文章主要介紹了基于S7-400/300 PLC系統(tǒng),，對漢鋼2#高爐的自動化控制進(jìn)行改造，闡述了系統(tǒng)硬件構(gòu)成,、軟件配置" title="軟件配置">軟件配置,，如何實現(xiàn)高爐配料、送料工藝過程自動化和爐膛溫度控制,，通過人機(jī)操作界面實現(xiàn)了高爐集中監(jiān)控,，大大提高了冶煉過程自動化程度和節(jié)能環(huán)保高效。
概述
高爐的原有電氣控制系統(tǒng),，僅槽下上料系統(tǒng)使用富士的可編程控制器進(jìn)行控制,，其他系統(tǒng)仍為傳統(tǒng)儀表盤面顯示各生產(chǎn)參數(shù)手動控制操作，爐頂上料采用大小鐘配合料車自動控制上料的模式,。該高爐控制設(shè)備" title="控制設(shè)備">控制設(shè)備陳舊,，除了2006年曾對槽下做過一些升級改造將其改造為西門子S7-300可編程控制器控制,，并使用 Step7和winCC重新編制控制程序與操作界面外其它部分大大落后于當(dāng)今的高爐控制水平，制約了生產(chǎn)成本的降低及工藝操作水平,，影響了煉鐵整體生產(chǎn)水平,，因此，漢鋼于2008年對2#高爐系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造,，全系統(tǒng)采用西門子PLC自動控制,。爐頂上料形式保留料車上料方式，將高爐大小鐘投料方式改為無料鐘投料方式,。
1 系統(tǒng)配置
改造后系統(tǒng)電氣控制部分PLC主機(jī)采用西門子S7-400系列的CPU414-2DP,，各遠(yuǎn)程站采用S7-300系列的CPU及10模塊，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,、邏輯運(yùn)算,、聯(lián)鎖" title="聯(lián)鎖">聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)處理及輸出執(zhí)行指令等功能,。系統(tǒng)采用2種網(wǎng)絡(luò)連接方式：工業(yè)以太網(wǎng)和ProfibuS-DP" title="ProfibuS-DP">ProfibuS-DP總線網(wǎng)絡(luò),。硬件配置如圖1所示。
以太網(wǎng)采用光纜作為主干傳輸網(wǎng)絡(luò),，通過光纖收發(fā)器,、交換機(jī)用雙絞線連接各操作站電腦；卷揚(yáng)沒有設(shè)置電腦操作,，因此直接采用ProfibuS-DP總線連接至遠(yuǎn)程站,。
2 軟件配置及實現(xiàn)方法
系統(tǒng)軟件在WindowsXP操作環(huán)境下運(yùn)作。編程軟件" title="編程軟件">編程軟件采用西門子STEP7編程軟件包,，用梯形圖邏輯語言實現(xiàn)控制軟件的開發(fā)與應(yīng)用,。人機(jī)界面用WinCC V6.0軟件開發(fā)組成監(jiān)控站，監(jiān)視,、控制設(shè)備和自動化過程,。
主要功能：
按高爐生產(chǎn)需要設(shè)定的配料順序自動地將爐料配好裝入焦斗和礦斗中，通過料車送到爐頂,，再按不同布料要求將爐料自動布入爐內(nèi),，實現(xiàn)了整個給料、稱量,、配料,、輸送、布料過程全自動,。
槽下配料與自動稱量
槽下共14個稱量斗,，對稱分布于上料小車軌道兩側(cè)，緊挨軌道兩側(cè)是兩個焦炭稱量斗,，隨后每邊依次排列六個稱量礦斗,，同時在軌道兩側(cè)還有兩個左右中間礦斗,。工藝畫面如圖2所示。
配料分設(shè)左中問斗備料和右中問斗備料,，分別用以設(shè)定裝入左中問礦斗,、右中間礦斗的稱量斗代碼——也就是說每個礦石振動篩根據(jù)所對應(yīng)的每個稱量斗所設(shè)定的稱料重量來振料，然后通過左右中問斗備料代碼來選擇需要下料的稱量斗,，再通過1#,、2#皮帶將需要的料分別裝入左右中間礦斗，以備料車到達(dá)料坑時裝入料車,。左右中間斗空后,，備料指針后移，進(jìn)行下一個備料行為,，形成一個獨(dú)立的循環(huán),。各種料的稱料重量、料種在界面中各個稱斗中設(shè)置,。各振篩根據(jù)本稱量斗所設(shè)置稱量定值及稱量斗滿、空信號自動備料,，并自動進(jìn)行稱量補(bǔ)償,、修正定值、稱量值零點校正,、余振值測定,、稱量斗料空后延時關(guān)閘門等控制。配料代碼隨時可由操作員在線設(shè)定修改,。界面中還有料批設(shè)定,，可共設(shè)定A、B,、C,、D、E,、F六種料批,，每種料批分前半批和后半批及附加焦，每半批料最多可上4車料,，根據(jù)每車是否填寫代碼來確定實際上料車數(shù),，當(dāng)沒填時視為沒有。當(dāng)料車到料坑時根據(jù)裝車代碼確定是打開中問礦斗還是焦稱量斗還是空走,，每上完‘車料料批前進(jìn)一位,，整個循環(huán)周期按界面中所設(shè)定的料制中的所選的料批代碼進(jìn)行，構(gòu)成整個上料大循環(huán),。在每一個料批結(jié)束時均可加進(jìn)行“附加焦”,，不會打亂周期程序,。
布料方式
布料器電氣部分由原來的簡單電機(jī)控制改為由變頻器拖動，α(溜槽傾角),、β(溜槽回轉(zhuǎn)角),、γ(料流調(diào)節(jié)閥開度)三個絕對值編碼器反饋布料器位置狀態(tài)。布料系統(tǒng)主要功能是與槽下系統(tǒng)1起控制上料,，將爐料正確地裝入料罐,，并控制爐頂設(shè)備，完成向高爐裝料" title="裝料">裝料和按照設(shè)定布料數(shù)據(jù)進(jìn)行布料,，可根據(jù)需要隨時調(diào)整布料傾動角度,、旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)圈數(shù),、料流開度,。靈活多變的布料方式帶給操作人員全新的操作模式，例如：難以解決的邊緣問題,，現(xiàn)在可利用扇形和定點布料克服,；布料不均的問題，可利用多圈環(huán)行布料隨時糾正等等,。
當(dāng)每半批料裝入受料罐,，裝料指令下達(dá)后，打開放散閥卸壓,，隨后先開啟上密封閥,，再開啟上料閘，將上罐中爐料裝入下罐,。裝料完畢,，關(guān)閉上料閘、上密封閥,，然后關(guān)閉放散閥,，探尺探料降至規(guī)定料線深度提探尺，提尺同時打開兩個均壓閥向下罐均壓,，布料器傾動到位,，打開下密封閥在溜槽到達(dá)步進(jìn)角位置時打開下料閘(料流調(diào)節(jié)閥)，用下料閘的開度大小來控制料流速度,，爐料由布料溜槽布入爐內(nèi),。為使?fàn)t項全自動布料準(zhǔn)確無誤，本系統(tǒng)對如下信號作了重點處理：
(1)上罐料空及料滿的信號處理,；
(2)上罐料滿與均壓放散閥,、上密閥、放料閥的聯(lián)鎖,；
(3)下罐料滿及料閥的聯(lián)鎖,；
(4)控尺與布料器閥的聯(lián)鎖,。
同時，為配合精確布料,，爐頂還增設(shè)有爐內(nèi)成像設(shè)備,，由清晰的視頻攝像機(jī)在氮?dú)饬魈淄驳谋Ｗo(hù)下及時傳送爐內(nèi)料面燃燒分布情況，高爐操作室配有監(jiān)視器隨時眼觀爐內(nèi)情況,，同時有配套分析軟件及時分析料面燃燒溫度分布,，顯示在專門的計算機(jī)畫面上。靈活多變的布料方式,，提高了布料質(zhì)量,，提高了高爐的利用系數(shù)。無料鐘爐頂具有布料靈活,、密封性好,、維修方便等明顯優(yōu)勢，是小高爐優(yōu)化工藝設(shè)備的發(fā)展趨勢,。變頻器的大量應(yīng)用使得控制精度大大提高并節(jié)省很多電力,。
3 HMI(Human Machine Interface)監(jiān)控技術(shù)
HMI(人機(jī)界面)使系統(tǒng)實現(xiàn)了集中監(jiān)視控制，可對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,、報警,，供生產(chǎn)人員及時掌握生產(chǎn)運(yùn)行情況。HMI顯示了整個系統(tǒng)的工藝設(shè)備畫面,，可以對所有設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，完成各個工藝設(shè)備或者工藝流程的順序控制,、故障報警處理及顯示,，可設(shè)定修改各種生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和運(yùn)作方式，可設(shè)定是使用自動方式還是手動方式,，是否連鎖等,，以便在檢修、調(diào)試時能夠方便地測試單個設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)或特定情況下的單個設(shè)備運(yùn)行,，使系統(tǒng)在合理的工藝要求下有序的運(yùn)行,。系統(tǒng)按操作區(qū)域共劃分為槽下上料、高爐監(jiān)控操作,、熱風(fēng)爐操作控制,，布袋除塵等四部分，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)互相聯(lián)絡(luò)共享,。其中槽下上料系統(tǒng)主要控制槽下各個稱斗的料制配比,、皮帶運(yùn)行和上料小車的運(yùn)行以及爐頂設(shè)備的動作控制，高爐系統(tǒng)安置四臺操作站,，分別用以操作和監(jiān)控高爐的各項操作如爐溫,、混風(fēng)溫度,、冷風(fēng)流量控制、探尺反饋的爐內(nèi)料位以及槽下上料情況等,，同時根據(jù)高爐運(yùn)作情況隨時連鎖或禁止某些關(guān)鍵閥門的開閉,。熱風(fēng)爐系統(tǒng)操作站負(fù)責(zé)控制熱風(fēng)爐各項操作，控制燒爐溫度向高爐提供高風(fēng)溫,。布袋除塵控制爐頂煤氣的處理,、除塵等工作。對這幾個區(qū)域系統(tǒng)的改造,，主要是將原有儀表盤,、操作臺等占用空間又大又重的設(shè)施改為計算機(jī)顯示與操作控制，大大降低故障率,，全局參數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)一覽無余,，操作方便，效率提高,。
4 總結(jié)
整個系統(tǒng)的控制方式分為集中自動,、手動和機(jī)旁手動等幾種方式。在自動方式下,，對單體設(shè)備可以手動干預(yù),，而不影響整個系統(tǒng)的自動流程。這既減輕了操作人員的負(fù)擔(dān),，又減少了操作轉(zhuǎn)換時間,，提高了冶煉速度。而機(jī)旁手動時,，又可以在設(shè)備檢修調(diào)試時方便地控制其動作幅度和時機(jī),。