基于PLC控制的高爐自動化上料系統(tǒng)的應用與分析

張佩琦

摘 要：本文對高爐自動化控制系統(tǒng)國內外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了闡述，并在高爐自動上料的工藝過程的基礎上，對PLC在高爐上料自動化系統(tǒng)里具體應用加以詳細分析。通過使用PLC對高爐自動化控制的硬件和操控系統(tǒng)進行改進和完善，以提升高爐上料自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及生產效率。

關鍵詞：高爐;PLC;自動化

1 緒論

國外的高爐自動化控制技術是于20世紀50年代正式投入使用，并以煉鋼機為基礎研發(fā)出了各類數(shù)學模型，更好的完成對高爐內發(fā)生的化學反應環(huán)節(jié)的分析和完善。在20世紀70年代初，日本在高爐自動化控制領域取得了突破性研究，在國際上處于領先地位。而中國是在80年代初對高爐自動化控制系統(tǒng)進行推廣使用，通過引進新型的技術和設備，進行自主研發(fā)和調試。隨著近幾年加工制造業(yè)的高速發(fā)展，國內在引進先進技術和自主研發(fā)的過程中，已經(jīng)取得了極大地進步，在全球高爐自動化高速發(fā)展的浪潮中，奮起直追，以求達到國際頂尖水準。可以看出對高爐自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善勢在必行。

2 高爐上料自動化工藝流程

本文主要針對高爐自動化系統(tǒng)中的上料系統(tǒng)進行了相應的分析和研究。高爐上料是指從槽下供料一直高爐頂部的裝置把物料投進高爐內部的整個流程。整個體系之中包括了雜礦倉四個、球團礦倉四個以及燒結礦倉六個。首先使用振動篩對燒結和球團礦倉進行篩選，然后將雜礦倉送至供料裝置，根據(jù)配料單進行稱重放料。在通過送料皮帶輸送至地坑稱量漏斗。每個焦炭倉底部分別有振動篩去對應，不設置中間重量稱取，在完成篩選以后就將其置入地坑漏斗進行稱量。地坑一共有四個稱量漏斗分別是右礦、右焦、左礦、左焦。將物料投入料車后，啟動料車，料車通過卷揚機上升至高爐頂部，料車把符合要求的槽下的各類物料，通過高爐頂部的受料斗閥、上密封閥、節(jié)流閥、下密封閥，最后通過布料槽把物料在爐內局云的散布。

3 自動化控制的硬件設計

針對上述的高爐上料自動化工藝流程，對國內外幾家大型鋼廠如寶鋼、日本的川崎制鐵和鞍鋼的高爐自動化控制系統(tǒng)進行比對分析。本文以450m3的高爐為例，分析提出對現(xiàn)有自動化控制系統(tǒng)硬件方面的改進和設計。已知450m3高爐的基礎自動化系統(tǒng)中包括115個數(shù)字量導入、13個模擬量導入以及72個數(shù)字量傳出。為了符合對設備的控制和工藝數(shù)據(jù)采集的要求，選用西門子S7-400作為主機架，使用S7-300卡件、西門子Wincc組態(tài)監(jiān)視軟件來實現(xiàn)對上料過程的控制。PLC通過帶I/O擴展的中央機架以及對應模板組成，控制對應的系統(tǒng)。原料供給系統(tǒng)所有礦石漏斗、坑斗和焦碳坑斗都有各自的稱量設備，同時將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。上料系統(tǒng)的操控是采取兩部西門子矢量變頻裝置和供電裝置來完成。料車卷揚電機主動軸安裝了測速發(fā)電機，旋轉編碼器以及主令控制臺。爐頂布料裝置使用變頻器進行操控，對單環(huán)以及多環(huán)的布料工藝通過PLC完成控制。以西門子S7-400為主體的硬件系統(tǒng)是較為通用，也能夠滿足高爐自動化操控以及系統(tǒng)運行的基本條件，是當前應用最多的自動化控制系統(tǒng)。

4 自動上料控制系統(tǒng)的設計

對于高爐煉鋼現(xiàn)場而言，實現(xiàn)自動化配料、稱重和上料的功能，并保證整個過程的準確穩(wěn)定是極為重要的。配料計算起到作用就是在已知燃料用量情況下，計算出符合爐渣堿度標準限制的冶煉條件成分的生鐵會用到的礦石和溶劑量。所以在確定了以西門子PLC為主體的控制系統(tǒng)為硬件框架后，本文針對自動化上料系統(tǒng)的算法程序進行了改進。并列舉了使用此程序后，稱量自動化的工藝過程。

4.1 算法的程序

4.2 稱量自動化工藝流程

程序運行后，系統(tǒng)會根據(jù)過程周期對自動選擇料倉，以及擁有上料的要求中自動進行振動篩對焦坑斗投物料的設定。如果符合提前確定設立完成重量標準值，則不會繼續(xù)添料，直到延時稱重結束之后繼續(xù)將物料添入。焦炭粉碎后由1號碎焦皮帶輸送至碎焦倉。礦石物料采用燒結礦簡單的介紹操控流程：采用某燒結礦槽字后，符合上料的要求的情況下，開啟振動篩獎燒結礦投進稱量漏斗里面，如果物料重量符合設定的標準時，關閉振動篩不再進行振動，直到延時稱重結束。一般來說，閑置以及對某個料槽進行檢測維護以外，其他所有礦槽全部為添滿稱重結束后，對爐料進行等待添加物料。放料過程為啟動漏斗閘門，使礦石投進1號、2號礦料輸送帶。如果漏斗的重量下降至設定值，那么就默認放料結束，閉合閘門。送料皮帶將礦石投進1號或2號礦石坑斗，燒結礦通過振動篩進行篩選分離，把產生的碎礦皮輸送至返礦倉。通過電動機對卷揚進行控制，按照料批步驟來完成自動控制。料車抵達料坑下面以后傳出指令，啟動一個中間倉完成自動選倉步驟，啟動料斗閘門，如果處于料空，同時閘門閉合的情況，傳出并執(zhí)行上行指令;在所有批料里第一車料送至上密封閥進行點檢測的時候，檢查上密封閥有沒有完全閉合，如果沒有，料車不繼續(xù)前進，如果徹底關閉，料車可以繼續(xù)進行上行，把料投進受料斗之中;如果料裝滿，同時符合要求的情況下，開啟放散閥完成壓力卸載，再利用受料斗閘門和上密封閥完成對料灌的填料，填料結束，將料斗閥、上密封閥和放散閥全部關閉，使用探尺對料進行探測下降到要求的料線距離取出探尺，在提尺的過程中開啟兩個均壓閥對罐進行均壓，布料裝置傾斜移動到指定位置，開啟下密封閥，于溜槽行至步進角點，開啟料流調節(jié)閥，通過利用它的開度范圍實現(xiàn)對物料流動速度的調整。

5 結語

本文通過對西門子S7-400系列的PLC應用，加上對算法程序的優(yōu)化設計，進一步提高了配料稱重的精準度，對各個工序能進行更有效的控制，使高爐上料自動化系統(tǒng)的性能更加穩(wěn)定安全，提高了高爐煉鐵的生產效率。

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