西門子S7-1500PLC在中天鋼渣熱悶處理中的應用

陳革峰

摘 要：中天鋼渣熱悶處理系統采用西門子S7-1500PLC控制系統，實現遠程自動化控制，減少職工的作業強度和人員結構，提高生產作業效率，增加產能。簡要說明西門子S7-1500 PLC控制系統的功能及其軟、硬件構成，網絡結構，主要控制功能等。

關鍵詞：S7-1500PLC；鋼渣；熱悶工藝；提效

APPLICATION OF SIEMENS S7-1500PLC IN STEEL SLAG HOT SEALING TREATMENT OF ZHONGTIAN IRON AND STEEL COMPANY

Chen Gefeng

（Zhongtian Iron and Steel Group （Nantong） Co.， Ltd.? ? Nantong? ? 226151， China）

Abstract：The Zhongtian steel slag heat sealing treatment system uses the Siemens S7-1500 PLC control system to achieve remote automation control， reduce the workload and personnel structure of employees， improve production efficiency， and increase production capacity. Briefly explain the functions， software and hardware composition， network structure， and main control functions of the Siemens S7-1500 PLC control system.

Key words：S7-1500PLC; steel slag; heat sealing process; efficiency improvement

0? ? 引? ? 言

中天鋼鐵集團建設兩條鋼渣處理自動化生產線，保證100%的各類鋼渣得到及時處理并達到環保要求，處理后的鋼渣可滿足煉鋼和其他工序使用的質量要求及其他產業最大限度的高附加值循環利用。

其中一次處理生產線設計規模為年處理轉爐鋼渣132萬t，鑄余渣熱潑17萬t/a，一次處理生產線合計設計規模為149萬t/a。二次處理設計規模為年處理轉爐鋼渣198萬t，鑄余渣熱潑27萬t/a，二次處理生產線合計設計規模為225萬t/a。兩條鋼渣處理自動化生產線實現了鋼渣處理工序的安全性、可靠性、先進性、環保性、完整性，對鋼渣的科學化處理和資源化利用，提高企業經濟效益，減少職工的作業強度和人員結構，貫徹了循環經濟和可持續發展的方針。

1? ? 鋼渣熱悶工藝流程

鋼渣有壓熱悶工藝流程如圖1所示，首先采用輥壓破碎進行處理，破碎完后的鋼渣進入有壓熱悶罐進行熱悶，熱悶后的大塊渣鋼通過振動篩留在渣跨廠房后返回煉鋼，其余尾渣通過膠帶機輸送至篩分磁選線進行二次磁選[1-2]。

輥壓破碎工序主要是完成熔融鋼渣的快速冷卻、破碎，此階段的處理時間約30 min。轉爐車間出渣后由過跨車將渣罐運至鋼渣熱悶處理廠房，經由鑄造起重機將裝有熔融態鋼渣的渣罐吊至渣罐傾翻機上。渣罐傾翻機行走至預定位置傾翻渣罐，輥壓破碎機反復輥壓破碎并打水處理。經過此階段的處理，可將熔融鋼渣的溫度由1 600 ℃左右冷卻至700 ℃左右，最大粒度破碎至300 mm以下。有壓熱悶工序主要是完成經輥壓破碎后鋼渣的穩定化處理，此階段的處理時間約2～3 h左右。通過輥壓破碎后的鋼渣經轉運臺車送至鑄造起重機吊裝位置，經由鑄造起重機吊運至有壓熱悶罐內，罐內熱悶處理之后經由鑄造起重機吊運至卸料區卸料并經皮帶輸送機轉運至鋼渣磁選加工生產線。有壓熱悶處理后鋼渣的穩定性良好，其整個過程基本都是在密閉體系下進行，因此，較現有鋼渣處理技術相比，其潔凈化程度更高，更加環保，并為鋼渣余熱的回收利用創造了條件[3-5]。

2? ? 自動化控制系統

西門子PLC S7-1500系列是西門子PLC系列的高性能產品，它在運行能力，通訊功能，擴展性能，響應速度，顯示功能等方面，相比西門子PLC S7-300系列，西門子PLC S7-400系列都有了大幅提升，在自動化控制系統的配置中提供了更加完備的解決方案。西門子PLC S7-1500為用戶準備了多種CPU，包括緊湊型CPU，用戶可以根據現場需求進行選擇，以便組成更加合理的控制系統。

S7-1500PLC的處理速度更快，診斷能力和安全性更高，不僅可節省成本，提高生產效率，而且安全可靠，維護簡單方便。例如，相對于S7-300/400，S7-1500 PLC采用新型的背板總線技術，采用高波特率和高傳輸協議，使其信號處理速度更快；S7-1500 PLC的模塊集成有診斷功能，診斷級別為通道級，無需進行額外編程，當發生故障時，可快速準確地識別受影響的通道，減少停機時間，這是S7-300/400PLC所無法比擬的。

S7-1500PLC的組態和編程效率更高，信息采集和查看更方便，這也是工程設計人員的福音。由于S7-1500PLC是無縫集成到TIA博途軟件中，無論是硬件組態、網絡連接和上位組態，還是軟件編程，其操作均簡單快捷。而S7-300/400PLC專用組態編程軟件為經典STEP7，上位組態軟件為WinCC，相對于TIA博途軟件，某些操作顯得繁瑣。

2.1? ? 系統硬件配置

在中天鋼渣熱悶處理生產線中，控制系統采用西門子S7-1500系列PLC，CPU選用CPU1515-2PN，30ns的位運算響應速度，2個PROFINET網絡接口，最大支持30Gb存儲卡，作為控制系統的核心滿足現場實時性、擴展性要求。通過西門子IM155-5 PN接口模塊擁有2個RJ45以太網口，可將各個從站進行連接，每個接口模塊可組件30個外圍擴展模塊。其中擴展模塊數字量輸入模塊SM521、數字量輸出模塊SM522、模擬量輸入模塊SM531、模擬量輸出模塊SM532，用于外部設備的連接。系統電源采用PS 60W 120/230V AC/DC，為 S7-1500 的背板總線提供+24V DC工作電壓，用于向CPU以及其擴展模塊提供電源。

主站和從站均安裝在電氣室PLC控制柜內，組成硬件組態網路，硬件組態如圖2所示。MCC柜內控制信號、現場儀表信號等硬接線通信連接至各個PLC柜，實現遠程自動化控制。主站通過光纜，將主站工業網絡交換機與現場熱悶遠程站，泵房、風機等現場遠程站進行連接，組成自動化拓撲結構網絡。環形拓撲結構網絡具有良好的數據傳輸率，并能從鏈路故障中迅速恢復。在一條冗余鏈路被禁用的情況下，環形網絡可有效形成一條線路，并能提供快速和有效的通信。在鏈路故障期間，沒有復雜的重新路由。相反，冗余鏈路激活也簡單——且所有其他鏈路繼續使用系統的默認端口路由。

2.2? ? 系統編程和軟件畫面

控制系統上位機軟件采用西門子博圖TIA PortalV17，博圖軟件的編程語言采用全符號編程，極大提高了程序的可讀性。博圖軟件通過控制器安全級別的保護機制，提高了系統安全，防止通過西門子HMI進行未經授權的訪問，對項目規劃數據、固件文件以及安全通信進行完整性和機密性保護，提高了設備的可用性。西門子PLC S7-1500系列為用戶帶來了更加完善的體驗，它具有優異的控制性能，通訊功能強大，為用戶提供了經濟性好，品質高的自動化控制系統解決方案，工藝流程控制梯形圖如圖3和圖4所示。

PLC程序采用模塊化編程思路，將各個不同的功能邏輯封裝到不同的功能塊（FB）、功能（FC）中，在Main函數（OB1）循環執行程序，用戶程序中可包含多個程序循環OB，程序循環OB以最低優先級等級執行，可被其他事件類型中斷。

程序中將不同功能的設備和電機進行模塊封裝，例如將輥壓系統、熱悶系統、風機系統、水泵電機等，對應不同的FB功能塊和DB數據塊。利用博圖軟件中自帶的PID功能模塊PID_Compact，可以應對大部分的工業閉環調節過程，本項目的液位控制、恒壓控制等，均采用PID功能模塊，設置好相應的PID控制參數，對變量進行自動調節作用。

應用博圖軟件做上位機HMI繪制，可以將PLC的變量與上位機畫面變量直接關聯，不能用的變量和格式不對的地方，也會及時的出現報警提示，其尚未操作畫面如圖5所示。常用的變頻器等控制，直接在博圖里面就可以進行配置、組態和調試，節省了調試時間，提升了調試效率。博圖中的軟件仿真，可以對程序寫好后，可以進行仿真測試，來排除程序中的Bug，提前發現并解決問題，緩解現場調試時的壓力。

3? ? 結? ? 論

目前，中天鋼渣熱燜處理生產線已全線投入運行，并且運營效果良好，應用西門子S7-1500PLC實現遠程自動化控制，減少職工的作業強度和人員結構，提高生產作業效率，增加產能，為進一步實現無人化工廠和數字化管理打下基礎。鋼渣熱燜處理生產線的建設，也符合推動發展方式綠色轉型的方針，強化固體廢物的治理，實現節能減排，取得了良好的經濟效益、社會效益和環境效益。

參考文獻

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