等5 路直流穩(wěn)壓輸出，功率＞75 W。

3.4 雷達(dá)料位儀

雷達(dá)料位儀數(shù)量為20 臺(tái)，主要用于料倉(cāng)倉(cāng)位的測(cè)量，尤其適用于高粉塵、高水汽環(huán)境。其具體技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 雷達(dá)料位儀技術(shù)指標(biāo)

3.5 軟件規(guī)格

1）提供一套完整的應(yīng)用程序軟件，包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序和性能計(jì)算程序。

2）所有的算法及系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)儲(chǔ)存在處理器模件的非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，執(zhí)行時(shí)不必重新裝載。

3）監(jiān)控系統(tǒng)的所有控制、監(jiān)視、報(bào)警和故障的判斷等功能，由上位機(jī)主機(jī)提供，且在LCD 上顯示和監(jiān)視。

4）順序控制邏輯采用邏輯圖或梯形圖的形式進(jìn)行編輯，并能打印邏輯圖。

5）事故報(bào)警功能應(yīng)能使運(yùn)行人員方便地辨別和解決各種問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，越來(lái)越多的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)更加重視上料系統(tǒng)的智能化。本文的智能布料控制管理系統(tǒng)給高爐槽的上料提供了極大的方便，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也希望能給廣大的鋼鐵一線(xiàn)的從業(yè)人員提供相關(guān)參考。