施耐德PLC在鋼鐵冶煉中的應用

李兵

摘要：施耐德PLC是一種緊湊型可編程控制器，在目前生產和辦公中主要用于各種設備的自動化控制系統，不僅具有其體積小、配置靈活、結構緊湊、功能強大、通訊豐富、編程軟件豐富等優點，而且具有很高的性價比。

關鍵詞：PLC;鋼鐵冶煉;應用

前言

高爐加料裝置是生產中的一個重要環節。提高其自動化水平可以大大降低工人的勞動強度，提高生產效率。同時，準確的原料配比可以提高熱金屬的質量。新型1#3200m³高爐于2012年投產，礦槽頂裝料系統由施耐德坤騰系列PLC設計。工業控制系統實現了對鐵礦石、燒結礦、球團礦、焦炭等原料的自動稱重，以及對鐵礦石、燒結礦、球團礦、焦炭等原料的自動稱重。并完成稱重誤差的自動補償;每個閥的自動開關在爐、自動設置角α，β，γ，探針和其他輔助設備的自動控制是實現。實現了生產設備的數據采集、數據顯示和聯鎖控制。該系統自投入運行以來，運行穩定，效果良好。

1 雙冗余電源的使用

每個施耐德PLC背板都有一個電源模塊。電源模塊有兩個功能為系統背板供電，保護系統免受噪聲和額定電壓擺幅的影響。所有電源模塊都具有過流和過壓保護功能。電源模塊將輸入電源轉換為穩定的+5VDC，由CPU，本地I/O和安裝在背板上的任何通信模塊使用。但是，不能通過這些電源模塊提供現場傳感器/執行器和I/O點之間的電能。

在最初的設計中，在每個籃板的第一個插槽中安裝了一個CPS電源模塊。然而，在實際工作過程中，發生了CPS損壞。當CPS不能供電時，整個籃板上的模塊就不能工作。或者基板中間的內部電路損壞，使插座遠離CPS模塊無法獲得電源，插座上的模塊不能正常工作，所有這些都有很大的安全隱患。

為了優化CPS電源，在每個背板上安裝兩個CPS冗余電源模塊，即在每個模塊的第一槽和最后槽安裝CPS冗余電源。當電源出現故障時，正常電源將保持所需的功率，從而影響背板處理和主動通信部門。當背板中部發生內部故障時，兩端的冗余電源模塊可以作為獨立電源使用，背板上殘槽上的模塊可以正常工作。每個冗余電源都有一個狀態位，可以由CPU中的應用程序或監控系統監控，以實現對電源故障的快速響應。

這樣，使用冗余電源將大大減少由PLC控制系統引起的電源故障，使損耗降到最低。

2 ?I/O框架的優化

施耐德PLC提供了一系列靈活的體系架構，可確保無論在何種配置下，均能獲得成本適度且高性能的控制解決方案。其提供了三種主要體系結構：本地I/O、遠程I/O（RIO）和分布式I/O（DIO）。RIO電纜系統包括一個線性干線，用分支器和引入電纜延伸到每個遠程子站。

初步設計采用了里約同軸電纜系統。主站與子站之間的通信是以同軸電纜為基礎的。它由CRP93100主通信模塊和CR93200分站適配器組成。它的特點是可以通過使用分支和系統分隔符來創建不同的RIO布局。在最初的使用中，常發現同軸電纜接頭松動或支路損壞，尤其是同軸電纜接頭松動或金屬線氧化，嚴重影響了主站與子站之間的正常通信，造成PLC系統的不可控性。

雙絞線較之同軸電纜，其特點是：

①無屏蔽外套，直徑小，節省所占用的空間。

②重量輕，易彎曲，易安裝。

③將串擾減至最小或加以消除。

④具有阻燃性。

⑤具有獨立性和靈活性，適用于結構化綜合布線。

最重要的是，在雙絞線電纜中使用的RJ45晶體頭比同軸電纜連接器更不容易損壞，并且金屬氧化現象會減少。雙絞線連接，與同軸電纜相比，接頭前不易松動。

如此一來，雙絞線方案的運用會大大減少主站與子站斷通訊的情況，保障生產。

3 ?I/O地址的合理分配

PLC系統中有大量的模擬I/O和數字I/O點。這些都是正常運行時運營商所關心的問題。并將一些重要部件作為聯鎖條件，實現設備的自動聯鎖。在最初的編程中，所有的I/O地址都是按照程序員定義的順序分布的，沒有向特定的I/O地址提供特殊的位置。因此，當鏈條件需要多個不確定的選擇點（如溫度53、振動32等）時，這些I/O點在同一個I/O模塊上。通過這種方式，如果I/O模塊損壞，這些I/O點不能通過該模塊進入CPU，CPU會自動認為I/O點沒有響應（將數字量轉換為0，模擬量到-32767），這可能會導致程序以滿足聯鎖條件和采取行動，導致主要設備生產事故。

在原程序的基礎上，可以調整I/O地址的位置。連接條件所需的多個I/O點可以設置在不同的I/O模塊上。例如：風機的四個軸承殼溫度，當四個溫度有三個或三個以上的溫度降下來時，四個I/O地址分別設置在四個模擬I/O模塊上的溫度，會防止作為模擬I/O模塊之一的損壞，造成異常的溫度顯示，但實際上并非如此，連鎖行動計劃。

經過對連鎖條件中I/O地址位置的調整，就避免了引誤信號或者模塊的損壞引起的連鎖動作。

4 控制功能

施耐德PLC在高爐上料系統中實現如下功能：

1）實現對鐵礦石、燒結礦、球團、焦炭等入爐原料的自動稱量，并完成稱量誤差的自動補償。

2）實現槽筒倉的自動控制，振動篩，稱重斗，皮帶機、布多莉和分隔符，實現自動材料制備和放電，和運輸帶的原材料進料罐，卸料槽，并分布到爐體、聯鎖控制閥體開關的過程。

3）可使用監控畫面對上料系統設備的運行狀態進行監視，對設備的運行進行軟件手/自動切換及手動啟停設備，進行料單設定及更改等。

4）對裝料超時、放料超時、超滿及設備運行故障等情況在“工藝流程頁面”進行報警顯示。

5 應用效果

施耐德昆騰PLC控制系統已廣泛應用于高爐工業企業。在北營公司煉鐵廠兩年的運行中，只有外部設備的機電接口出現輕微故障，其他運行平穩正常。裝料控制系統的設計符合高爐生產工藝要求，應用效果良好，具體體現在以下幾個方面：

1）PLC系統程序采用雙機熱備，并采用UPS供電，保證了系統的安全性和穩定性，有效地減少故障停機時間。

2）當出現故障時，監控畫面將以警示色提醒用戶，以便操作工及時處理。系統能實時地將歷史數據記錄在上位機中，對數據的查詢、統計很方便。

3）施耐德PLC的I/O模塊及通訊模塊支持“熱更換”，維護簡便，并增強系統可用性。

4）上位機進行系統的監控和管理，并提供良好的人機界面，實現分布處理與集中管理一體化，而且系統故障率低，可靠性高，操作簡便，控制功能和精度完全能滿足生產工藝要求。

5）施耐德PLC控制的上料系統穩定性較高，程序控制較嚴密，保證了北營公司高爐的安全生產順行。

6 結語

介紹了施耐德量子系列PLC在煉鐵廠高爐負荷控制系統中的應用。用戶可以通過修改物料清單設置屏幕來實現鐵礦、燒結礦、球團和焦炭的配料參數。該設置和更改，并顯示加載過程所需的數據，操作靈活方便。系統投產以來，運行穩定，故障率低，可靠性高。充分滿足高爐負荷控制的自動化生產要求，為高爐的穩定生產和高產創造了有利條件。

參考文獻

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（作者單位：本鋼集團有限公司北營煉鐵廠）