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                                              關(guān)鍵詞：PLC；監(jiān)測；自動上料；光纖；WinCC

    周靜華（1980－）
河北唐山人，助理工程師，2002年畢業(yè)于河北科技大學(xué)自動化專業(yè)，一直從事高爐儀表和自動化設(shè)計和維護工作。

1     系統(tǒng)概述

    唐山中厚板高爐上料系統(tǒng)分為槽下供料和爐頂下料兩部分。

    槽下供料系統(tǒng)使用主皮帶為爐頂上料。料倉里的爐料通過上給料機和振篩送入稱斗，稱斗把料放入運焦或運礦皮帶，再送入主皮帶，由主皮帶把料裝入爐頂系統(tǒng)。

    高爐爐頂是無料鐘串罐系統(tǒng)，通過均放閥使料罐內(nèi)為常壓，把受料斗里的料放至料罐，再由均壓閥使料罐為常壓，把料罐里的料通過布料溜槽布到爐內(nèi)。

    整個項目由北京金字天正總包，2006年4月正式投入運行。

2     系統(tǒng)組成

    2.1   硬件配置

    電源：西門子公司 PS407 10A支持冗余的電源4個；PS307 5A 8個。

    CPU：西門子公司S7-400H系列2套，與單CPU相比具有熱備和冗余切換功能，避免由于單個CPU故障造成系統(tǒng)
    癱瘓，無擾動切換不會丟失任何信息，確保了任何時候系統(tǒng)的可靠性。兩個CPU之間保證事件同步性，用戶無需考慮實現(xiàn)同步，簡單方便。

    通訊模板：CP443-1系列2套，與CPU分別插入模板組成雙以太環(huán)網(wǎng)。

    接口模板：8套冗余接口模板ET200M IM153-2，它與Profibus組成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)冗余，ET200M作為從站連接到Profibus-DP，由于槽下從站中控室主CPU較遠，中間使用光纖連接，兩端采用西門子Profibus OLM中繼器進行連接，提高了網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，保證了運行的可靠性。

    遠程I/O站：Siemens 300系列熱插拔模板，包括模擬量輸入輸出模板、數(shù)字量輸入輸出模板。

    上位機：臺灣研華工業(yè)控制計算機IPC610 （P4/2.8G/80G/512M/USB2.0）2臺，使用西門子具有冗余切換功能的CP1613網(wǎng)卡連接冗余系統(tǒng)CPU與WinCC之間的通訊。

    交換機：西門子公司6口光纖交換機ITP62。 PLC與上位機使用交換機組成EtherNet網(wǎng)絡(luò)，爐頂系統(tǒng)與槽下系統(tǒng)之間、上料系統(tǒng)與高爐其他系統(tǒng)之間是用光纖進行連接，組成冗余環(huán)網(wǎng)。它的特點是模塊間通過光纖進行連接，構(gòu)成骨干網(wǎng)，通訊速率為100Mbit/s；通過集成的冗余管理器可以實現(xiàn)快速介質(zhì)冗余；不需要復(fù)雜的配置規(guī)則和參數(shù)；通訊可靠，網(wǎng)絡(luò)出錯后迅速重構(gòu)（小于0.3秒）。系統(tǒng)組成如圖1所示。

    2.2    軟件配置

    系統(tǒng)軟件在Win2000 Professional SP4 中文版操作環(huán)境下運行。

    編程軟件采用STEP7 professional Edition 2004 SR2 / 5.3，是用于SIMATIC 可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包，采用梯形圖和SCL語言實現(xiàn)控制軟件的開發(fā)與應(yīng)用，通過顯示一個模板的在線信息，可以斷定模板故障的原因。

    上位機監(jiān)控軟件采用WinCC 6.0 SP3中文版，它提供了開放的人機界面，能夠提供圖形顯示界面和歷史趨勢及故障報警顯示，對設(shè)備和自動化過程進行監(jiān)視和控制，通過轉(zhuǎn)換按鈕實現(xiàn)不同操作畫面的轉(zhuǎn)換。

    使用SQL server 2000 SP3a作為WinCC軟件的數(shù)據(jù)庫。

    SIMATIC NET Networking for Industry / PC / Software Edition 2005提供了一種連接網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)系統(tǒng)，使用它使系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接不再是一件困難的事。

3     控制系統(tǒng)功能

    高爐上料控制系統(tǒng)的功能是按照預(yù)設(shè)的料批和配比為稱斗備料，由主皮帶把爐料準確地送入受料斗，通過對爐頂設(shè)備的控制，完成向高爐裝料，由布料溜槽按照設(shè)定的布料方式把爐料布入爐內(nèi)。

    3.1   槽下供料系統(tǒng)

    槽下控制系統(tǒng)的儀表檢測主要是8個稱斗的重量。

    槽下控制主要實現(xiàn)爐料的稱量備料和排料過程。按照預(yù)設(shè)的周期表順序自動將爐料配好裝入焦斗和礦斗中，完成備料過程。 再根據(jù)爐頂指令向主皮帶排料，通過主皮帶把料送入爐頂。

    系統(tǒng)周期表提供24匹料的循環(huán)周期，對于特定情況下的插焦和越位通過簡單的操作就能實現(xiàn)。周期表用數(shù)字代表料批代碼，在1到6之間為礦，11到14之間為焦，分別對應(yīng)6種礦和4種焦的配料方式。周期表中同時設(shè)定本批料的布料代號，供爐頂系統(tǒng)爐內(nèi)布料使用。

    當(dāng)主皮帶上的跟蹤料流到達指定的排出點并且爐頂料流開度大于6度（這兩個參數(shù)經(jīng)多次試驗取得，直到?jīng)]有堆料和停皮帶現(xiàn)象），下批排料開始。排料前確認插焦或越位按鈕是否被按下，如果插焦按鈕被按下插焦次數(shù)大于0，先排插焦排完之后把插焦次數(shù)減1，直到插焦次數(shù)為0，復(fù)位插焦按鈕正常排料。如果越位按鈕被按下當(dāng)前要排料為焦等排完本批焦之后越過下面的礦排下一批焦，如果要排的料為礦直接越過當(dāng)前礦排下一批焦，當(dāng)排焦結(jié)束在排越過礦。當(dāng)排料開始時把本批排料指針加1，看指針所指料種是否與本批料料種，相同作為備料指針，不同把指針繼續(xù)加1，直到找到相同的料種的料批代碼，得到周期號作為備料指針，同時在監(jiān)控畫面中顯示備料周期號，為備料做準備。根據(jù)排料指針在周期表中確定排料料種，排料稱斗。如果要排的料的稱斗不滿等備滿之后再排料。確認好排料料斗在上位機中顯示。按照排出設(shè)定表確定第一個啟動的排料稱斗，接著啟動第一個排料稱斗的下給料機、打開稱斗閘門。該下給料機啟動設(shè)定延時時間后啟動下一個排料稱斗，同時啟動的下給料機不能超過3個。當(dāng)本批料所有的稱斗都排料完畢，排料指針加1，本批料排料結(jié)束。如果排料指針或備料指針大于設(shè)定的周期值，排料和備料指針自動為1。當(dāng)本批料的料尾到達爐頂時，向爐頂傳本批料的環(huán)布方式、周期號、批次和料重。

    根據(jù)備料指針確定料批的配料方式，每批料配料方式的稱量定值，下料斗號設(shè)置及稱量斗總設(shè)定值均在稱量設(shè)定中設(shè)定和稱量參數(shù)中取得。對于燒結(jié)礦和雜礦共用稱斗的料斗，分為稱燒結(jié)、單稱雜礦、先稱燒結(jié)再稱雜礦和先稱雜礦再稱燒結(jié)四種情況。各振篩和上給料機根據(jù)本稱量斗所設(shè)置稱量設(shè)定值及稱量斗滿、空信號自動備料，并自動進行稱量補償、焦炭水分補償、稱量值零點校正、余振值測定。

    補償和稱量公式：

    給料機目標值=設(shè)定值+上次誤差值-稱斗空值

    給料機停車值=目標值-慣性量-5%慣性量

    振動篩停車值=目標值-慣性量

    本次誤差值=實際值-目標值

    對于雜礦和燒結(jié)礦共用稱斗中最后啟動的倉目標值=兄弟給料機的滿值+設(shè)定值。

    3.2  爐頂上料系統(tǒng)

    控制流程如圖2所示。

    爐頂上料系統(tǒng)儀表檢測點有16個，其中壓力檢測點5個、溫度檢測點3個、流量檢測點3個、料位檢測點1個、料尺值2個、執(zhí)行器開度反饋1個、焦炭水分測定1個，主要是對爐頂和齒輪箱的檢測。

    爐頂系統(tǒng)主要功能是控制爐頂設(shè)備向高爐裝料和按照設(shè)定的布料方式進行布料。當(dāng)受料斗滿、料罐空時，打開均壓放散閥卸壓，為常壓后開啟上密封閥，再開啟擋料閘，將受料斗中的爐料裝入料罐。受料斗空后，關(guān)閉擋料閘、上密封閥，向料罐傳本批料周期號、料種、布料方式和本班總批號，然后關(guān)閉均壓放散閥，探尺探料降至規(guī)定料線，提尺同時打開均壓閥向料罐均壓，布料器傾動到設(shè)定角度發(fā)準備好信號，打開下密封閥，在布料器到達步進角位置時打開料流調(diào)節(jié)閥，用料流閘的開度大小來控制料流速度，爐料由布料溜槽按照設(shè)定的布料方式和布料角度布入爐內(nèi)。布料溜槽每布一批料，其起始角均較前批料的起始角步進設(shè)定的布料角度。

    布料器設(shè)有多環(huán)、扇形、定點三種布料方式，滿足不同爐況的需要。環(huán)形布料設(shè)定了8種布料方式，每種方式提供了11個環(huán)形位置。如果是環(huán)形布料，根據(jù)由槽下系統(tǒng)傳過來的環(huán)布代號在環(huán)布表中查找布料方式，確定α角的位置、β角在每個α角位置旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。扇形布料即α角一定的情況下，β角在設(shè)定范圍內(nèi)來回擺動，爐料撒在一個扇形面上。β由變頻器驅(qū)動，為達到精確定位，將變頻器的速度自動設(shè)定為低速，自動判斷布料器的旋轉(zhuǎn)方向，將β旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的扇形起始角度上，隨著角度的接近不斷降低β的旋轉(zhuǎn)速度。定點布料是在固定的角度排料，β在低速情況下逐漸旋轉(zhuǎn)到規(guī)定角度。

4     監(jiān)控畫面

    系統(tǒng)實現(xiàn)了集中監(jiān)視控制，對現(xiàn)場采集的信號進行畫面顯示、報警、歷史趨勢記錄，供生產(chǎn)人員及時掌握生產(chǎn)運行情況。監(jiān)控畫面采用西門子公司W(wǎng)incc 6.0實現(xiàn)，它提供了開放的界面和冗余監(jiān)控功能。使用SQL server 2000數(shù)據(jù)庫存儲動態(tài)過程數(shù)據(jù)，使得管理機訪問數(shù)據(jù)庫更為方便。

    各操作畫面之間可以靈活切換。單擊操作設(shè)備能夠彈出小操作窗口，通過小窗口中的操作按鈕對該設(shè)備進行啟動、停止和CRT手自動選擇。

    4.1   槽下供料系統(tǒng)監(jiān)視畫面顯示

    槽下系統(tǒng)監(jiān)控畫面包括總監(jiān)控畫面——對總的工藝流程進行監(jiān)視，顯示稱斗重量、當(dāng)前備料周期號、準備備料周期號、正在排出周期號和準備排出周期號，并通過按鈕和小操作畫面對自動過程和操作設(shè)備集中控制。還有周期設(shè)定畫面、稱量設(shè)定畫面、焦礦參數(shù)和排出設(shè)定等畫面，根據(jù)實際需求進行設(shè)定以完成自動控制。另外還包括系統(tǒng)報警參數(shù)顯示畫面。

    4.2   爐頂上料系統(tǒng)監(jiān)視畫面顯示

    爐頂系統(tǒng)監(jiān)視畫面——完成對總工藝流程的監(jiān)視和對具體設(shè)備的操作。布料方式畫面，對環(huán)布方式進行設(shè)定。扇形和定點設(shè)定畫面。報警畫面對實時報警和超時故障報警進行報警顯示。液壓站畫面對爐頂液壓站的油泵進行控制，對油壓、油位、油溫進行超限報警。

5     結(jié)束語

    高爐上料系統(tǒng)是整個高爐自動控制的關(guān)鍵，它關(guān)系到高爐的上料速度進而關(guān)系到高爐的產(chǎn)量。

    中厚板高爐上料自動控制系統(tǒng)自投入使用以來，高爐利用系數(shù)不斷提高，經(jīng)過多次根據(jù)實際需求對某些細節(jié)進行修改，已經(jīng)基本完善，功能健全的監(jiān)控畫面，合理的配置保證了高爐生產(chǎn)運行和操作維護的需要。

作者信息：

    周靜華（唐山鋼鐵集團自動化公司，河北  唐山 063000）

    劉  靜（ 河北工程大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院通信系，河北  邯鄲 056038）