施耐德QuantumPLC在燒結(jié)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要 本文介紹了Quantum PLC在燒結(jié)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及自動控制系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的特點(diǎn)、系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞 燒結(jié)生產(chǎn) 自動控制 PLC

1 前言
燒結(jié)礦作為高爐冶煉的主要原料，其質(zhì)量直接影響高爐生產(chǎn)。攀鋼4#燒結(jié)機(jī)控制系統(tǒng)，由于自動化水平低，生產(chǎn)成本高，作業(yè)率低，已不能滿足生產(chǎn)的要求。為此在2003年6月大修時(shí)，除了對部分工藝設(shè)備和工藝流程進(jìn)行改造外，對自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行全面升級。采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)備，并應(yīng)用先進(jìn)的燒結(jié)工藝優(yōu)化控制軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程自動控制、監(jiān)控及管理，以達(dá)到提高燒結(jié)礦的質(zhì)量，降低能耗，改善工人作業(yè)環(huán)境及勞動強(qiáng)度的目的。

2 自動控制系統(tǒng)構(gòu)成
自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與分析，過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報(bào)警，過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理，報(bào)表打印，畫面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動化及過程計(jì)算機(jī)控制，并使用網(wǎng)橋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)4#燒結(jié)機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與3#、5#之間數(shù)據(jù)傳輸，構(gòu)成燒結(jié)生產(chǎn)線綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)燒結(jié)工藝對自動化系統(tǒng)的要求，4#燒結(jié)機(jī)采用Modicon
Quantum 140 系列PLC,實(shí)現(xiàn)配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、卸灰及電除塵系統(tǒng)的邏輯順序控制，對主風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火爐等生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)采集、處理及回路控制。系統(tǒng)配置簡圖如圖1

系統(tǒng)由3臺PLC、4個(gè)工程師站和8個(gè)監(jiān)控站組成，基礎(chǔ)控制層采用Quantum 140 系列PLC，采用Modicon 公司工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)（Modbus Plus）。令牌總線結(jié)構(gòu)，通過PLC上網(wǎng)絡(luò)接口模板（Controller Link System）與工程師站或監(jiān)控站的網(wǎng)卡進(jìn)行通訊，對等通訊方式及遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展。傳輸速率為1M pbs，傳送介質(zhì)為屏蔽雙絞線。系統(tǒng)具強(qiáng)大的數(shù)字量、模擬量及回路處理功能，具備模板化、體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展的特點(diǎn)，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通訊模板、電源和底板等。監(jiān)控系統(tǒng)（HMI）采用Intellution公司的iFIX3.0監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝流程及各參數(shù)的采集顯示、報(bào)警、回路控制畫面，歷史數(shù)據(jù)存儲及趨勢圖，報(bào)表等監(jiān)控功能。iFIX3.0支持其于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程在線組態(tài)，嵌入式VBA(Visual Basic For Application)。操作系統(tǒng)為Windows 2000，編程軟件采用Concept2.2，它支持５種IEC標(biāo)準(zhǔn)語言，系統(tǒng)提供了派生功能塊(DFB)，并可在Concept2.2應(yīng)用程序中反復(fù)調(diào)用，如果一些特定的算法或邏輯控制需要改變，只需修改DFB功能塊即可。

３　系統(tǒng)功能

３．１電氣控制
根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場實(shí)際情況，系統(tǒng)從整體上分為機(jī)旁操作和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行。機(jī)旁操作是指操作人員在現(xiàn)場操作箱上進(jìn)行設(shè)備的啟動、停止及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度設(shè)定。當(dāng)一臺設(shè)備于機(jī)旁操作狀態(tài)時(shí)，不再參與系統(tǒng)的其它聯(lián)鎖。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行是指處于自動運(yùn)行的所有設(shè)備每一時(shí)刻都參入各自聯(lián)鎖條件，如運(yùn)行安全聯(lián)鎖、工藝參數(shù)聯(lián)鎖、啟動或停止順序聯(lián)鎖等，有效地防止因下游設(shè)備故障而引起上游皮帶堆料。以配料系統(tǒng)為例，闡述控制原理。圓盤配料工藝簡圖如圖2。


在圓盤配料系統(tǒng)中，給料量主要由圓盤的轉(zhuǎn)速決定，并且與圓盤的轉(zhuǎn)速成線性比例關(guān)系。采用西門子數(shù)控直流調(diào)速裝置（6RA70系列），來控制圓盤電機(jī)的轉(zhuǎn)速，由PLC設(shè)定參數(shù)作為數(shù)控調(diào)速裝置的給定信號來改變瞬時(shí)流量。料流檢測由核子稱（JR2系列）信號與主皮帶信號換算得出，作為該圓盤系統(tǒng)的反饋信號。累計(jì)流量Q =K*T*∑G，G為瞬時(shí)流量，T為皮帶速度，K為比例系數(shù)。根據(jù)每一采樣時(shí)刻的瞬時(shí)流量計(jì)算出采樣時(shí)刻前一段時(shí)間（10S）的平均流量，將其與上位機(jī)流量給定值比較，得出偏差，然后進(jìn)行PID運(yùn)算，得到控制量，最后通過D/A模板輸出4~20MA的直流信號，作為直流傳動控制單元的給定值，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制物料流量的目的。

3．2儀表控制

（1）信號的采集與處理
利用Concept軟件特有功能，針對不同的模擬量輸入信號和不同參數(shù)需要，分別編制了工程量轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、偏差、上下限報(bào)警等各種信號處理的DFB，在控制程序中可直接調(diào)用這些功能塊。實(shí)現(xiàn)了混合料礦槽料位測量及上下限料位報(bào)警，混合料溫度的檢測，煤氣流量、氧氣流量的累計(jì)及瞬時(shí)顯示，煤氣與空氣壓力測量，低壓報(bào)警及低壓煤氣切斷，負(fù)壓測量與顯示，燒結(jié)料層厚度檢測。實(shí)現(xiàn)了抽煙機(jī)入口流量檢測，進(jìn)口廢氣負(fù)壓、溫度測量，電機(jī)軸承及定子溫度測量和超溫報(bào)警等。

（2）點(diǎn)火爐溫度控制
點(diǎn)火爐燃燒控制是燒結(jié)工藝的重要環(huán)節(jié)，有比例自動控制和單回路控制兩種方式。當(dāng)選擇比例自動控制時(shí)，計(jì)算機(jī)以點(diǎn)火爐的爐溫為主調(diào)參數(shù)，以煤氣流量和空氣流量為輔調(diào)參數(shù)。由溫度調(diào)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，溫度調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)配比計(jì)算（空燃比）后作為空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，然后進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)煤氣調(diào)節(jié)閥和空氣調(diào)節(jié)閥開度的自動控制。當(dāng)選擇單回路控制時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場輸入流量的設(shè)定值，與實(shí)際測量值進(jìn)行單回路PID計(jì)算，分別控制煤氣和空氣流量調(diào)節(jié)閥，分配其流量來控點(diǎn)火爐溫度。單回路控制圖見圖3。



4 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)了三電一體化。該系統(tǒng)現(xiàn)場檢測信號直接進(jìn)入PLC，電氣控制去掉了中間聯(lián)鎖。操作方式分為自動和機(jī)旁，取消了控制室內(nèi)操作臺、模擬屏及顯示表，改為CRT監(jiān)控，所有數(shù)據(jù)全部在上位機(jī)上顯示，用鼠標(biāo)和鍵盤操作。

（2）建立了3臺燒結(jié)機(jī)的局域網(wǎng)。通過網(wǎng)橋使4#燒結(jié)機(jī)的PLC系統(tǒng)與3#、5#燒結(jié)機(jī)的PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)對燒結(jié)生產(chǎn)線的統(tǒng)一監(jiān)控。

（3）故障報(bào)警及自動生成報(bào)表。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控畫面將以警示色提醒用戶，同時(shí)控制柜發(fā)出電鈴報(bào)警聲，以便操作工及時(shí)處理。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地將歷史數(shù)據(jù)記錄在上位機(jī)中，對數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和打印很方便，自動生成日報(bào)、月報(bào)及旬報(bào)。

（4）通訊及電源模板冗余，保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，有效地減少故障停機(jī)時(shí)間。儀控系統(tǒng)采用先進(jìn)的檢測方式，大量使用智能儀表和智能執(zhí)行器，使設(shè)備檢測趨于智能化。

（5）上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，并提供良好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)分布處理與集中管理一體化，而且系統(tǒng)故障率低，可靠性高，操作簡便，控制功能和精度滿足生產(chǎn)工藝要求。

UTILIZATION OF QUANTUM PLC AUTOMATIC
CONTROL SYSTEM IN SINTERING PRODUCTION
Pan Jinhua
(Panzhihua Iron Smelting Factory Sichuan Panzhihua 617022)
Abstract The utilization aspect of Quantum PLC automatic control system in sintering Production, the auto-controlling system, and its composition , features and function etc. were presented in this paper.
Key words sintering production, auto-controlling, PLC

作者簡介：潘金華（1972—），工程師，從事電氣傳動自動化及計(jì)算機(jī)控制方面工作。