鼓風(fēng)爐自動(dòng)上料控制系統(tǒng) ＊

劉小波,張壽明

(1.昆明冶金高等專科學(xué)校電氣學(xué)院,云南 昆明 650033;2.昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院,云南 昆明 650051)

1 前 言

鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐熔煉是一種近代火法煉鉛鋅的先進(jìn)方法,它合并了鉛和鋅兩種火法冶煉流程,該方法的第一步作業(yè)是鼓風(fēng)燒結(jié),即在高溫下使硫化物轉(zhuǎn)化為氧化物,并使細(xì)小分散的物料燒結(jié)成多孔的團(tuán)塊;第二步是密閉鼓風(fēng)爐還原熔煉,即把燒結(jié)塊、焦炭加到密閉鼓風(fēng)爐內(nèi),在高溫和強(qiáng)還原氣氛中進(jìn)行還原熔煉;第三步是精煉,熔煉出來的粗鉛經(jīng)過精煉才能廣泛地使用,精煉的目的:一是去除雜質(zhì);二是回收貴金屬,尤其是銀[1]。本文研究的是鼓風(fēng)爐還原熔煉的上料環(huán)節(jié),把料倉中的燒結(jié)塊和焦炭按設(shè)定值加入到鼓風(fēng)爐內(nèi),設(shè)計(jì)自動(dòng)上料控制系統(tǒng)。

圖1 鼓風(fēng)爐上料系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram for feeding system of blast furnace

如圖1所示,定義焦炭為 1#料倉,燒結(jié)塊為2#料倉,M101為小車運(yùn)行電機(jī),M102-M106對應(yīng)于 5個(gè)閥門電機(jī),LQ0-LQ5為限位開關(guān)。根據(jù)鼓風(fēng)爐內(nèi)的情況設(shè)定每次料倉下料量,小車初始狀態(tài)為LQ1處,如果需要加料,則小車從料區(qū)接料運(yùn)行到爐區(qū)下料,完成后返回初始位。為了滿足效率的要求,小車運(yùn)行需高、中、低 3種速度。小車在爐區(qū)卸料的過程為邊卸料邊運(yùn)行。各個(gè)閥門的開與關(guān)是通過電動(dòng)液壓桿上的電機(jī)M102-M106來控制。所以,系統(tǒng)總的控制對象為 6臺電機(jī)。

2 自動(dòng)上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)框圖如圖2所示,系統(tǒng)設(shè)計(jì)以 PLC為核心,鑒于穩(wěn)定性因素選擇 A-B公司的 SLC5/4控制器,上位機(jī)的組態(tài)可以監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng),它與 PLC可以互相傳遞數(shù)據(jù)信息;同時(shí) PLC通過繼電器組控制接觸器組,從而控制三相電機(jī)來開、關(guān)各閥門。為了使小車運(yùn)行速度能夠?qū)崿F(xiàn)高、中、低速度選擇,小車運(yùn)行電機(jī)通過變頻器來控制,變頻器則通過外部端口的繼電器組進(jìn)行控制。現(xiàn)場設(shè)備的情況則通過限位開關(guān)等設(shè)備反應(yīng)到 PLC。

圖2 自動(dòng)上料系統(tǒng)框架圖Fig.2 Frame diagram of automatic feeding system

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 電氣線路設(shè)計(jì)

小車 1#卸料閥門電機(jī)主線路:

如圖3中 QM102為低壓斷路器,起過載保護(hù)的作用。K M102K和 K M102G為接觸器的觸點(diǎn),可以對電機(jī)進(jìn)行換向。FR102為熱繼電器,起過電流保護(hù)的作用。

圖3 小車 1#缷料閥門電機(jī)主線路Fig.3 Motor main line of 1#discharge valve for trolley

小車 1#卸料閥門電機(jī)控制線路,如圖4所示:

1)繼電器 KA102反應(yīng)電源正常狀態(tài),當(dāng)正常時(shí)其常開觸點(diǎn)閉合,給 PLC信號。

2)SQ102K和 SQ102G為限位開關(guān),當(dāng)其開到位或者關(guān)到位時(shí),切斷接觸器 K M102K和K M102G,電機(jī)停轉(zhuǎn)。同時(shí),給 PLC信號。

3)當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí),通過現(xiàn)場的啟、停按鈕進(jìn)行控制。

4)當(dāng)選擇自動(dòng)方式時(shí),通過 PLC的 I/O輸出中間繼電器 KA102-K和 KA102-G來進(jìn)行控制。

5)兩個(gè)接觸器之間還有互鎖,各自有自鎖。

小車 2#卸料閥門、料倉下料閥門和爐封門的電機(jī)控制線路與圖4類似。小車運(yùn)行電機(jī)的控制原理與圖4類似,只是不是通過接觸器控制電機(jī),而是變頻器進(jìn)行速度控制。

圖4 小車 1#卸料閥門電機(jī)控制線路Fig.4 Motor control circuit of 1#discharge valve for trolley

3.2 I/O分配

根據(jù)電氣線路設(shè)計(jì)所用到的中間繼電器與現(xiàn)場限位開關(guān)等就可以對系統(tǒng)進(jìn)行 I/O分配,該系統(tǒng)中總共用到 2塊數(shù)字量輸入模塊、1塊模擬量輸入模塊、1塊數(shù)字量輸出模塊、1塊模擬量輸出模塊。得到的表1 I/O分配表便可對系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。

表1 I/O分配表Tab.1 I/O distribution list

續(xù)表1

4 PLC程序設(shè)計(jì)

圖5 PLC程序設(shè)計(jì)框圖Fig.5 PLC program design frame diagram

PLC程序設(shè)計(jì)軟件選擇 A-B公司開發(fā)的對應(yīng)于 SLC 5/4控制器的 RSLogix 500軟件,PLC程序設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方案,程序流程圖如圖5所示。設(shè)計(jì)以下子程序:小車運(yùn)行電機(jī)子程序、小車1#卸料閥門子程序、小車 2#卸料閥門子程序、1#料倉下料閥門子程序、2#料倉下料閥門子程序、爐封門子程序。各程序之間相互配合構(gòu)成了鼓風(fēng)爐自動(dòng)上料系統(tǒng)的整個(gè)過程。

如果上位機(jī)選擇手動(dòng)的方式,則通過監(jiān)控界面中的按鈕進(jìn)行控制。同時(shí),還設(shè)計(jì)了報(bào)表記錄、檢測限位開關(guān)是否出現(xiàn)故障、故障報(bào)警等功能。

5 組 態(tài)

組態(tài)軟件采用的是控制器對應(yīng)的 RSView 32軟件,首先對其通信進(jìn)行組態(tài)和建立標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫,然后再編輯模式下進(jìn)行圖形界面的設(shè)計(jì),系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如下功能,如圖6所示:①小車實(shí)時(shí)位置和方向顯示,顯示小車所在區(qū)域和方向。②設(shè)定料量設(shè)定值,系統(tǒng)每工作一次前設(shè)定其下料量。③累加次數(shù),記錄和顯示每天的加料次數(shù)。④閥門開度控制,設(shè)置其閥門的打開程度。⑤速度選擇,小車運(yùn)行速度高、中、低選擇。⑥手自動(dòng)切換,選擇手動(dòng)或者自動(dòng)運(yùn)行方式。⑦料量統(tǒng)計(jì)報(bào)表,記錄早、中、晚班次的料量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。⑧故障信息,查詢出現(xiàn)故障的具體設(shè)備。⑨小車載重顯示,顯示小車的 載重量。

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)畫面圖Fig.6 Monitoring system picture

6 結(jié) 語

本文構(gòu)建了基于 SLC 500控制器的鼓風(fēng)爐自動(dòng)上料控制系統(tǒng),根據(jù)鼓風(fēng)爐上料的工藝過程與控制要求,對系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、I/O分配、PLC程序設(shè)計(jì)、組態(tài)設(shè)計(jì)等。本控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,操作人員可通過畫面進(jìn)行菜單操作,大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠滿足高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]唐朝暉.鉛鋅生產(chǎn)過程密閉鼓風(fēng)爐故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[D].中南大學(xué),博士學(xué)位論文,2008,10-12.

[2]錢曉龍,李曉理.循序漸進(jìn) SLC 500控制系統(tǒng)與 Panel View訓(xùn)練課 [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[3]于 玲.可編程序控制器原理與設(shè)計(jì) [M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.