柳鋼鋼渣生產線的PLC控制應用

摘 要：柳鋼鋼渣處理廠120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產線傳統電氣控制改造為西門子PLC系統控制，編制控制程序，實現自動化控制，降低職工勞動強度，提高生產效率及產能。

關鍵詞：鋼渣處理生產線 PLC系統控制 改造 提效

中圖分類號：TF524 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0104-03

廣西柳鋼金鵬環保公司鋼渣處理廠120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產線負責處理柳鋼轉爐煉鋼廠產生的所有鋼渣，采用二破三磁選三篩分工藝流程，共有22條皮帶輸送機、4臺振動給料機、4臺激振篩和2臺液壓顎式破碎機組成，每天要處理柳鋼產生的5000噸鋼渣。原設計采用的電氣控制系統為繼電器邏輯控制方式，控制觸點多，生產控制停留在每臺設備機旁手動啟停階段；因生產區域廣設備多，每次開停機均耗時較多；而當生產堵料時，電控系統不能連鎖停機，造成現場大量積料，清料恢復生產更是費時。隨著生產任務不斷加重，實現生產線自動化控制，降低一線職工勞動強度，提高生產效率，成為必然的選擇，經分析，決定采用西門子S7-300系統對120萬噸鋼渣生產線電控系統進行技術改造，實現鋼渣生產線自動化控制及監控。

1 生產工藝控制要求

柳鋼鋼渣處理工藝采用二破三磁選三篩分工藝流程，鋼渣通過皮帶輸送機運送，再經破碎、磁選、篩分的生產過程，因鋼渣原料含鐵量高、大小、形狀不規則，經常出現堵料影響生產的情況，因此對鋼渣生產線采用PLC系統控制改造作如下要求。

（1）手動/遠程控制：手動控制為PLC自動控制出現故障和檢修時使用；遠程控制則為PLC控制。（2）PLC控制又分自動控制和手動控制。自動控制為設備全自動順流程啟動和逆流程停止；手動控制為機旁控制，對設備實現單機啟停。（3）設備控制實現連鎖控制。（4）建立故障報警系統，出現故障停機時，顯示故障點，便于查找故障原因及解決故障，并自動記錄故障時間。（5）建立生產設備運行、故障自動統計系統，生成系統報表。

2 PLC電控系統設計改造

2.1 PLC控制回路改造

（1）PLC選型。

根據前述控制要求，在充分考慮系統可靠性、穩定性、通用性基礎上，確定本電控系統采用集中式控制結構，分為3級：過程監控站、PLC控制器和現場電氣驅動和信號檢測。PLC控制器選用西門子SIMATIC S7-300型，該型PLC技術成熟可靠，應用廣泛，具有功能強、速度快、模塊化等特點，具體配置為：CPU314，帶有MPI接口，配64k EPROM存儲卡做程序掉電保護；16通道DI模塊SM321，5個；16通道DO模塊SM322，3個；考慮系統的總點數和今后擴展需要，配置了1個擴展機架，主機架和擴展機架之間通過通信模塊IM360和IM361通信。監控站采用戴爾電腦主機加顯示器一套，運行西門子WINCC6.2過程監控組態軟件。S7-300系統和監控站計算機的通信采用MPI接口，在上位機中安裝CP5613通訊卡，通過MPI電纜進行連接。

（2）輸入輸出點分配。

根據生產特點，鋼渣輸送皮帶較少出現跑偏和打滑現象，要增加這些信號反饋，需增加配電室至現場的控制線和打滑檢測設備，這樣耗時且易影響生產，所以跑偏和急停信號不引回PLC輸入信號；液壓鄂式破碎機現場控制箱使用國產信捷PLC系統，控制主電機啟停和液壓控制回路；激振篩為啟停回路；因此每臺設備PLC輸入信號只需要一個備妥信號和一個主接觸器反饋信號（如圖1）。

輸出點則只需每臺設備各一個輸出點（如圖2）。

2.2 原電控主回路改造

原設計電控系統為繼電器邏輯控制方式，控制觸點多，生產控制為簡單現場啟停控制，現場控制箱有啟動、停止和急停按鈕，啟動和停止指示燈，電機過載保護為老式雙金屬片熱偶保護（如圖3）。

對原電控主回路進行改造，現場控制箱需增加一個雙向拔檔開關實現機旁/遠程控制，配電室控制回路增加一個備妥接觸器，接收包括拉繩、跑偏、過流和急停信號；主接觸器增加一對觸點，反饋接通信號給PLC顯示狀態；熱繼電器改為帶電子顯示的電子過流保護器，改變熱繼電器反應慢、調節不精準的情況，電控主回路改造后如圖4。

2.3 PLC系統功能程序設計

（1）改造后PLC系統控制設計有以下特點：逆工藝流程起動，即先啟動生產線終端22#輸送機，最后啟動生產線起始端1#給料機；順流程停機，先停起始端1#給料機，最后停終端22#輸送機，并根據輸送機速度、長度加以延時間隔，以免發生堆料的現象；啟動時間以設備運轉進入全速為準，停止時間以渣料走完輸送機為設定依據。為保護設備、提升生產效率及人員安全，還需設計較為復雜的聯鎖控制：①當輸送機、激振篩、液壓顎式破碎機中任一設備發生非正常停機或嚴重故障時，立即停止上游設備運行，下游設備保持原工作狀態不變；②根據出現故障設備，進行緊急停機、順序停機，并在監控畫面顯示報警；③在監控站畫面上、PLC柜及操作臺都設有“緊急停止”按鈕，當出現重大險情和故障時，操作“緊急停止”按鈕能立即停止全線設備。

（2）控制方式：①PLC控制方式，正常生產時使用。操作員在監控站畫面實現設備聯動或單動；②就地控制，保留原來的現場手動控制，可用機旁電氣開關實現設備起/停，滿足設備檢修、試車、緊急事故處理的需要。

通過對上述系統控制功能和PLC各個輸入輸出信號的仔細分析，確定出單臺設備的控制邏輯，利用西門子STEP7編程軟件編寫程序，分為手動和自動FC塊供OB1塊調用，手動只是簡單啟停回路不再說明，自動控制回路梯形圖（LAD）見圖5。

以1#、2#、3#皮帶為例，這里使用了SR置位指令、SD接通延時指令和SF斷開延時指令，SF斷開延時指令用皮帶延時停止很好用，在輸入端為0時線圈保持接通完成延時過程。圖5為2#皮帶啟停控制回路示例，1#皮帶為2#皮帶上游設備，3#皮帶為2#皮帶下游設備。M20.0和M20.1互鎖控制設備全自動啟停，T1為下級皮帶啟動到本級皮帶啟動延時間隔，T0為本級皮帶啟動到上級皮帶啟動延時間隔，T25為本級皮帶停止到下級皮帶停止延時間隔，中間加個I0.1上皮帶接觸器反饋信號，T26為2號皮帶停止到3號皮帶停止延時間隔，這部分組成了全自動順停和逆啟動作。I0.2備妥信號為皮帶本身保護信號，包括跑偏、拉繩和檢修控制。I0.5為下級設備信號反饋，主要功能為下級設備未啟動時本級設備禁止啟動，以及下級設備故障停機時上游設備全部急停。

3 監控站人機界面設計

PLC系統監控軟件采用西門子WINCC6.2組態軟件，同為西門子產品兼容性好。組態時設定好通信參數，并在監控畫面的控件屬性中設置正確的PLC位地址或字地址，監控軟件就能建立起與PLC內部地址的連接和通信。利用WINCC6.2強大的圖形組態技術和豐富的用戶函數，設計了以下功能：①鋼渣處理工藝流程監控畫面設計見圖6；通過動態、變色、閃爍、數字、棒圖及曲線的方式實時監視各電氣設備、工藝參數的工況，操作人員點擊畫面按鈕可以實現全線設備單動起/停、聯動起/停、緊急停車等控制功能；②生產線設備數據統計：對設備的起/停時間、班運轉時間、起/停次數累計等信息自動記錄并顯示，對于合理安排生產和設備檢修具有重要意義；③自動生成報表：生產線設備運行統計數據實時生成，可按生產班次定時打印，同時在監控畫面設計了報表打印按鈕，可以在任何需要的時候進行打印；④在線操作指導：采用Windows超級鏈接文本幫助形式，向維護操作人員提供方便、快捷的查找關于生產工藝操作、設備維護和軟件使用等信息；⑤報警功能：在每幅畫面上都有報警標志，設備故障、工藝參數異常都會觸發相應的報警，每個故障報警都有詳細說明和原因解釋，并有完善的報警確認、報警屏蔽和報警歷史記錄（如圖7）；⑥權限安全設置：通過設置工程師和操作員2級權限，明確了生產操作和管理職責，防止誤操作，有效增強了系統的安全性、可靠性。

4 改造后PLC系統運行效果

120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產線改造后PLC系統已成功投入使用，取得了良好的效果：①生產效率顯著提高，開停機時間和堵料清料時間顯著減少，開機率由原來的78%提高至87%；②設備得到有效保護，設備負荷電流實時顯示，電機得到有效保護，一旦超限會及時報警和聯鎖制動，從而解決了因堵料造成電機超載、燒毀及爆軸的問題；③生產線系統故障率明顯下降，維護工作量大大減少，設備故障率由原來6%降低至3%，設備穩定運行得到充分保障；④減少了生產人員編制，僅需要3人就可完成相當于以前6人的工作。

綜上所述，柳鋼120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產線的PLC電控系統改造，系統由性價比高的PLC、工控機和組態軟件構成，通過PLC編程，實現了對生產設備的全自動控制、聯鎖保護、運行狀態監測等功能；運用組態軟件設計，實現了具有良好的人/機過程接口能力的監控，實現了生產過程信息的集中顯示和處理。生產實際運行效果表明，本PLC電控系統功能設計合理，運行可靠，顯著提高了柳鋼鋼渣生產效率。