自動化系統在燒結工程中的設計

楊蕾

摘 要：本文著重介紹了自動化系統在燒結工程中的應用實例，包括系統的總體布置、組態、硬件設計、控制要點等幾方面的內容。

關鍵詞：自動化系統；組態；控制

1 前言

目前，自動化系統普遍應用于燒結工程中，對生產過程進行控制，對工廠的信息進行管理；從單回路的連續控制，到包括順控功能的多回路復雜控制；能由操作站、上位計算機進行集中監視、信息處理以及集中操作。這種控制系統用CRT操作臺作為人機接口的主要手段，其主要特點是，全部信息通過數據總線傳遞，由上位計算機監控，實現優化控制和管理；操作人員在操作臺通過鍵盤集中操作，能同時進行多參數顯示，圖表和圖像顯示，從而可以統觀全局。

自動化系統的設計一般分為三個階段，下面以印度TATA工程為例，分別介紹自動化系統的幾個設計階段。

2 自動化系統的總體設計

首先，按工藝要求，根據工藝設備布置圖和工藝流程圖確定控制室的數量和位置。燒結工程中，主要的工藝設備一般集中在主廠房和配料室兩個地方，所以在主廠房控制室內設工程師站HMI-1、主機設在主廠房，在配料控制室內設工程師站HMI-2，兩個控制室的工程師站通過網絡相互連接，實現對全廠設備的操作、監控和管理。

其次，I/O站的劃分與布置圖。燒結廠的生產過程是連續性的生產過程，在生產不間斷的情況下，任一設備環節出現故障都會引起堆料事故的發生。在整個生產過程中有些設備并不是連續運轉，而是按一定的時間間隔周期性動作，基于上述原因，生產中對燒結廠的設備啟動、運轉、停止就有許多時序和連鎖的要求。連鎖系統的劃分原則是，在一個生產系統的設備中，某一個設備的啟動、停止立刻對它前后的設備發生影響，這些設備必須連鎖在一個系統中。系統劃分以緩沖礦倉作界限。有了礦倉作緩沖，礦倉前后的設備一旦發生事故，并不會立即造成互相之間的影響，一般只要礦倉貯存時間達到5～10分鐘，就可以作為連鎖系統之間的界限。有些設備，如主抽風機的停、開，并不使燒結機發生事故，可以成為獨立的I/O站。據此原則，整個工程分為原料受料倉、燃料熔劑破碎室、配料室、混合制粒室、帶冷篩分室、高爐成品礦倉、主抽風機房、水泵站、機頭除塵配電室等I/O站。

3 自動化系統的組態

確定控制系統組態，PC的選型是一個重要的環節。整個控制系統選用德國SIEMENS公司產品，主機選用CPU-414-4H，并且CPU主機應冗余熱備用；本地I/O和遠程I/O均采用ET200M分布式I/O系統，選用ET200M遠程站是因為當系統需要不斷擴充、修改時，使用分散的I/O系統較為方便，而且，獨立的遠程I/O裝置直接放在現場設備附近，不需要遠距離敷設電纜，也是較為經濟型的選擇。CPU主機與各ET200M遠程站通過PROFIBUS DP總線相互連接；并留有高層網絡的通信接口。機頭、機尾電除塵的PLC系統隨電除塵設備成套供貨，其PLC型號規格應隨主PLC配套。

配置見圖1。

圖1

4 自動化系統的設備設計

設備設計包括硬件設計、運轉方式類別、布置安裝設計和配線設計等。硬件設計包括輸入、輸出模塊的選擇及點數的估算。輸入、輸出模塊的電壓等級可根據現場設備與模塊之間的距離來選擇，該工程設有多個遠程站，設備與模塊間距離較近，所以選擇DC24V模塊。控制系統的輸入、輸出點數可根據每個單體設備的I/O點數來決定，一般設備均有電源、運行、故障、選擇開關、安全開關等輸入點，膠帶機還有跑偏、打滑、事故輸入點，個別設備還有正反轉、位置開關等輸入點。最后按實際的I/O點數另加20%的備用量。系統的運轉方式為連鎖集中控制和機旁手動控制。系統的布置安裝設計以合理，緊湊為原則，PC柜內布線應完美整齊，便于裝卸I/O模塊。端子排也要進行合理的安排，盡量把高電平電纜和低電平電纜的端子分開。系統的主機特別重要，選用不間斷電源供電，其它地方供電電源選擇穩壓電源供電。冶金工業現場的環境比較惡劣，現場的各種動力線會產生干擾，這些干擾都將通過與現場設備相連的電纜引入PC柜，為抑制干擾，可選用屏蔽電纜，在敷設時，與電源電纜、動力電纜分開敷設。另外，接地也是抑制干擾的主要方法之一，柜體、屏蔽電纜均要求可靠接地，接地電阻不大于1Ω。

整個系統還要求通過上位機對整個的生產過程進行監視和顯示，畫面顯示內容有：設備電源顯示，設備運轉狀態顯示，過程狀態顯示，設備故障狀態顯示。

5 燒結工程自動化系統的控制要點

控制的分類有連鎖集中控制和機旁手動控制。連鎖集中控制使各生產機械的電動機之間具有電氣連鎖關系，并集中操作，其運轉程序有：1）順序啟動，系統啟動時，自生產系統的最終設備開始，逆物料運輸方向，依次延時啟動，一直到最上游設備啟動完畢后，啟動才算完成。延時啟動的延時時間對一般設備約3～5秒，但大型回轉的設備，如一、二次混合機等，其順序延時時間要適當加長。2）同時啟動，當系統內的各設備因事故同時停止運轉后，如再行啟動，則按順序啟動對配料系統來說，就會產生被輸送物料的組成發生變化，引起配料比的紊亂。為此，一般對從一次混合機起料流上方的設備，在同時停止運轉后，啟動時必須同時啟動。3）順序停止，生產過程停機采用順序停止程序，即停機時，先停物料流動最上游的給料設備，并順物料流動方向，順次序往下游停止各設備運轉。4）同時停止，從配料倉起到燒結混合料倉止，為了保持配料比的穩定，要能實現同時停止。5）事故停止，對于連鎖的設備，當由于某種事故原因而要實行事故停機時，操作中央控制室或機旁的事故停止開關，連鎖設備可以同時停止。6）機旁運轉，對于在中央控制室連鎖的設備，要求能夠在機旁進行單獨運轉的操作，便于調試和檢修。操作程序是，把相應的機旁操作開關置于"機旁"，就可實現單機的啟停。

6 結束語

可編程序控制器的應用，使燒結工程工業自動化水平有了明顯的提高，經濟效益顯著，電氣控制系統可靠性增強。而且，它具有更強的與工業過程相連的接口，更直接地適用于控制要求的編程語言，可以在惡劣的環境下運行等特點。隨著超大規模集成電子技術和微型計算機技術的飛速發展，使得可編程序控制器在過程自動化、工廠自動化、計算機綜合生產系統等自動化領域中得到了廣泛應用，成為現代工業自動化的支柱。

參考文獻

[1]李章兵.自動化與儀表[Z].1991，6.

[2]曹國棟.冶金自動化[Z].1991，6.