PLC在造球工艺上的应用

一、 概述 冶金行业中运用精料技术是高炉冶炼技术进步的具体体现，使用球团矿来代替铁矿和部分烧结矿是高炉精料技术的发展，采用高硷度烧结矿加酸性球团矿的配料来进行高炉冶炼，从而达到增产节支的目的。 竖炉球团的生产是一个较复杂的包括专门设备的电气联锁和过程控制的工业烧结过程，集配料、烘干、造球、烧结、成品运输和除尘与一体。老式竖炉以手工操作为主，各种报表都是由操作工手工制作，工人的劳动强度较大，数据信息的可靠性差，难以作为指导生产的依据；工段间生产信息交流具有大滞后性；由于人工看表操作，在竖炉岗位不时出现过烧和欠烧情况，布料排料岗位也不时因给料设备原因会有布料不均，卸料不匀的情况，使得产品质量不稳定，炉体寿命受到严重影响，同时，设备利用率低，生产工艺和生产管理不完善，也造成了生产原料的浪费，增加了生产成本。近年来，PLC 或 DCS 控制系统的应用取代了手动操作，逐步实现了竖炉系统及造球系统的分散控制和集中监控，但现场底层传感器和数据采集器之间多采用一对一物理连线和模拟信号传输导致大量布线，信号传输的抗干扰能力也较差。随着自动控制技术，计算机技术和微电子技术的迅猛发展，现场总线技术的不断创新，PROFIBUS现场总线已经成为世界应用最广泛的现场总线，由于采用现场总线技术，避免了现场智能仪表与控制室智能控制器或仪表之间的非智能连接，使现场智能仪表的各种智能功能得到淋漓尽致地发挥，体现出现场总线在过程控制中的优势；保留了对常规仪表信号的处理功能，提供相应的常规 I/O 模块处理，可以随时方便地过渡到现场总线，保护用户原有电器设备控；S7-300的分布控制单元可执行LEN梯形图等几种编程语言，完成各种逻辑控制，能够构成完整的控制系统；同时，作为世界名牌产品通过现场总线基金会一致性和互操作性测试，S7-300系统与其它厂商的设备实现了良好的互连和互操作，可和市场上许多的电器产品兼容。 SL-300系统较好解决了传统PLC及 DCS 系统中存在的问题，实现了工厂底层设备状态、车间级监控和工厂级信息管理的信息集成。 二、 现场总线技术及 S7-300系统 现场总线技术是近十年来兴起的新技术，是二十一世纪工厂自动化必不可少的关键技术，它是用于现场仪表与控制室仪表之间实现全分散、全数字化、智能式、双向、多变量、多站信息交换的一种通信系统，是信息技术、网络技术与工业控制技术结合的集中体现。目前国际上流行的现场总线主要有过程现场总线 PROFIBUS 、基金会现场总线 FF， LonWorks 总线， CAN 总线等，世界上许多自动化技术生产商都推出了支持某种主流现场总线标准的产品。我们红山球团厂采用是现场总线技术分为上层网络连接和下层网络，上层网络是实现各个PLC站通讯，它主要采用以太网的形式；下层网络是通过现场总线把全厂的变送器连入系统的。 S7-300系统是德国西门子公司所生产的，比较成熟的一款PLC系统，它属于模块式的PLC，主要由机架、CPU 模块、信号模块、 功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。S7-300 是模块式中小型PLC，最多可以扩展32 个模块。 S7-300系统是以现场总线技术为核心，可将现场总线仪表、模拟仪表、分布式智能 I/O 、 DCS 、和 PLC 等工业自动化设备有机地集成在一起，为企业综合自动化系统提供了一套全新的解决方案。其中S7的PLC系统具有以下特点： ⑴以PROFIBUS现场总线技术为核心， 将控制任务下放到工业现场的智能仪表， 实现了控制功能的彻底分散， 而控制功能的分散意味着危险分散，从而极大地提高了系统的可靠性。 ⑵PROFIBUS和下层总线相互补充，构成企业综合自动化系统的网络平台。现场总线仪表、智能 I/O 与计算机之间通过现场总线连成一体，系统结构简单，可扩展性强，不仅降低了布线成本，而且还具有设备远程调试和自诊断能力，维护方便。 ⑶不仅支持多种现场总线智能仪表，也支持传统的模拟仪表、PLC和DCS，可以在最大程度上保护用户的已有设备。 ⑷支持设备描述技术，保证了不同厂商现场总线设备间的客户操作性，使用户有很大的设备选择空间。 ⑸可以集成各种流行的工业自动化设备和监控组态软件，是真正开放的网络化控制系统。 三、 系统网络结构设计 现场总线技术的核心是网络技术，S7-300系统的计算机网络是一个实时网络，信息处理满足实时性、完整性、一致性和可靠性的要求。 总线系统的功能体系结构如图一所示，共分为三个层次，工程站、PLC子站和下层网络。 根据PROFIBUS总线系统体系结构，结合竖炉造球生产的工艺特点，将竖炉造球控制系统结构设计如下，见图二。 如上图所示，整个系统由造球筛分电气控制系统、竖炉本体电气控制系统、煤气炉控制系统组成。过程检测（仪表）控制系统包括若干子系统，采用总线拓扑结构，通过MOX交换机网关与网络集线器连接；系统中的各电气控制系统由数字量I/O模块组成，将传统的离散数据和过程控制中标准的0～20mV模拟仪表信号引入系统，完成安全连锁等功能；各电气控制系统、仪表控制系统和上位机，如操作站（人机接口），工程师站（组态与诊断），　生产调度（企业资源计划）工作站和管理工作站等，通过工业以太网与网络集线器连接，采取环型拓扑结构。 四、 系统功能概述 本控制系统按造球工艺流程可以分为以下五个部分： ① 配料流程。 配料在配料库进行。精矿采用圆盘给料机控制下料，膨润土根据需要由螺旋给料机下料，由于配料精度相对要求高采用ABB变频器来控制调速，其中3个圆盘给料机和3个螺旋机的变频由现场总线连接到造球PLC子站。可以对配料进行监测。 ② 生球流程。 对于生球的流程主要是对各电器设备的连锁控制，同时把设备运转的时事情况上传到各控制室的组态画面上。 ③ 上料流程。 上料流程主要是对布料小车的循环、故障的时事的控制和监视。同时也根据竖炉的状况手动的对布料的操作，调节炉子温度。不论是小车的循环控制还是它的手动操作与故障的监测，它都是通过PLC子站功能模块的程序完成的，再由子站通过PROFIBUS上传到控制室，并在控制室里可以方便的对其实现所需控制。 ④ 熟球流程。 熟球流程主要是对炉况的监测和下料控制。监测竖炉炉况，主要是根据安装在炉上各个测温点的热电偶数据来调节布料小车下料的情况，热电偶数据通过S7-300的专用模拟量模块来完成数据的模拟量和数字量的转换。 ⑤ 制气流程。 制气流程中，最重要的是对煤气、蒸汽和空气管道的压力和流量的控制，我们用的是西门子的压力和流量变送器，它支持PROFIBUS（以太网）协议，大量的变送器的数据处理，只通过了一根现场总线上传到各PLC子站上。 总的来说，PLC对于全厂的控制处理可以分为2个部分：1、拟量数据的转换；2、对个电器设备开关量的控制。通过以上的控制概述，可以直观的反映在各控制室电脑的组态画面上。 五、 未来展望 近几年我国工业的迅猛发展，PLC的运用也越来越广泛，自动化工厂、机器人流水线也成为现实。预想未来通过PLC或电脑的过程控制，使工厂达到无人操作，自动反馈调节生产工艺参数。最终实现真正意义上的自动化工厂，为人类的发展提供一个全能的平台。