基于PLC控制的高炉自动化上料系统的应用.pdf

工业过程控制系统自动化应用基于PLC控制的高炉自动化上料系统的应用李朝阳（山信软件日照分公司，山东日照2 7 6 8 0 0）摘要：随着当前PLC自动化控制系统的不断完善，其在高炉上料系统中的应用范围也得到了进一步拓展，保障了上料的及时性和准确性，在强化高炉生产质量的同时，提升了高炉的生产效率。本文基于PLC实现高炉上料自动控制的优势，围绕该控制系统的具体应用展开探讨。关键词：PLC，高炉上料系统，自动控制，系统设计中图分类号：TF321.3Application of Automatic Charging System of Blast Furnace Based on PLC ControlAbstract:With the continuous improvement of the current PLC automatic control system,its application scope in the blastfurnace charging system has also been further expanded,ensuring the timeliness and accuracy of charging,which enhancesthe production efficiency of the blast furnace while strengthening the production quality of the blast furnace.This paperdiscusses the specific application of the control system based on the advantages of PLC for the automatic control of blastfurnace charging.Key words:PLC,blast furnace charging system,automatic control,system design文献标识码：ALI Chaoyang(Shanxin Software Rizhao Branch,Rizhao,Shandong 276800,China)0引言高炉作为冶金生产环节的关键设备，所有原材料都需要在高炉中反应加工后才能够得到相应标准和型号的冶金产品。在高炉生产环节，主要是借助上料车和上料皮带将焦炭、矿石以及各种溶剂根据预设比例从炉顶加入高炉中，炉料在高温作用下便会在炉内和焦炭发生氧化还原反应,最终生成冶金产品。在添加各种配料时，若未严格按照既定的比例，就会影响高炉生产产品的质量，不仅会造成经济损失，还会引发安全事故，因此，高炉上料系统非常关键。以往控制高炉上料系统时，需要用到继电器，但继电器的应用会在一定程度上影响控制结果的精准性、耐用性以及抗干扰性，很难满足高炉生产运行要求。对此，需要用到PLC技术积极改造高炉上料系统，确保上料工作的精准开展，达到提升高炉生产效率的目的。1PLC实现高炉上料系统自动控制的优势(1)使用方便。PLC系统的应用,只需使用梯形图等比较简单的编程语言，在不需要计算机知识的前提下，就能够实现控制目标，由此可见，该系统的应用具有操作便捷的优势。同时,PLC系统对需要变动的内容和施工现场的调试工作也比较简单，能够在线修改程序，具有很高的应用价值。（2)功能较强。PLC系统是由上千个编程元件组成的，在这些元件的支撑下，能够快速实现控制功能。与继电器相比,即便继电器的功能和PLC系统相同,但在性价比上,PLC系统更胜一筹，而且还能在通信联网环境下实现分散管控，在集中管理中发挥着非常关键的作用。(3)适应性强。当前科学技术的快速发展为PLC技术的发展创建了良好的环境，从整体上提升了PLC技术的市场应用价值，拓宽了用户的选品范围，能够让用户根据产品的不同性能灵活自由配置,并且重构了系统的功能和规模。同时，PLC系统还具有安装便捷的特点，只需将接线端子连接起来即可,这也是其受众面较广的主要原因。（4)可靠性强。PLC系统的可靠性主要是指其抗干扰性能，在没有使用PLC系统之前，往往用到的是继电器控制方法,这种方法的使用不仅存在触电隐患，同时还耗费时间，而PLC系统的应用，以软件代替了中间继电器和时间继电器,在降低触电隐患的同时,还大大节省了时间。（5)维修方便。PLC系统本身自带故障诊断和显示功能,且其出现故障的概率也相对较小，一旦发生故障，维修人员可根据编程器中的信息精准锁定故障，并分析导致故障的主要原因，及时制定故障排除方案。作者简介：李朝阳，19 8 3年生，工程师，研究方向为自动化仪表及系统。2023/12A期17 3自动化应用工业过程控制系统制系统中，以此来实现对料车、料斗的有效管控，确保高炉2工艺流程及时上料 3。除此之外,构建高炉PLC自动上料系统,必须高炉上料系统是将槽下准备好的材料通过相应的设备供应到炉顶，并将其装入炉内，其整个过程，如图1所示。通常情况下，高炉上料系统是由球团矿仓、烧结矿仓以及杂矿仓组成。烧结矿仓以及球团矿仓通过振动筛的振动作用和杂矿仓经过给料机的作用后，严格按照预先设定的配料料单将烧结矿和焦炭等物料送人到称量料斗进行称量，然后再放料，这些物料最终被传送皮带传送至地坑称量漏斗。此外，4个焦炭仓下方分别有一台振动筛，但是，却没有中间称量漏斗，在振动筛的辅助作用下，物料将会被送至特定的焦炭称量漏斗中。一个地坑一般有4个称量斗，即左矿、左焦、右矿以及右焦。在料车进入料坑后，坑斗就会将物料放入到料车中，在确保物料已经被装满且关闭坑斗闸门后,才会启动料车 2。两台料车必须严格按照生产要求进行槽下物料运输工作，最后在料车卷扬机的作用下将各种物料提升至高炉顶，经布料槽将所有物料均匀分布至炉内。料仓振动筛称量斗一闸门上料小车3高炉自动上料系统的PLC的组成高炉生产通常在高温环境下进行，存在着很大的压力,所以，对PLC自动上料控制系统提出了更高的要求，要求其可靠性达标，这样才能够准确控制相关数据信息，否则，一旦出现数据信息延时或者传输错误的现象，都将影响高炉系统运行的安全稳定，降低高炉的生产质量。通过详细划分PLC自动上料控制系统，可将其分为软件和硬件两个部分。3.1硬件部分模块CPU、P L C控制器、槽架、远程I/O、电缆、网卡以及电源等都是组成高炉PLC自动上料系统的硬件部分。根据硬件系统中各部分的功能不同，可以将其划分为输人、输出以及接收等模块。系统中信息传输主要是借助发送接收模块来实现的，其能够将槽架有效连接起来；开关量输入则经常被用来采集料车以及料斗相关设备运行过程中发出的信号，以此来实时监控上料系统中的各项设备运行情况；输出模块通过将下达的指令传输到相关设备设施和控结合实际情况明确上料系统的特点，并科学配置相关硬件设备设施，最大限度保障系统的合理性和科学性。3.2软件部分PLC自动上料控制系统中的软件部门通常都会用到WinCC和STEP7这类组态软件，这种组态软件的实时监控性能非常好，能够有效管控高炉上料系统。其具体组成包含两个方面。（1)控制软件。软件控制能够有效串联上调系统中的各模块，确保开关量的高质量输入输出。通过细分这部分内容，又可以将其分为上位工控机和CPU这两方面。上位工控机具有监控整个吊装工艺流程的作用，以便管控人员能够明确上料过程中的各项标准参数以及配料的种类等，同时，还能够准确记录运行过程中的相关物料参数。CPU-417H单元发挥着采集、处理和管控信号的作用，通过逻辑控制，能够实现对上料系统的全方位管控。(2)监控软件系统。这部分软件主要实时监控整个上调系统的参数数据以及相关画面，以便能够迅速判断异常数据，锁定异常部位，方便管控人员及时进行处理，尽可能避一受料斗免对高炉正常生产运作造成不利影响 4上密料罐料流调节阀料流阀开角？溜槽倾角图1高炉上料系统示意图4PLC实现高炉上料系统的自动控制系统建立4.1建立PLC工作程序程序编写涉及结构化编程和线性化编程这两个方面布料溜槽炉内的内容。其中,线性化编程程序对存储空间的要求较高,而结构化编程则是将复杂的自动化任务划分成多个部分。为确保PLC控制程序的可读性，就需要加强数据库结构统一性的管控,在Wincc组态时,统一编制变量标签,并将设备状态真实地反映出来。4.2标准组控制块设计对于标准组控制块的管控，需要基于上位机进行设置：(1)要设定启动、停止、故障警告、输出、故障应答与复位；(2)在完成以上信号后，要确保运转信号和故障信号分别能够输出不同的状态字；(3)标准组控制除了要具备正常启停控制功能外，还必须合理设置紧急启停功能 5。4.3控制设备分组对于控制设备的分组，必须严格按照工艺需求做到科学划分，将其分为料车设备控制小组、料仓设备控制小组以及布料器设备控制小组等,并基于标准组控制块来生成背景数据。同时，还需要将设备联锁信号、设备I/O点和标准程序块变量相对应；要确保设备启动与停止顺序的合理性；要合理设计逻辑控制线路与闭环控制；另外,重点关注设备报警信号设置，以便能够及时发现异常情况。4.4称量控制(1)在发出排料指令后,矿石称量斗的闸门随之打开，其中的物料将会有序排出。同时,系统还具有自动料控功74I|自动化应用参考文献工业过程控制系统自动化应用能，即在称量值下降至控制值的5%时，系统就会发出料控PLC系统的自动化控制下实现，在此基础上做好上料过程信号，闸门也将及时关闭，在关闭闸门后，振动筛和给料机的监管工作。具体而言，必须由负责该项工作的工作人员便会进人运作状态，直到称量值重新达到控制值后停止运实时做好上料过程中各项数据的记录工作，并密切观察上作,此时，矿石称量斗中处于满称量状态。如果称量值达到料现场的各项设备运行状态。这个过程中的每一项数据都控制值的110%，此时系统将会自动启动报警信号。在启动必须被高度关注，以便为后续自动化控制整改提供可靠的振动筛和给料机的5 s内还未发出“斗满”信号，系统将向依据，同时这些数据信息还能够在系统出现故障时，为工工作人员自动发出卡料信号 6。(2)中间称量斗。对于中间作人员分析、判断故障提供可靠的依据。因此,确保该环节称量斗的管控，主要从3个方面人手。大型烧结矿类型数据信息的精准性非常关键，要求相关工作人员必须重点的振动筛供料。如果称量斗中没有物料，闸门将自动关闭，关注该部分的设计工作，保障数据质量 8。总之，上料监控系统设置完成后，烧结筛的运转指令就会显现，此时称量工作的落实，能够使系统处于良好的运作状态，比如监控值等于控制值，烧结筛也将处于停机状态，表明称量结束；焦炭称量值、振动筛的使用状态、料车位置、料车批次及车如果称量值达到控制值的110%时，系统将会自动发出报次以及返矿皮带状态，同时还能够监控报警信息，比如，皮警信号；如果在启动振动筛的时候时间有所延迟，即振动带报警、缺料报警、超料报警、闸门报警以及存料报警等。筛的启动时间超过了5 s，系统将发出卡料信号。矿石皮此外，当前的上料监控还有HMI手动操作、HMI自动操作带机类型的供料。如果中间称量斗中没有物料，系统在关以及机旁手动操作这几种类型，为精准上料提供了可靠的好闸门的同时，也会翻转槽下翻板，此时就会发出皮带机保障。运转指令。混装。这种方式是对前两种供料方式的结合，5结语在中间称量斗中没有物料的情况下，闸门关好，槽下翻板翻好，便会发出让皮带机运转的指令。而在结束放料后，就能发出控制大型烧结振动筛的指令，并让皮带机处于停机状态。（3)焦炭称量。对于焦炭称量的管控,在其称量斗中没有物料的情况下，闸门关好，系统设置完成，就会出现焦炭振动筛运转指令，称量工作开始 7。称量工作开始时，如果称量值达到控制值的110%，系统就会发出让振动筛停止工作的指令；而在结束称量工作后，如果称量值达到控制值的110%时，系统将发出报警信号；如果振动筛的启动时间延迟，系统将会发出卡料信号4.5卷扬及炉顶自动化主卷扬机必须在两台电机的协助下运行，并且要严格按照料批程序实现自动化管控。就设备安全方面的联锁控制，在料车运输到料坑底部时，系统将自动发出到位信号，并进入选仓阶段，此时，闸门是打开状态，等到关闭闸门后,系统将自动发出上行信号。对于每一批物料中的第一车料，必须将其输送至密封阀中，并检查密封状态，若未密封好，就必须让料车停止运行，等到所有条件都满足后，才能够根据之前的指令上行，直到物料严格按照原先的计划装入受料斗中。确保物料填满且满足条件后，需要打开放散闸泄压，然后再结束装料工作，关闭密封阀、放散阀以及料斗阀。4.6上料监控在上料机上料过程中，为确保该环节质量满足标准要求，就必须对该环节进行全方位监管。高炉上料需要在综上，在PLC系统的支撑下,借助该系统易于调试、设备使用方便、适应性强以及后期维修便利等优势，将其应用在高炉上料中，实现对上料过程的自动化管控。该系统的应用必须从实际情况出发，结合高炉上料情况设置PLC系统控制方案，不断优化系统运行状态，充分发挥出PLC系统的应用效果，为高炉的高效运转保驾护航,并从整体上提升行业发展过程中的综合效益。1张家东.高炉上料先进控制系统设计及应用 D.大连：大连理工大学,2 0 17.2许波,基于PLC的高炉自动化控制系统设计与研究 J.电脑迷,2 0 17(8):2 0 8-2 0 8.3刘浩宇.高炉上料自动控制系统的设计 D.沈阳：东北大学，2015.4赵斐,卢晓波.探究西门子PLC-400在崇钢高炉自动控制中的应用 J.河北企业,2 0 15(3)：9 9-9 9.5骆炜.高炉皮带上料自动化控制系统研究 J.企业技术开发，2015,34(3):67-68+76.6宋文翠.基于PLC的高炉自动化控制系统的设计与实现 D.天津：河北工业大学，2 0 14.7龚美华.新钢11#高炉炉顶布料控制系统设计与实现 D.沈阳：东北大学，2 0 13.8高兴辉.高炉上料控制系统的研究 D.沈阳：东北大学,2 0 12.（责任编辑：李慧）2023|12A期17 5