PLC在加料系統中的應用
——以韶冶鼓風加料系統為例

林璇

（中金嶺南公司 韶關冶煉廠，廣東 韶關512024）

PLC在加料系統中的應用
——以韶冶鼓風加料系統為例

林璇

（中金嶺南公司 韶關冶煉廠，廣東 韶關512024）

作為專業自動化控制設備，韶關冶煉廠鼓風加料系統的PLC通過輸入模塊接收現場開關、模擬、脈沖信號來監控現場設備的狀態，經過CPU解讀邏輯程序，送出控制信號到輸出模塊來完成對現場設備的控制，實現自動化的過程.隨著微電子技術的快速發展，PLC調試簡單、操縱方便、使用安全、運行可靠、效率高、故障率低等眾多優勢大大提高了企業的生產效率和經濟效益.

PLC；鼓風加料系統；自動控制；局部控制

在工業生產過程中，大量的開關量順序控制按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖的保護動作的控制及大量模擬量的數據采集［1］.可編程序控制器（PLC）是用繼電器邏輯編程語言進行編程的，所用的邏輯元素包括繼電器觸點、線圈、參數、寄存器、鄰接短線及功能塊.控制器通過編程器構成網絡和程序段、編程控制器程序.控制器掃描網絡、解算邏輯，而每個邏輯控制著該程序中另一邏輯的輸入（或控制某一輸出）.

1 PLC的工作原理

PLC通過接收輸入端的信號來監視現場的設備狀態，解算CPU存儲的邏輯程序，然后通過向輸出發送控制信號來驅動現場的設備.PLC的一個掃描周期必須經過輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段.在PLC控制系統中I/O模塊通過內裝的微處理器可以對輸入輸出信號進行高速和精確的處理與控制，模塊內設一個二進制位用于表示模塊的工作狀態，將該位編入診斷程序可加快故障診斷的速度，使維修人員可迅速地確定模塊的狀態［2］.在PLC控制系統中，輸入接線端位于PLC的頂部，與現場的按鈕、選擇開關、電機啟動接點、限位開關等檢測設備相聯.如果檢測到現場的檢測元件閉合，則把現場電壓轉換為CPU可以處理的邏輯電平信號.CPU由數字處理器、存儲器和電源組成.這些部分協同完成解算應用邏輯和向輸出傳遞控制信號的工作.CPU讀入轉換后的輸入數據，執行內存中的程序邏輯，然后輸出相應的控制信號控制現場的開關設備.輸出接線端位于PLC的底部，輸出通過接通控制電壓對現場設備進行控制.

邏輯量的控制是PLC的優勢也是PLC最基本的應用.邏輯量控制的目的是根據邏輯量的當前輸入組合與歷史的輸入順序，使PLC產生相應的邏輯量輸出，以便系統能按一定的順序工作.所以，有時也稱其為順序控制.順序控制又分為手動、半自動或自動.采用的控制原則有分散、集中與混合控制三種.這是邏輯量編寫的一個“單按鈕啟/停”程序［3］.

2 加料系統簡介

韶冶鼓風爐加料自動控制系統主要完成備料倉的給料、稱量、運輸，直至將物料加入鼓風爐內這一過程的自動控制.加料控制系統以Modicon 984為核心，配套設備有操作臺、繼電器柜.PLC系統以680CPU為主機，本地站有5個機架，遠程站有4個機架,數字量I/O有664點,模擬量I/O有16路，高速可逆計數器5個. 2臺彩色監視器用于編程、加料工藝過程控制.加料控制系統的各種操作方法和必要的現場設備狀態顯示在操作臺上.繼電器回路主要用于實現簡單的手動操作和現場設備的驅動.

3 PLC在加料控制系統中的應用

韶冶鼓風爐加料自動控制系統分為排料控制、轉運車控制、加料控制、吊車控制、料鐘控制、爐頂探桿控制等部分.在整個加料過程中，控制系統通過集中控制、局部控制、停止控制相結合的工作方式保證整個系統可靠地運行.具體分別為：（1）集中控制時，通過執行與工藝要求一致的PLC程序來完成整個控制過程.（2）局部控制時，操作人員通過操作臺上的開關、按鈕操作完成某局部系統或單臺設備的動作.（3）停止控制即停止系統的一切工作.緊急情況時，操作人員按下操作臺上的紅色“急停”按鈕，實現緊急停車.以上集中控制、局部控制、停止控制之間的相互切換不會引起控制上的擾動或工藝流程上的紊亂.

3.1 排料控制系統

排料控制系統主要控制10個備料倉下的排料設備（如排料輥、密封門、給料機、振動篩、漏斗閘門及其通風除塵設備的啟?；蜷_閉）并完成各種物料的自動稱量.排料控制系統的工作方式有集中控制、局部控制、停止控制三種，分別為：（1）集中控制方式是轉運車完成換罐后進入排料區，按設定排料制度、排料程序和選定的料口依次停在相應的料口下，PLC控制自動完成各料倉物料的稱量及排料設備的啟停和開閉.（2）局部控制方式是轉運車不按設定的排料制度、排料程序等自動停車，而是操作人員控制停在某個料倉下完成排料過程.操作相應的料口局部起停按鈕，由PLC控制完成本次排料.（3）停止控制方式是操作人員通過操作臺上相應的手動按鈕操作該料口單臺設備的停啟.整個排料控制系統根據排料制度發出的指令，通過PLC對指令進行處理，應用邏輯向輸出端傳遞控制信號，與排料系統配合實現正、反向加料，雙料口向雙料罐排料，單料口向雙料罐排料，單料口向單料罐排料，雙料口向單料罐排料等功能.排料完成后發出“排料完成”信號.

3.2 轉運車控制系統

轉運車在運行過程中的位置檢測除了行程開關，還采用了編碼器檢測技術來實現控制.轉運車運行于提升塔下與排料區之間，將備料倉中的物料運至提升塔下，轉運車工作需要滿足工藝提出的各種加料制度，自動選擇料口，雙料口向雙料罐，單料口向雙料罐（或單料罐）的要求.轉運車在排料區有9個停車點，在提升塔下有2個停車點.

轉運車的運行設有正向快速、正向慢速、反向快速、反向慢速.轉運車在停車點之間的運行一般為快速，到達預定停車點前收到減速開關或編碼器發出的減速信號即改為慢速運行，再根據選定停車點發出的停車信號準確停車.轉運車在換罐運行時為慢速.

轉運車的工作方式有三種，分別為：（1）集中控制方式.轉運車按照設定的加料制度、加料程序自動運行.（2）局部控制方式.在自動控制方式發生故障或檢修時選用局部控制方式，通過操作臺上“正快”、“反快”、“停車”按鈕及相對11個停車點的選擇按鈕操作，根據需要選擇停車位置，再按“行車”按鈕，轉運車即自動運行并減速至被選位置停車.如果需要中途臨時停車，操作人員可以按下“停車”按鈕.（3）停止控制時，按下“正快”、“正慢”、“反快”、“反慢”四個按鈕之一則運行，松手即停車.根據需要，操作人員控制轉運車停在任意位置.轉運車工作流程圖如圖1.

圖1 轉運車工作流程

3.3 吊車控制系統

吊車控制系統的任務是將裝有物料的重罐自提升塔下運至鼓風爐頂加入爐內.吊車的PLC控制程序采用拓樸結構，把吊車的行程分為不同的程序段，在每一個程序段中把滿足條件的吊車行程設立為不同的行程標志，以防吊車誤動作.吊車的行程為：（1）等候面切電阻下放，到達塔下減速點后改為動力制動下放，到位停止.（2）塔底提升.到減速點改為串電阻提升，到位停止.（3）塔頂到爐頂行程.吊車快速正向行車到爐頂減速點后改為正向慢速行駛，到位停止.（4）爐頂下放.大電流動力制動下放到爐頂下減速點后改為動力制動下放，到位停止.（5）爐頂提升.串電阻提升到位停車.（6）爐頂到塔頂行程.吊車反向快速行車到塔頂減速點后改為慢速行駛，到位停止.（7）爐頂下方，切電阻下放到等候面減速點后改為串電阻下放，到位停止.吊車工作流程圖如圖2.

圖2 吊車工作流程

吊車運行的工作方式有集中控制、局部控制兩種.（1）集中控制方式.當系統啟動收到轉運車換罐信號后，吊車將空罐從等候面下放至塔底轉運車上，轉運車將重罐換至塔底起吊位置，發出換罐完成信號.吊車將料罐提升至塔頂停車——自動行走至爐頂吊車停車——下放至爐頂料罐座并發出“開小鐘”信號——排料后，自動提升至塔頂停車——反向行走至塔頂停車——下放至等候面停車或繼續下放至塔底換罐.如此循環直至換罐信號消失.（2）局部控制方式.當集中控制方式故障或吊車檢修試車時采用局部控制方式，它是通過操作臺上的“提升”、“下降”、“正走”、“反走”按鈕操作吊車運行.按“停車”按鈕可隨時停車.如料罐在等候面時按“下降”按鈕，吊車下降至塔底自動停車，按“提升”按鈕吊車升至塔頂自動停車，再按“正走”按鈕，行走至爐頂自動停車，直至等候面停車，完成一個工作循環.

3.4 料鐘控制系統

料鐘控制系統主要是控制爐頂東、西面，大、小4個料鐘的開閉，用來完成將吊車運來的物料加入爐內的任務.加料方式及吊車的連鎖信號自動控制大、小料鐘的開閉.在自動方式下，吊車在爐頂下放距鐘座約10 cm時，發出開小鐘信號，將東、西小鐘打開.吊車在爐頂上升離開鐘座10 cm時，發出關小鐘信號，將東、西小鐘關閉.在正常加料時，吊車剛離開爐頂瞬間，發出開大鐘信號.操作臺“料鐘選擇”按鈕，若按下時，先開西大鐘（若未按下，先開東大鐘）.大鐘開約8 s后，關閉一個大鐘，當大鐘關到位時，開另一個大鐘8 s后關閉.若加料制度選擇延時加料時，則開關小鐘一次后，吊車離開爐頂時暫不開大鐘，等下次加料吊車從塔底提升到等候面時發出開大鐘信號，開、關另一大鐘，其控制步驟與正常加料時相同.開、關大鐘的條件還有小鐘關過一次，大鐘才能開；大鐘開、關過一次小鐘才能開，這一信號要同時發給大鐘避免同時加料.大、小料鐘工作流程見圖3.

圖3 料鐘控制系統工作流程

3.5 爐頂探料控制系統

爐頂探料桿是鼓風爐料面探測裝置，用旋轉編碼器作為深度測量.探料控制系統主要完成探料桿的提升控制過程.探料桿頭觸及料面后自動提升，探料周期正常為7.5 s，最快6 s.當收到探料指令后，電機正轉，探料桿下放.與此同時料位緩沖寄存器清零，然后開始計數.當探料桿下放一段時間后（探料桿進入爐內）檢測脈沖變化率，并與設定變化率比較.未觸到料面時變化率不變，當桿頭觸到料面遇到阻力，探料桿下放速度減慢至停止，變化率減小.此時取料面值.電機反轉，探料桿提升，并將此料面值與正常料面值進行比較，低于料面值則發加料信號.探料桿提到起始位置，電機停，等待下一次探料指令.探料流程圖見圖4.

爐頂探料桿控制系統的工作方式有三種，分別為：（1）集中控制方式是根據加料情況或設定的探料周期自動完成探料、提升的過程.（2）局部控制方式是操作人員通過操作臺按鈕操作探桿探料，探桿到達料面或極限后自動提升復位的過程.（3）現場控制方式是通過爐頂現場控制箱上的按鈕操作探桿的下放和提升.

圖4 探料控制系統流程

4 結語

用PLC設計的自控系統在韶冶鼓風加料系統投入使用以來，大大降低了操作人員的勞動強度，改善了操作人員的工作環境，使設備具有調試簡單、操縱方便、使用安全、運行可靠、效率高、故障率低等眾多優勢，大大提高了加料系統的運轉效率.由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修，為企業帶來了較好的生產效率和經濟效益.

［1］安宏偉,王杰,鮑華亮.ABB PLC在石灰窯監控系統中的應用［J］.自動化技術與應用,2008,27(1):129-132.

［2］李維富,卞麗,臧元國,等.PLC系統診斷的實施方案［J］.自動化技術與應用,2008，27(1):52-54.

［3］郭培志,秦正兵.PLC（S7 414-4H）和iFIX在火力發電廠水處理中的應用［J］.自動化技術與應用,2008，27(4):19-23.

On the application of PLC in charging system——A case study of blast loading system of Shaoguan Metallurgical Plant

LIN Xuan
（Shaoguan Metallurgical Plant,Zhongjin Lingnan Nonfemet CO.,LTD.,Shaoguan 512024,Guangdong,China）

As professional auto-control equipment,PLC of the Blast Loading System of Shaoguan Metallurgical Plant receive the Local switch,simulation,the pulse signal to monitor real-timely by inputting module,and send control signal to output module by CPU interpretation of logic programming,which to monitor real-timely equipment and achieve automatic course.With the rapid development of microelectronic technique,entrepreneurial production efficiency and economic benefit was greatly encouraged because of its(PLC)accuracy,high efficiency,security and simplification.

PLC;blast loading system;automatic control;decentralized control

TP29

：A

：1007-5348（2014）08-0040-05

（責任編輯：李 婉）

2014-05-06

林璇（1973-），女，廣東揭陽，中金嶺南公司韶關冶煉廠工程師，主要從事工業自動化方面的研究.