摘要 本文介紹了Quantum PLC在燒結(jié)生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)部分工藝設(shè)備和工藝流程進(jìn)行改造外，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)。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(guò)程自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度的目的。
2 自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成
自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報(bào)警，過(guò)程趨勢(shì)數(shù)據(jù)的采集與處理，報(bào)表打印，畫(huà)面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動(dòng)化及過(guò)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(duì)自動(dòng)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(duì)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(jiǎn)圖如圖1
系統(tǒng)由3臺(tái)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(guò)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(duì)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(guò)程工藝流程及各參數(shù)的采集顯示、報(bào)警、回路控制畫(huà)面，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及趨勢(shì)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(yǔ)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(chǎng)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(chǎng)操作箱上進(jìn)行設(shè)備的啟動(dòng)、停止及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度設(shè)定。當(dāng)一臺(tái)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(dòng)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(dòng)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(pán)配料工藝簡(jiǎn)圖如圖2。
在圓盤(pán)配料系統(tǒng)中，給料量主要由圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，并且與圓盤(pán)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(lái)控制圓盤(pán)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(hào)來(lái)改變瞬時(shí)流量。料流檢測(cè)由核子稱（JR2系列）信號(hào)與主皮帶信號(hào)換算得出，作為該圓盤(pán)系統(tǒng)的反饋信號(hào)。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(guò)D/A模板輸出4~20MA的直流信號(hào)，作為直流傳動(dòng)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(hào)的采集與處理
利用Concept軟件特有功能，針對(duì)不同的模擬量輸入信號(hào)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(hào)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(cè)量及上下限料位報(bào)警，混合料溫度的檢測(cè)，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(cè)量，低壓報(bào)警及低壓煤氣切斷，負(fù)壓測(cè)量與顯示，燒結(jié)料層厚度檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)了抽煙機(jī)入口流量檢測(cè)，進(jìn)口廢氣負(fù)壓、溫度測(cè)量，電機(jī)軸承及定子溫度測(cè)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(dòng)控制和單回路控制兩種方式。當(dāng)選擇比例自動(dòng)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(kāi)度的自動(dòng)控制。當(dāng)選擇單回路控制時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入流量的設(shè)定值，與實(shí)際測(cè)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(lái)控點(diǎn)火爐溫度。單回路控制圖見(jiàn)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(chǎng)檢測(cè)信號(hào)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(dòng)和機(jī)旁，取消了控制室內(nèi)操作臺(tái)、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(pán)操作。
（2） 建立了3臺(tái)燒結(jié)機(jī)的局域網(wǎng)。通過(guò)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(duì)燒結(jié)生產(chǎn)線的統(tǒng)一監(jiān)控。
（3） 故障報(bào)警及自動(dòng)生成報(bào)表。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控畫(huà)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(duì)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和打印很方便，自動(dòng)生成日?qǐng)?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(cè)方式，大量使用智能儀表和智能執(zhí)行器，使設(shè)備檢測(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)介：潘金華（1972—），工程師，從事電氣傳動(dòng)自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)控制方面工作。
