本文介紹了Quantum PLC在燒結(jié)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，及自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)和功能。
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)。安鋼360m2燒結(jié)機(jī)于2005年6月投產(chǎn)以來，運(yùn)行一直很平穩(wěn)，該系統(tǒng)主要向安鋼2200m3高爐提供優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。該系統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和PLC軟硬件設(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(dòng)控制、監(jiān)控及管理，為安鋼燒結(jié)生產(chǎn)走向大型化邁出了一大步。
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，過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報(bào)警，過程趨勢(shì)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(dòng)化及過程計(jì)算機(jī)控制。各個(gè)PLC站、上位監(jiān)控機(jī)、工程師站之間采用雙環(huán)路光纖配置的TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)連接，構(gòu)成了燒結(jié)生產(chǎn)的綜合監(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，360m2燒結(jié)機(jī)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用施耐德Quantum 140 系列PLC（CPU模板：140 CPU 53414A；通訊模板：140 CRP 93200，140 CRA 93200，140 NOE77101；輸入模板：140 DAI75300，140 ATI03000，140 ARI03010，140 ACI03000；輸出模板：140 DRA84000，140 ACO02000）可實(shí)現(xiàn)配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、主抽風(fēng)系統(tǒng)、主粉塵系統(tǒng)及電除塵卸灰系統(tǒng)的邏輯順序控制，對(duì)主抽風(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)網(wǎng)絡(luò)配置簡(jiǎn)圖如圖1。
系統(tǒng)由5臺(tái)PLC、3個(gè)工程師站和10個(gè)監(jiān)控站組成?；A(chǔ)控制層采用Quantum 140 系列PLC，PLC主站與分站之間采用遠(yuǎn)程I/O方式擴(kuò)展。各PLC站通過網(wǎng)絡(luò)通訊模板、交換機(jī)、TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)與工程師站或監(jiān)控站可進(jìn)行通訊，傳輸速率為100M pbs，傳送介質(zhì)為超五類屏蔽雙絞線。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iFIX3.5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(chǔ)及趨勢(shì)圖，報(bào)表等監(jiān)控功能。操作系統(tǒng)為Windows 2000，編程軟件采用Concept2.6，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Concept2.6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。以配混系統(tǒng)為例，闡述控制原理。如簡(jiǎn)圖2。
圖2
在圓盤配料系統(tǒng)中，給料量主要由圓盤的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，并且與圓盤的轉(zhuǎn)速成線性比例關(guān)系。處于機(jī)旁手動(dòng)操作方式時(shí)，操作工可手動(dòng)調(diào)節(jié)操作箱上電位器來控制變頻器頻率，從而控制圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速。處于自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，中控室操作工可從上位監(jiān)控機(jī)設(shè)定流量給PLC，同時(shí)電子皮帶秤測(cè)出一個(gè)實(shí)際流量信號(hào)反饋回PLC參加PID運(yùn)算，最后，得到一控制量，通過MB+網(wǎng)控制變頻器，從而控制圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速。達(dá)到控制物料流量的目的。配1、配2、混1等皮帶機(jī)自動(dòng)控制程序上做了嚴(yán)格的連鎖控制，避免了下游設(shè)備故障停機(jī)引起上游皮帶堆料問題。
3．2儀表控制
（1） 信號(hào)的采集與處理
利用Concept 2.6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、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，煤氣流量、空氣流量的累計(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)了主抽風(fēng)機(jī)入口流量檢測(cè)，進(jìn)口廢氣負(fù)壓、溫度測(cè)量，高壓電動(dòng)機(jī)的軸承、定子溫度測(cè)量及風(fēng)機(jī)軸承、溫度、振動(dòng)的測(cè)量及超限報(bào)警和停車等。
（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)，該系統(tǒng)可分為點(diǎn)火流量控制和點(diǎn)火溫度控制兩種方式。流量控制為操作員在上位監(jiān)控機(jī)設(shè)定一流量值，給PID調(diào)節(jié)器的SP端，反饋信號(hào)給PID調(diào)節(jié)器的PV端，然后經(jīng)PID運(yùn)算后輸出一開度信號(hào)來確定調(diào)節(jié)閥的開度。點(diǎn)火溫度控制為操作員在上位監(jiān)控機(jī)設(shè)定一溫度值，經(jīng)PID調(diào)節(jié)程序輸出一煤氣流量值，最終達(dá)到調(diào)整煤氣流量的目的。
4 系統(tǒng)特點(diǎn)
（1） 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)控畫面將以警示色提醒用戶，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。
（2） PLC電源模板冗余，并采用UPS供電，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。
（3） 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。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)自2005年6月投產(chǎn)以來，運(yùn)行一直很平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)過事故故障，故障率低，可靠性高，完全滿足了大型燒結(jié)機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)要求。
參考文獻(xiàn)：
1、 Modicon Tsx Quantum 硬件手冊(cè)
2、 Modicon Concept V2.6 編程軟件手冊(cè)
3、 廖常初 《PLC編程及應(yīng)用》 北京機(jī)械工業(yè)出版社 2002
4、 陳伯時(shí) 《自動(dòng)控制系統(tǒng)》 中央廣播電視大學(xué)出版社
