PLC高炉上料系统自动控制

第3卷第4期文章编号:1672-4348(2005) 04-0335-03

福建工程学院学报

V ol. 3N o. 4P LC 实现高炉上料系统的自动控制

江敏, 陈鼎宁

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(1. 福州工业学校, 福建福州　350007; 2. 福建工程学院科研处, 福建福州　350014)

摘要:P LC 及其网络在工业自动化控制领域越来越受到重视和普及应用, 它的应用提高了高炉上料系统的自动化水平、可靠性, 实现了上料系统的实时监控和灵活方便的工艺配方。文章主要介绍某钢铁厂120m 3高炉上料系统采用P LC 及其网络控制的软硬件设计方案、方法、要点和经验。关键词:P LC ; 网络; 120m 3高炉; 上料系统; 自动控制中图分类号:TP273

文献标识码:A

P LC automatic control for the feeding system in blast furnace

J I ANG Min , CHE N Ding -ning

(1. Fuzhou T echnical School , Fuzhou 350007, China ;

2. Scientific Research Department , Fujian University of T , )

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Abstract :There is a growing interest the in the field of industrial automation. The system in blast furnace are im proved by the m is realized and the technological com position can be easily made. The , methods , key 2points and experience of the hardware and s oftware of P LC and its netw ork adopted for the feeding system of one 120m blast furnace in a steelw orks are introduced. K eyw ords :P LC ; netw orks ; 120m blast furnace ; feeding system ; automation

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3

0　引言

早期高炉上料控制系统多采用继电控制, 主要存在两大缺陷, 一是控制系统复杂, 联锁环节多, 外部连线多, 故障频繁; 二是工作模式只有手动和机旁两种操作方式, 手动操作用于生产, 机旁操作用于机构调整, 不能实现自动化生产。随着电子技术的发展及普及应用, 采用P LC 作为主控制器实现高炉上料系统的自动控制成为技术进步的必然

[1,2]

1　设备及工艺简介

上料系统是炼铁高炉重要组成部分, 图1为高炉上料系统示意图, 上料系统以料车为界, 前部分是配料系统, 后部分是投料系统。

配料系统有7个配料仓, 其中2个焦仓、1个

杂仓、1个熔仓、3个矿仓;5台电振机(43D ～47D ) 和5台振动筛(31D 、32D 、35D ～37D ) , 分别由一台

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电动机驱动;7台1. 3m 称量斗(21D ～27D ) , 称量斗料空、料满信号来自称量仪表, 料空时, 相应的电振机、振动筛起动, 料仓下料, 直到料满停止。自动配料时, 称量斗21D ～27D 开/闭由配料程序(上位计算机) 控制; 手动配料时, 根据配料单人工操作。主皮带机12D 将配料送到中间仓等待料车,

。它有效解决了传统继电控制的缺陷,

提高高炉上料系统的稳定性、实全性、可靠性和自动化, 为高炉的稳产、高产创造了技术和设备条件。本文介绍120m 高炉上料自动系统的开发设计。

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收稿日期:2005-04-10

第一作者简介:江敏(1967-) , 女(汉) , 福建福州人, 讲师, 工程师.

336福建工程学院学报第3卷

图1　高炉上料系统示意图

Fig. 1　Schem atic diagram of the feeding system in blast furnace

粉矿皮带机10D 和碎焦皮带机11D 分别将筛除

的粉矿和碎焦送走。

投料系统由料车、卷扬机、布料器、大小钟、放散阀、均压阀、左右探尺等设备组成。卷扬机1D 将料车送到炉顶, 经布料器5D 后, 小钟斗。大、小钟严格互锁, , 钟斗一批料未满, 料满且料线信号到, , 大钟斗最多只能装4车料, 必须严格控制料车数。开小钟前, 打开放散阀, 使大钟斗和大气均压; 开大钟前, 打开均压阀, 使大钟斗和炉压均压。左、右探尺用于探测炉内料位, 料线信号到, 才能开大钟。

配料与投料方案由工艺配方决定, 工艺配方分成6个周期, 每1周期执行一批料, 一批料可以是2车、3车或4车, 每车料可以由不同的焦、杂、熔、矿构成。

判断、算术运算等功能;

⑤工艺配方程序要求自动控制、灵活设定; 。2. 2I/、设备运行状态信、各种主令和工作方式选择信号、自动配料信号等, 输入点约145点。

输出信号有设备运行信号、设备联锁信号、自动配料程序输出信号、指示灯信号等, 输出点约120点。

考虑到工业环境差, 灰尘多, 为确保I/O 接点的可靠接通, 室内设备采用电压类型为DC24V 的I/O 接点, 室外设备采用AC220V 的I/O 接点。2. 3　P LC 配置

根据控制要求,I/O 点数以及电压类型, 必须选用性能卓越, 高可靠性, 配置灵活的P LC 控制器, 考虑供货和备件情况, 选择美国A —B 公司中档S LC500系列, 模块式结构的P LC 控制器, 模块配置见图2, 选择1个CPU 模块(L524) ,4K 内存, EEPROM 作为程序备份,2个A13机架,2个电源模块(1746-P2) ,I/O 接点保留10%的裕量,10个

2　PLC 控制器选型及硬件配置

2. 1　控制对象特点

120m 高炉是炼铁的大型装备, 一般地处偏

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僻地区, 控制特点如下:

①电网电压不稳定, 电压波动达±15%, 灰尘多, 工业环境差;

②系统工艺复杂, 输入输出点数多, 安全性、可靠性要求特别高;

③控制信号有开关、数字和模拟信号; ④控制器应具有顺序控制、定时、计数、逻辑

输入模块(I B16和I M16) ,10个输出模块(OB16和

OX16) , 连接电缆等。2. 4　上下位机通讯与任务

控制系统采用上下两层网络控制结构(见图2) 。下层为P LC 的I/O 扩展控制网络。上层通过RS232接口实现计算机与P LC 联网, 构成上位机

为主控的主从控制通信网络。

第4期江敏, 等　P LC 实现高炉上料系统的自动控制337

因此, 上料系统除了具备自动方式外, 还要保留手

动、机旁、调试方式。P LC 主要实现自动控制, 是主要生产方式, 手动方式是辅助生产方式, 机旁和调试方式用于单机操作和试机。当设备出现故障或物流不畅时, 上料系统转入手动生产, 直到排除故障, 再切换到自动生产。特别强调的是, 在手动工作时,P LC 也要处于运行状态, 实时监测并跟踪物流信息, 对物流信息采取掉电记忆, 以便转自动时, 真实再现物流信息, 使自动生产得以顺利进行。

3. 2　控制软件总体方案

图2　上下两级网络结构图

Fig. 2　Upper and low er levels of the netw ork structure

下位机P LC 任务:通过顺序控制、定时、计

数、逻辑判断、数值运算等功能实现各设备以及相

[2]

互联系的控制任务, 即设备级或现场控制。

上位机通信网络任务:下发工艺配方设定、称量斗料空料满信号给定、修改P LC 运行参数; 监控各设备运行状态及故障检测报警; 历史数据记

[3]

录、数据运算和打印报表等任务。2. 5　电源以及容量验算

1746-P2型电源模块, 提供供P LC 内部使用, 2内部5VDC I 主机=I L524+8×I I B16+2×I I Ml6

=0. 35+8×0. 085+2×0. 085=1. 2(A )

I 扩展机=4×I O Bl6+6×I OX l6

上料控制系统复杂, I/O 点数多, 设备间互锁

环节多, 为便于编程、系统调试、分析故障和排除故障, 根据设备功能相同、相近原则, 将P LC 控制程序分成4个子系统, 采用模块化设计。

4个子系统是:槽下配料子系统、地坑放料子

系统、卷扬上料子系统和炉顶放料子系统。程序

[4,5]

30,

=4×0. 28+6×O. 085=1. 47(A )

各模块所需的I L524、I I B16、I I Ml6、I O Bl6、I OX l6查用户手册, 电源模块提供的5VDC -5A 电源足够

P LC 内部使用。0. 2A 用户电源不够供外部电源负荷使用, 需另加一台直流稳压源。

由于交流电压不稳定, 不能直接供P LC 和外部交流负载使用, 也需另加一台交流稳压源。为了保护P LC 接点, 对于较大交流感性负载, 负载端并接一个RC 阻容, R 取100Ω, C 取O. 1μF 。

①

3　控制软件设计

3. 1　工作模式的确定

高炉生产对可靠性要求极高, 当上料系统故障或物流不畅通时, 高炉不能长时间停止生产, 必须及时排除故障, 使生产得以进行。自动工作方式是以上料系统无故障、P LC 控制器完好为前提,

①1785P LC -5可编程序控制器设计手册。

图3　P LC 程序流程框图

Fig. 3　B lock diagram of P LC programme

(下转第359页)

第4期雷寿平, 等　三都澳海域资源利用及保护管理359

发, 应有计划地建设现代化海港与海陆配套的交

通运输体系, 集中力量建设一城(即中心城区, 包括蕉城区和东侨开发区) 、二岛(三都岛和青山岛) 、二区(闽东工业园区和铁基湾新区) 、五港(包括配合宁德港功能拓展的城澳、溪南、漳湾、湾坞、下白石等5个重要港口作业区) , 创造条件对接浙南乃至长江三角洲的节点区域, 对接国内外产业特别是临海重化产业的转移。努力开发微电子技术、生物工程、海洋化工、机械与能源工业、自动化控制、环境保护等新兴产业。通过产业结构高速与优化, 推动区域经济向后工业阶段过渡与发展, 提高区域的整体经济水平。4. 4　协调资源与环境保护的矛盾, 促进区域资源

的可持续利用　　基于海岸带资源与环境的问题, 应强调资源开发与环境综合治理相结合, 协调好人口、资源、环境的矛盾。海湾盆谷是相对独立的自然地理单元, 形成独特的生态系统, 应将资源开发与环境保护的中心工作放在保持湾区水域良好生态环境上。

1) 加强海湾环境管理, 陆上污水、港区向湾口外移出。

2) 加强渔业资源管理, 严格执行休渔制度, 改进捕捞技术, 鼓励开展远洋捕捞, 保护近海渔业资源。

3) 遏制违章侵占与破坏耕地的行为, 确保粮食生产; 提倡高优农业生产, 积极开展农业多种经营; 开展流域综合整治, 应用生物与工程措施, 治理水土流失。

4) 大力营造沿海防护林, 加强防洪堤建设, 治理海岸侵蚀、风沙侵入等自然力对海岸的破坏。

5　结语

目前该区海域资源的环境质量尚好, 合理的开发和保护海域资源是实现区域社会、经济、生态协调发展的基础。今后一个时期随着海峡西岸经济区建设的发展, 应充分发挥区域资源优势、推动港口、产业、城市三位一体互动发展、加快港口开。同时, 正注重资源的保护, 坚持社会、经, 促进人与自然的和谐, 实现海峡西岸的可持续发展。

参考文献:

[1]福建统计局. 福建统计年鉴2004[Z].北京:中国统计出版社, 2004. 4.

[2]钟跃林, 欧明莺, 黄发明. 莆田市秀屿区海域资源开发利用及保护管理[J].福建地理, 2003,18(3) :12～15. [3]邓效慧, 戴桂林, 权锡鉴. 海洋资源产业化管理与海洋资源可持续开发利用[J].海洋科学, 2001,25(2) :54～56. [4]王锋印. 泉州市海岸带资源环境问题及对策[J].福建地理, 2001,16(4) :10～13.

(上接第337页)

指标。整个系统不仅有较高的自动化水平, 而且有很高的安全性和可靠性, 尤其是采用了上位机通信网络技术, 实现了自动上料系统实时集中监控和灵活方便的工艺配方设置, 充分满足生产工艺要求, 为高炉稳产、高产提供设备和技术保证。

4　结语

某钢铁厂120m 高炉上料系统自从采用P LC

及其网络控制以来, 设备运行表现出良好的性能

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参考文献:

[1]程江, 崔六喜, 王山松, 等. 采用M odicon P LC 设计的安钢380m 高炉自动控制系统[J].河南冶金, 2000, (2) . [2]邱公伟. 可编程序控制器网络通信及应用[M].北京:清华大学出版社, 2000.

[3]聂诗良, 李磊民, 刘成安, 等. 西门子S7-200P LC 在炼铁高炉上料控制系统中的应用[J].绵阳经济技术高等专科学

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报, 2001, (3) .

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