摘要：本文介紹了萊鋼1#1000m3高爐礦槽爐頂上料系統的工藝流程，施耐德公司昆騰系列PLC控制系統的特點、硬件組態及軟件功能，并詳細介紹了該PLC控制系統的主要控制功能。
Abstract：This paper mainly discuss the process control system of feeding system for blast furnace based on Schneider TSX Quantum series PLC. Configuration software Concept2.6 are adopted to monitor and manage process data. The whole system well satisfies the technical requiments for control.
關鍵詞：PLC；自動控制；上料系統；昆騰
Key words：PLC；automation；feeding system；Quantum
1、 概述
萊鋼1#1000m3高爐2005年投產，礦槽爐頂上料系統設計采用施耐德公司昆騰系列PLC，該控制系統實現了對礦石、球團、燒結、焦碳等原料的自動稱量，并完成稱量誤差的自動補償；實現了爐頂各閥門的順序自動開關，α、β、γ的角度自動設定以及其他相關輔助設備的自動控制；實現了對高爐礦槽爐頂上料系統的數據采集、數據顯示與數據控制。該系統投運以來，運行穩定，效果良好。
2、 高爐礦槽爐頂上料系統工藝流程簡述
2.1 槽上控制工藝流程：
高爐槽上設計13個料倉，4個燒結礦倉(3#、4#、5#、6#)，2個焦炭倉（7#，8#），3個球團倉（9#、10#、11#），2個雜礦倉（1#、2#），1個焦丁倉。
槽上有3條打料皮帶機，每條皮帶機對應一輛卸料小車，采用卸料小車可以將膠帶機輸送的原料卸至不同的料倉，當采用卸料小車進行卸料時，卸料小車先開至所選擇的料倉上方，然后啟動膠帶機，原料就經卸料小車卸到小車下方的料倉內。
2.2 槽下控制工藝流程：
高爐槽下設兩個大燒結礦倉，兩個小燒結礦倉，兩個雜礦倉，三個球團倉，一個備用倉。每個礦倉下都有振動篩，篩除小于5mm的碎礦，大燒結礦倉的礦經過篩分后分別進入料坑的左右中間稱量斗，小燒結礦倉的礦經篩分后分別進入各自配套的稱量斗，然后經礦石皮帶機集中運送，經料坑上方的翻板進入料坑中的礦石中間斗，經篩分后的5mm燒結礦經返礦皮帶機運到碎礦倉。
焦炭設左右兩個焦倉，倉下裝有振動篩和振動給料機，焦炭經篩分后，大于20mm的塊焦，分別直接進入料坑內的左右焦炭稱量斗，篩下小于20mm的碎焦經SJ1、SJ2膠帶機倒運到SJ3碎焦膠帶機上，送至碎焦倉上振動篩，將碎焦分級成8mm以上和8mm以下兩種產品，大于8mm的焦丁由SJ4膠帶機運至焦丁倉，再經焦丁給料機到焦丁稱量斗，然后到供料膠帶機與燒結礦一起進入料坑中間斗。小于8mm的碎焦落入焦粉倉等待汽車外運。當料車到底后，相應的礦石中間斗或焦炭斗向料車裝料。
2.3 爐頂控制工藝流程：
萊鋼1#1000m3高爐爐頂采用無料鐘串罐式爐頂，分為受料斗、料罐、氣密箱等組成部分。在上料過程中，爐料先投進受料斗里，隨后放入料罐中，在這個過程中，由于高爐不能和大氣相通，通過控制爐頂放散閥、均壓閥、上密閥、柱塞閥、下密閥的順序開關來實現高爐的正常下料，通過控制α、β、γ來實現高爐布料。料面檢測設備采用機械探尺與雷達探尺相配合。
裝料流程：焦炭、燒結礦等各種入爐原料由料車運到爐頂，倒入受料斗中，受料斗最多可裝4車料。料罐放散完畢后打開上密閥和柱塞閥向料罐裝料。裝料完成后料罐進行均壓。一旦高爐準備接受下一批爐料就進行布料，首先打開下密閥并將料流調節閥打開至設定開度，料罐中的爐料通過料流調節閥流到旋轉的布料溜槽上。在布料期間，通過γ射線探測料流，該裝置可發出料罐清空信號。一旦料罐清空，關閉料流調節閥和下密封閥，打開放散閥進行放散，準備下一次裝料。
布料流程：一批料中，允許焦礦設定兩個不同的料線位置。當探尺達到規定的料線位置后，自動提升到位，發出布料信號，下密封閥打開，布料溜槽進行啟動。β角旋轉到設定速度并且到達布料位置，開啟料流調節閥，按照批重及規定的布料程序，調節料流調節閥開度和溜槽傾角，使每圈料流均勻、重量相等和首尾相接的向爐喉任意布料。為了減少料頭料尾不均勻現象，每批料布完后，布料角度自動步進60度。
圖一 高爐上料系統工藝流程圖
3、 控制系統硬件配置
整個上料系統采用一套PLC系統，兩臺上位機完成對整個上料系統的監控及數據采集等。自動控制系統采用Schneider TSX Quantum 系列PLC硬件組成基礎自動化系統。采用MP7監控軟件，編程軟件采用Concept2.6，Windows 2000作為系統平臺界面，組成計算機化的操作系統，實現人機通訊。
控制器與上位機之間采用環形工業以太網進行通訊。主機控制單元接受由I/O接口收集的信號進行開關量和模擬量的處理后,將信號經I/O接口實現對設備的控制，與監控站及上位機通訊。這個系統配置如圖二所示：
其中處理器采用昆騰系列140-CPU-534-14A，電源模塊采用140-CPS-114-20，遠程通訊模版采用140-NOE-771-01，I/O模板配置如下：數字量輸入模板為140-DAI-753-00、140-DDI-353-00；數字量輸出模板為140-DDO-353-00；模擬量輸入模板為140-ACI-040-00；模擬量輸出模板為140-ACO-130-00，遠程I/O模版采用140 CRP 931 10、140 CRA 931 00。
4、 礦槽爐頂上料系統控制功能
4.1 槽下控制部分
4.1.1 槽下控制范圍及內容
（1）實現對礦石、球團、燒結、焦炭等入爐原料的自動稱量，并完成稱量誤差的自動補償。
（2）實現槽下12個礦倉、12個稱量斗、2條成品帶、2條碎礦皮帶、12臺振動篩、4臺給料機、1個翻板及碎焦系統的自動控制，實現自動備料和放料。
（3）可使用監控畫面對上料系統設備的運行狀態進行監視，對設備的運行進行軟手/自動切換及手動啟停設備，進行料單設定及更改等。
（4）對裝料超時、放料超時、超滿及設備運行故障等情況在“工藝流程畫面”進行報警顯示。
圖二 控制系統硬件配置
4.1.2 礦石稱量斗的稱量控制
當排料程序發出后，礦石稱量斗閘門開，料排出。當稱量值為控制值（初始時為設定值的95%）的5%時，發出料空信號并關閉閘門，當閘門關好并稱空好后，振動篩或給料機開始啟動。稱量值到控制值（經補正）時，振動篩或給料機停機，進行滿稱量。若達110%控制值（經補正）時發出聲光報警信號。振動篩或給料機啟動Ts后，還未發出斗“滿”信號，就發出上卡料報警信號。
4.1.3 礦石稱量斗的排料順序
根據預先選定的裝料程序，礦石中間稱量斗一“空”且閘門關好，槽下翻板翻到位，礦石皮帶機啟動后，開始排料。
排料順序：球團、雜礦單裝時按料單內所填倉號的先后順序進行排料（礦石稱量斗排料最多不同時超過三個）。混裝時先排一斗的球團或雜礦（排料單內球團或雜礦對應倉號的第一個斗），再排小燒或振大燒。當前一個稱量斗閘門開啟，發出空信號后，發出下一個斗排料指令。排料斗的閘門開到位延時Ts后，還未發出斗“空”信號，則發出下卡料報警信號。
4.1.4 礦石中間稱量斗稱量控制
礦石中間稱量斗稱量控制分三種情況：
①大燒結礦振動篩供料：
當礦石中間稱量斗“空”，閘門關好，設定好則發出同側燒結篩運轉指令，稱量值達到控制值（初始時為設定值的95%）時，燒結篩停機，稱量結束。稱量值達110%控制值時發出音響報警信號。振篩啟動延時Ts后，還未發出斗“滿”信號，則發出“上卡料”信號。
②礦石皮帶機供料：
當礦石中間斗料一“空”，并且閘門關好，槽下翻板翻好，便發出礦石皮帶機運轉指令，當排料斗均放過料后，發出礦石中間斗裝好信號，并發出皮帶機停機指令。
③礦石皮帶機和大燒結振動篩完成混裝
當礦石中間斗料一“空”，并且閘門關好，槽下翻板翻好，便發出礦石皮帶機運轉指令，當相應的一個礦石排料斗放過料后，發出大燒結振篩啟動指令，同時發出皮帶機停機指令。當稱量發出“滿”信號時，發出礦石中間斗裝好信號。
4.1.5 焦炭稱量控制
當焦炭稱量斗一“空”，閘門關好并設定好后，發出焦炭振動篩運轉指令，開始稱量，稱量值達到控制值時（初始時為設定值的95%），發出振動篩停機指令，稱量結束，若達110%控制值時，發出報警信號。振篩啟動延時Ts后，還未發出斗“滿”信號，則發出“上卡料”信號。
4.2 爐頂控制部分
4.2.1 爐頂控制范圍及內容
（1）爐頂上至料罐下至探尺各設備的順序控制。
（2）無料鐘串罐式爐頂的裝料及均壓、放散控制。
（3）料流調節閥開度（γ角）、布料溜槽傾動角（α角）、布料溜槽旋轉角（β角）的控制。
4.2.2 爐頂裝料控制
上次布料結束且下密閥關到位后，程序發出申請裝料信號，料車開始裝料，受料斗滿且料罐空，放散閥打開，在放散過程中，一旦打開放散閥并料罐內壓力等于大氣壓力，則認為放散OK。放散OK后開上密閥，上密閥開到位后開柱塞閥，料車開始下料。延時一定時間后柱塞閥關閉，關放散閥，關上密閥，爐料裝入料罐中后開均壓閥開始均壓。這時受料罐發允許料車上行信號。
4.2.3 爐頂布料控制
料罐滿且上密關到位后，程序發出申請布料信號，此時探尺探測到設定料線后提探尺至零位。均壓好后關均壓閥。探尺提到零位后開始轉動α、β。布料溜槽傾動的正常工作角度范圍是13-53度。就地操作可以使溜槽傾角達到70度以便于拆卸溜槽。當溜槽傾角小于12度或大于54度時,溜槽停止移動和轉動并發出報警,只有在報警清除后才可以繼續移動。一旦降下探尺或探尺在高爐中時，溜槽傾角如果大于45度，必須鎖定溜槽。為了使溜槽的定位精度達到±0.2度的要求，在程序中對溜槽的傾動速度進行處理，溜槽開始以最大速度傾動，當與目標位置只相差2度時，以最大速度的三分之一傾動，這樣可以精確的定位到目標位置。溜槽的旋轉由變頻器驅動的交流電機驅動。正常情況下溜槽不停的旋轉，如果溜槽的傾角位置達到了上限或下限，或者探尺在爐內時溜槽傾角大于45度，溜槽要立即停止旋轉并報警。溜槽每4小時改變一次旋轉方向，這樣可以確保溜槽磨損平衡。PLC根據爐頂料單和槽下傳送來的布料代號給出料流調節閥γ的設定開度，控制料流調節閥打開到設定開度開始布料，當接受到料罐清空信號，料流調節閥首先完全打開才能關閉。清空信號由射線檢測和PLC的定時器共同完成，如果在料流閥打開后規定的時間后發出清空信號，則認為料罐已經清空，如果在規定的時間之前發出清空信號則認為是料罐堵塞，PLC將發出報警信號，該信號一直保持，只有料流閥完全打開并且確保料罐完全排空后才能解除。料流閥關閉后關下密閥，降下探尺檢測料面，布料結束。
5、 結論
本文討論了基于施耐德昆騰系列PLC的高爐礦槽爐頂上料系統的控制系統的控制情況，本控制系統已經在高爐生產得到了實際應用，滿足了現場的生產工藝要求。操作畫面簡單方便，通過對料單設定畫面的修改可以實現對礦石、焦碳配料參數及布料參數的設置與修改，并顯示工藝所需要的數據。操作方式靈活，操作方式有自動、畫面手動和現場就地操作。在該系統中，PLC充分發揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現場調試的優點，給整個系統的穩定給整個高爐生產帶來了較大的作用。
參考文獻：
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[2]王 慧.計算機控制系統.化學工業出版社.2000年
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作者簡介：
陳明（1982.9-） 男 本科 萊鋼集團自動化部助理工程師 從事煉鐵、水泥等行業自動化控制的研究與應用工作。
通訊地址 山東省萊鋼自動化部鋼區車間 郵編 271104
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E-mail chen.ming.chm@gmail.com
司鵬（1976.3-） 男 本科 萊鋼集團自動化部工程師 從事煉鐵、煉鋼等行業自動化控制的研究與應用工作。
通訊地址 山東省萊鋼自動化部鋼區車間 郵編 271104
電話 （0634）6824216
李紅（1971.5-） 女 本科 萊鋼集團自動化部工程師 從事煉鐵、原料、水泥等行業自動化控制的研究與應用工作。
通訊地址 山東省萊鋼自動化部鋼區車間 郵編 271104
電話 （0634）6823959