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［編輯簡介］：結合某鋼鐵有限公司680M3高爐電氣自動化儀表控制系統(tǒng)的現(xiàn)場實際情況，重點闡述了億維200和300系列PLC擴展模塊合理應用于上料系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、高爐上料配電系統(tǒng)及畫面監(jiān)視、軟件功能等成本系統(tǒng)中成功案例。本文將主要介紹上料PLC主站、本體PLC主站、熱風PLC主站、布袋PLC主站等四套PLC系統(tǒng)組成設計方案。
�。壅荩河捎诟郀t是連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，針對此類鋼鐵廠深圳市億維自動化技術有限公司設計了一套電氣自動化儀表控制系統(tǒng)。本文對680M3高爐電氣自動化儀表控制系統(tǒng)的設計應用方案進行了介紹。通過此應用證明：億維PLC系統(tǒng)實現(xiàn)了高爐電氣儀表控制完全自動化，不但降低了環(huán)境污染、減輕了勞動強度，而且還極大地節(jié)省系統(tǒng)成本和維護費用。
一、系統(tǒng)總體設計思想
根據(jù)高爐工藝，采用合理的方式，以低成本高性能的總體思想進行設計。自動化系統(tǒng)采用三電一體化開放式結構，為今后系統(tǒng)的擴展創(chuàng)造條件，留有區(qū)域級計算機及全廠管理計算機的接口能力。
根據(jù)高爐系統(tǒng)分散的特點，采用主從網(wǎng)絡結構：分站通過網(wǎng)線再連接至主站系統(tǒng)，減少電纜用量、方便維護，使成本大大降低。如SM331就可作為單個從站，可在高爐設備就近配電室安裝。布袋反吹采用矩陣的方式進行設計，結構簡單，采用的模塊點數(shù)成倍減少。
系統(tǒng)采用億維PLC作為基礎控制站，完成對現(xiàn)場工藝設備的控制及監(jiān)測；上位操作采用億維工控機作為操作站，進行人機對話，對現(xiàn)場設備運行情況及各種儀表參數(shù)進行實時監(jiān)視。系統(tǒng)在正常生產(chǎn)情況下以全自動為主，各上位機互為備用，在設計上充分考慮上位機自動、手動和機旁箱手動，以保證在各種情況下生產(chǎn)的正常運行。
自動化裝置的選用原則上采用目前檢測水平的新技術、新設備，同時考慮控制系統(tǒng)的構成簡單、實用、性能可靠，充分滿足工藝要求。確保產(chǎn)品質(zhì)量并保證系統(tǒng)整體滿足工藝要求和性能的情況下減少投資。
二、系統(tǒng)配置
本系統(tǒng)完全為高爐操作提供服務，使被控設備能在主控樓的計算機上方便的進行集中操作，并對這些設備的運行情況做如實的記錄
1、自動監(jiān)控系統(tǒng):
1.1 采用的網(wǎng)絡結構
上位機采用工業(yè)以太網(wǎng)，充分滿足上位機之間數(shù)據(jù)傳輸量大的要求；PLC與遠程站之間采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，以滿足現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性；網(wǎng)絡框圖如圖一所示：
圖一
主要有六臺工控機作為操作站，分別為礦槽、爐頂、熱風、布袋、本體儀表、工長操爐組成，可互為備用。
PLC有四套主PLC系統(tǒng)組成，上料PLC主站、本體PLC主站、熱風PLC主站、布袋PLC主站，下設各自的擴展模塊完成系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集。經(jīng)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡與操作站之間完 成數(shù)據(jù)交換。
1.2軟硬件設備組成
☆ PLC選用億維200+300組成的高性能低成本模塊結構。
☆ 計算機操作臺：不銹鋼面操作臺
☆ 編程軟件選用STEP7 V5.4,組態(tài)軟件選用我WINCC 6.0 SP3
三、熱風爐控制系統(tǒng)
本高爐配有三座熱風爐，主要負責燃燒、蓄熱、給冷風加熱，并將熱風送進高爐。由于一座熱風爐是間斷的熱交換，而高爐需要連續(xù)的熱風，所以三座熱風爐按周期性工作，包括燃燒、悶爐、送風三個過程。
熱風爐順控系統(tǒng)設有以下幾種操作方式：全自動、半自動方式、CRT手動方式、機旁箱操作
熱風爐工作狀態(tài)介紹
一個熱風爐可在“送風”向“悶爐”至“燃燒”狀態(tài)，也可從“燃燒”向“悶爐”至 “ 送風”轉(zhuǎn)換。
“送風”指的是熱風爐被充壓，且冷風閥和熱風閥兩者均被打開，所有其它的閥門均關閉（不包括混風切斷閥和換熱器各閥門）。
“燃燒”指的是熱風爐被減壓，冷風閥、熱風閥和冷風充風閥關閉，廢氣均壓閥打開，助燃空氣和煤氣引入熱風爐。
“悶爐”指的是熱風爐所有閥門均關閉，但壓力控制仍在工作，預備著一個熱風爐隨時變?yōu)槌鋲夯蚓鶋籂顟B(tài)。
熱風爐工作制度：
正常情況下熱風爐采用并聯(lián)送風，或二燒一送工作制，非正常操作為一燒一送工作制。
每座熱風爐可以在“燜爐”、“送風”、“燃燒”三種狀態(tài)之間自動轉(zhuǎn)換，各閥開關受PLC程序控制，發(fā)出換爐指令后，熱風爐設備按工藝要求順序進行有關聯(lián)鎖動作。
四、高爐煤氣干式凈化控制系統(tǒng)
高爐煤氣除塵設施是高爐的配套設施，其目的是凈化高爐煤氣，提高煤氣質(zhì)量。高爐煤氣經(jīng)重力除塵器除塵后，進入布袋主箱體下部，煤氣穿過布袋時其所攜帶的灰塵被布袋截留，進行過濾凈化后的煤氣經(jīng)高壓閥組輸送給熱風爐或煤氣管網(wǎng)供用戶使用。布袋除塵過濾后的塵灰由脈沖閥沖掃，落至儲灰倉；打開卸灰閥，由刮板機輸出，用斗提機送入高位灰倉。
1、本套設施共設計了三種反吹方式，時間反吹（設定時間到）、壓力反吹（壓差高于設定值）、手動反吹。
2、除塵系統(tǒng)包括反吹和卸灰兩個控制流程，均能單獨實現(xiàn)手動、半自動和自動三種控制方式：
2.1 手動操作方式：從畫面選擇手動操作，用鼠標操作相應按鈕來開（啟動）、關（停止）所有設備。手動反吹時，必須按下反吹請求鈕，與反吹相關的設備才能操作。手動反吹時只能將一個箱體選擇有效，反吹此箱體，此箱體反吹完成，自動變?yōu)闊o效，將另一箱體選擇有效，反吹這一箱體，以此類推直至反吹完成。
2.2半自動操作方式：從畫面選擇半自動操作，并且只能將一個箱體選擇有效，在按下反吹請求鈕，開始自動反吹這一箱體。這一箱體反吹完成后，將另一箱體打到有效，開始自動反吹此箱體，以此類推直至反吹完成。
2.3自動控制方式：差壓反吹、定時反吹。差壓反吹即當箱體差壓高于設定差壓值（3KPA）時開始自動反吹；定時反吹即當計時時間達到設定的反吹時間后開始自動反吹。
2.4 卸灰操作：定時卸灰、手動卸灰。對卸灰時間進行設定，到設定時間后自動啟動卸灰斗提機、掛板機、按工藝要求依次打開被選擇卸灰箱體上的設備（上卸灰閥、下卸灰閥、葉輪給料機、灰斗清堵裝置脈沖閥），一般設定6次/24時，自動完成卸灰操作。
2.5 手動卸灰：通過人工手動操作現(xiàn)場操作箱上的按鈕來實現(xiàn)卸灰。
3、布袋除反吹系統(tǒng)工藝流程
3.1 當荒凈煤氣總管壓差達到6～8Kpa（可設定）進行反吹。同時有定時反吹選擇，通過設定的同期來對布袋進行反吹。
3.2 箱體單體反吹時間為10-20秒（可調(diào)），反吹順序為N1、N2、N3......N10，氣包上的噴吹管同樣為順序動作n1、n2、n3.....n14待10個箱體全部反吹完畢，反吹過程結束。
3.3 箱體反吹采取離線反吹。當凈荒煤氣總壓差達到設定值6Kpa時，首先關閉正在工作箱體的進、出口蝶閥，然后進行反吹。反吹后立即打開進出品蝶閥，再進行下一箱體的反吹，依次類推。
3.4 每個布袋每次反吹抖動次數(shù)為2次（可調(diào)）
3.5 輸灰系統(tǒng)
①開啟N1箱體上部電動球閥，開N1箱體倉壁振動器，延時30秒（可調(diào)），關閉N1箱體倉壁振動器，關閉N1箱體上部電動球閥。N1箱體上部卸灰完成。開啟N2箱體上部卸灰作業(yè)。依次完成N3箱體、N4箱體、N5箱體……N10箱體上部卸灰作業(yè)。
�、谥虚g倉下部設備動作順序：
當N1箱體上部卸灰作業(yè)完成后，開始中間倉卸灰作業(yè)：首先開啟公共設備,即：斜管振動器→斗提機→刮板輸送機。完成后開啟：N1箱體電動給料機→N1箱體下部電動球閥→N1箱體中間倉的倉壁振動器。延時30秒后，關閉中間倉下部設備。
順序為：關中間倉的倉壁振動器→N1箱體下部電動球閥→電動給料機。
完成N1箱體下部卸灰后，開始N2箱體下部卸灰，動作同N1箱體。之后依次為N3箱體、N4箱體、N5箱體……N10箱體。
當N10箱體下部卸灰完成后，關閉公共設備，其順序為：
刮板輸送機→斗提機→斜管振動器。
�、鄹呶换覀}下部設備動作順序：
開啟：加濕卸灰機→電動球閥→倉壁振動器
關閉：倉壁振動器→電動球閥→加濕卸灰機
此部分均為機旁操作,其它設備均為PLC控制。
五、高爐本體儀控系統(tǒng)
高爐自上而下由爐喉、爐身、爐腹、爐缸、爐基五大部分及相關的水系統(tǒng)組成。所有儀表點接入數(shù)據(jù)采集器，通過通訊傳至上位機。
高爐過程檢測和控制的主要任務為：采集溫度、壓力、流量等各種數(shù)據(jù)，對減壓閥組進行調(diào)節(jié)控制，能監(jiān)視爐內(nèi)反應，對爐體及設備進行保護。
1.爐頂打水控制
煤氣上升管溫度過高時報警，開爐頂打水閥：溫度恢復正常時，關打水閥。
2.爐頂煤氣壓力控制
高爐爐頂煤氣壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)布袋除塵器后的減壓閥組開度來維持爐頂煤氣壓力的穩(wěn)定。
3.風口檢漏及排水溫度的測量
為保護爐體安全，風口破損檢漏是極為重要的檢測項目。測量風口冷卻水進、出口流量差，測量風口排水溫度，能檢測風口是否完好。
六、畫面介紹
畫面系統(tǒng)是操作人員與控制系統(tǒng)的人機界面，操作人員通過畫面對設備進行操作、監(jiān)視設備的運行情況，及時做出相應調(diào)整，畫面系統(tǒng)可以設定數(shù)據(jù)，改變運行方式，向操作人員顯示設備的正常狀態(tài)及報警信息等。
CRT畫面顯示主要內(nèi)容如下：
（1）系統(tǒng)畫面：上料、爐頂、熱風、布袋
（2）控制設定畫面：配料、其它參數(shù)設定
�。�3）故障監(jiān)視畫面：實時顯示故障信號提示操作人員進行相應措施
（4）報警記錄：記錄各設備及儀表的故障報警
�。�5）報表記錄：對生產(chǎn)參數(shù)進行實時記錄
以下就主要畫面進行介紹
1、上料畫面：
包括整個卷楊及爐頂設備，其中主要有上料小車、左右探尺、柱塞閥、上密、下密、旋轉(zhuǎn)布料裝置、均壓閥、放散閥等。生產(chǎn)中可實現(xiàn)手動、自動隨時轉(zhuǎn)換，各種運行、故障有不同的顏色來顯示，特點1、小車拐點、卸料位等各減速點停車位可根據(jù)生產(chǎn)調(diào)節(jié)2、旋轉(zhuǎn)布料角度及速度可通過畫面直接設定，滿足生產(chǎn)工藝中的各種布料方式3、在檢修或新員工培訓情況下還可以通過畫面各種數(shù)據(jù)的設定來進行模擬生產(chǎn)。
圖二
2、礦槽畫面
主要包括皮帶、料斗、振篩運行、停止、故障指示及操作。可以在此畫面提前設定各種料質(zhì)重量，根據(jù)爐長下的各種料批要求通過調(diào)整周期表來完成自動上料。也可通過機旁轉(zhuǎn)換開關使個別控制轉(zhuǎn)到現(xiàn)場操作，畫面中有手動(綠色)、自動(紫色)指示。另外還有周期表子畫面。
圖三
3、熱風爐畫面
此畫面中可實現(xiàn)助燃風機、調(diào)壓閥組、助燃調(diào)節(jié)閥、混風閥、冷風閥、熱風閥、放散閥、冷風均壓閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥、空氣切斷閥、煤氣切斷閥各種工藝閥門的操作并顯示儀表參數(shù)。能自動完成熱風爐的各階段轉(zhuǎn)換達到自動送風、燜爐 、燒爐。各種閥門在畫面中可實現(xiàn)點動操作，調(diào)節(jié)閥各通過輸入預定數(shù)值或點擊滾動條自動調(diào)節(jié)。
圖四
4、布袋除塵畫面
包括脈沖閥、上下卸灰閥、放散閥、上炮、下炮、輸灰機、斗提機、進出口蝶閥和進出口盲板閥，并顯示設備運行狀態(tài)、各儀表參數(shù)等。用鼠標點擊各閥們可自動彈出控制菜單，脈沖閥為動態(tài)顯示，可隨時發(fā)現(xiàn)因頻繁動作而損壞的電磁閥。脈沖時間及箱體選擇可根據(jù)要求設定。
在自動情況下自動完成吹掃，根據(jù)設定從1＃開始依次至8號箱體。如果某個箱體出現(xiàn)問題會自動跳過該箱體向下執(zhí)行。
圖五
七、結束語
高爐自動化控制系統(tǒng)的各個動作和狀態(tài)都由PLC控制，不僅能滿足各設備的集中控制方式、機旁控制方式 、兩地并用控制方式所需的大量按扭、開關、位置檢測點的要求；而且還能根據(jù)不同的工藝要求，選用合理的配置方法：網(wǎng)絡的主從結構、布袋反吹的矩陣結構等；更可通過接口元器件與計算機組成PLC工業(yè)局域網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡通信與網(wǎng)絡控制。使高爐電氣自動化儀表控制系統(tǒng)能方便地嵌入到鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流水線中。
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