1 引言
萊鋼1#1000m3高爐2005年投產(chǎn)，礦槽爐頂上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用施耐德公司昆騰系列plc，該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦石、球團(tuán)、燒結(jié)、焦碳等原料的自動(dòng)稱量，并完成稱量誤差的自動(dòng)補(bǔ)償；實(shí)現(xiàn)了爐頂各閥門的順序自動(dòng)開關(guān)，α、β、γ的角度自動(dòng)設(shè)定以及其他相關(guān)輔助設(shè)備的自動(dòng)控制；實(shí)現(xiàn)了對(duì)高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)控制。該系統(tǒng)投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。
2 高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)工藝流程
2.1 槽上控制工藝流程
高爐槽上設(shè)計(jì)13個(gè)料倉，4個(gè)燒結(jié)礦倉(3#、4#、5#、6#)，2個(gè)焦炭倉（7#，8#），3個(gè)球團(tuán)倉（9#、10#、11#），2個(gè)雜礦倉（1#、2#），1個(gè)焦丁倉。槽上有3條打料皮帶機(jī)，每條皮帶機(jī)對(duì)應(yīng)一輛卸料小車，采用卸料小車可以將膠帶機(jī)輸送的原料卸至不同的料倉，當(dāng)采用卸料小車進(jìn)行卸料時(shí)，卸料小車先開至所選擇的料倉上方，然后啟動(dòng)膠帶機(jī)，原料就經(jīng)卸料小車卸到小車下方的料倉內(nèi)。
2.2 槽下控制工藝流程
高爐槽下設(shè)兩個(gè)大燒結(jié)礦倉，兩個(gè)小燒結(jié)礦倉，兩個(gè)雜礦倉，三個(gè)球團(tuán)倉，一個(gè)備用倉。每個(gè)礦倉下都有振動(dòng)篩，篩除小于5mm的碎礦，大燒結(jié)礦倉的礦經(jīng)過篩分后分別進(jìn)入料坑的左右中間稱量斗，小燒結(jié)礦倉的礦經(jīng)篩分后分別進(jìn)入各自配套的稱量斗，然后經(jīng)礦石皮帶機(jī)集中運(yùn)送，經(jīng)料坑上方的翻板進(jìn)入料坑中的礦石中間斗，經(jīng)篩分后的5mm燒結(jié)礦經(jīng)返礦皮帶機(jī)運(yùn)到碎礦倉。焦炭設(shè)左右兩個(gè)焦倉，倉下裝有振動(dòng)篩和振動(dòng)給料機(jī)，焦炭經(jīng)篩分后，大于20mm的塊焦，分別直接進(jìn)入料坑內(nèi)的左右焦炭稱量斗，篩下小于20mm的碎焦經(jīng)sj1、sj2膠帶機(jī)倒運(yùn)到sj3碎焦膠帶機(jī)上，送至碎焦倉上振動(dòng)篩，將碎焦分級(jí)成8mm以上和8mm以下兩種產(chǎn)品，大于8mm的焦丁由sj4膠帶機(jī)運(yùn)至焦丁倉，再經(jīng)焦丁給料機(jī)到焦丁稱量斗，然后到供料膠帶機(jī)與燒結(jié)礦一起進(jìn)入料坑中間斗。小于8mm的碎焦落入焦粉倉等待汽車外運(yùn)。當(dāng)料車到底后，相應(yīng)的礦石中間斗或焦炭斗向料車裝料。
2.3 爐頂控制工藝流程
萊鋼1#1000m3高爐爐頂采用無料鐘串罐式爐頂，分為受料斗、料罐、氣密箱等組成部分。在上料過程中，爐料先投進(jìn)受料斗里，隨后放入料罐中，在這個(gè)過程中，由于高爐不能和大氣相通，通過控制爐頂放散閥、均壓閥、上密閥、柱塞閥、下密閥的順序開關(guān)來實(shí)現(xiàn)高爐的正常下料，通過控制α、β、γ來實(shí)現(xiàn)高爐布料。料面檢測(cè)設(shè)備采用機(jī)械探尺與雷達(dá)探尺相配合。
2.4 裝料流程
焦炭、燒結(jié)礦等各種入爐原料由料車運(yùn)到爐頂，倒入受料斗中，受料斗最多可裝4車料。料罐放散完畢后打開上密閥和柱塞閥向料罐裝料。裝料完成后料罐進(jìn)行均壓。一旦高爐準(zhǔn)備接受下一批爐料就進(jìn)行布料，首先打開下密閥并將料流調(diào)節(jié)閥打開至設(shè)定開度，料罐中的爐料通過料流調(diào)節(jié)閥流到旋轉(zhuǎn)的布料溜槽上。在布料期間，通過γ射線探測(cè)料流，該裝置可發(fā)出料罐清空信號(hào)。一旦料罐清空，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥和下密封閥，打開放散閥進(jìn)行放散，準(zhǔn)備下一次裝料。
2.5 布料流程
一批料中，允許焦礦設(shè)定兩個(gè)不同的料線位置。當(dāng)探尺達(dá)到規(guī)定的料線位置后，自動(dòng)提升到位，發(fā)出布料信號(hào)，下密封閥打開，布料溜槽進(jìn)行啟動(dòng)。β角旋轉(zhuǎn)到設(shè)定速度并且到達(dá)布料位置，開啟料流調(diào)節(jié)閥，按照批重及規(guī)定的布料程序，調(diào)節(jié)料流調(diào)節(jié)閥開度和溜槽傾角，使每圈料流均勻、重量相等和首尾相接的向爐喉任意布料。為了減少料頭料尾不均勻現(xiàn)象，每批料布完后，布料角度自動(dòng)步進(jìn)60度。
高爐上料系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。
圖1 高爐上料系統(tǒng)工藝流程圖
3 上料自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 控制系統(tǒng)硬件配置
整個(gè)上料系統(tǒng)采用一套plc系統(tǒng)，兩臺(tái)上位機(jī)完成對(duì)整個(gè)上料系統(tǒng)的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集等。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用schneider tsx quantum 系列plc硬件組成基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)。采用mp7監(jiān)控軟件，編程軟件采用concept2.6，WINOOWs 2000作為系統(tǒng)平臺(tái)界面，組成計(jì)算機(jī)化的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通訊。
控制器與上位機(jī)之間采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。主機(jī)控制單元接受由i/o接口收集的信號(hào)進(jìn)行開關(guān)量和模擬量的處理后,將信號(hào)經(jīng)i/o接口實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，與監(jiān)控站及上位機(jī)通訊。這個(gè)系統(tǒng)配置如圖2所示。
其中處理器采用昆騰系列140-cpu-534-14a，電源模塊采用140-cps-114-20，遠(yuǎn)程通訊模版采用140-noe-771-01，i/o模板配置如下：數(shù)字量輸入模板為140-dai-753-00、140-ddi-353-00；數(shù)字量輸出模板為140-ddo-353-00；模擬量輸入模板為140-aci-040-00；模擬量輸出模板為140-aco-130-00，遠(yuǎn)程i/o模版采用140 crp 931 10、140 cra 931 00。
3.2 槽下控制功能設(shè)計(jì)
（1）槽下控制范圍及內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石、球團(tuán)、燒結(jié)、焦炭等入爐原料的自動(dòng)稱量，并完成稱量誤差的自動(dòng)補(bǔ)償；實(shí)現(xiàn)槽下12個(gè)礦倉、12個(gè)稱量斗、2條成品帶、2條碎礦皮帶、12臺(tái)振動(dòng)篩、4臺(tái)給料機(jī)、1個(gè)翻板及碎焦系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)備料和放料；可使用監(jiān)控畫面對(duì)上料系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行軟手/自動(dòng)切換及手動(dòng)啟停設(shè)備，進(jìn)行料單設(shè)定及更改等；對(duì)裝料超時(shí)、放料超時(shí)、超滿及設(shè)備運(yùn)行故障等情況在“工藝流程畫面”進(jìn)行報(bào)警顯示。
圖2 控制系統(tǒng)硬件配置
（2）礦石稱量斗的稱量控制：當(dāng)排料程序發(fā)出后，礦石稱量斗閘門開，料排出。當(dāng)稱量值為控制值（初始時(shí)為設(shè)定值的95%）的5%時(shí)，發(fā)出料空信號(hào)并關(guān)閉閘門，當(dāng)閘門關(guān)好并稱空好后，振動(dòng)篩或給料機(jī)開始啟動(dòng)。稱量值到控制值（經(jīng)補(bǔ)正）時(shí)，振動(dòng)篩或給料機(jī)停機(jī)，進(jìn)行滿稱量。若達(dá)110%控制值（經(jīng)補(bǔ)正）時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。振動(dòng)篩或給料機(jī)啟動(dòng)ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號(hào)，就發(fā)出上卡料報(bào)警信號(hào)。
（3）礦石稱量斗的排料順序：根據(jù)預(yù)先選定的裝料程序，礦石中間稱量斗一“空”且閘門關(guān)好，槽下翻板翻到位，礦石皮帶機(jī)啟動(dòng)后，開始排料。
排料順序：球團(tuán)、雜礦單裝時(shí)按料單內(nèi)所填倉號(hào)的先后順序進(jìn)行排料（礦石稱量斗排料最多不同時(shí)超過三個(gè)）。混裝時(shí)先排一斗的球團(tuán)或雜礦（排料單內(nèi)球團(tuán)或雜礦對(duì)應(yīng)倉號(hào)的第一個(gè)斗），再排小燒或振大燒。當(dāng)前一個(gè)稱量斗閘門開啟，發(fā)出空信號(hào)后，發(fā)出下一個(gè)斗排料指令。排料斗的閘門開到位延時(shí)ts后，還未發(fā)出斗“空”信號(hào)，則發(fā)出下卡料報(bào)警信號(hào)。
（4）礦石中間稱量斗稱量控制：礦石中間稱量斗稱量控制分三種情況：
● 大燒結(jié)礦振動(dòng)篩供料：當(dāng)?shù)V石中間稱量斗“空”，閘門關(guān)好，設(shè)定好則發(fā)出同側(cè)燒結(jié)篩運(yùn)轉(zhuǎn)指令，稱量值達(dá)到控制值（初始時(shí)為設(shè)定值的95%）時(shí)，燒結(jié)篩停機(jī)，稱量結(jié)束。稱量值達(dá)110%控制值時(shí)發(fā)出音響報(bào)警信號(hào)。振篩啟動(dòng)延時(shí)ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號(hào)，則發(fā)出“上卡料”信號(hào)。
● 礦石皮帶機(jī)供料：當(dāng)?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，當(dāng)排料斗均放過料后，發(fā)出礦石中間斗裝好信號(hào)，并發(fā)出皮帶機(jī)停機(jī)指令。
● 礦石皮帶機(jī)和大燒結(jié)振動(dòng)篩完成混裝：當(dāng)?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，當(dāng)相應(yīng)的一個(gè)礦石排料斗放過料后，發(fā)出大燒結(jié)振篩啟動(dòng)指令，同時(shí)發(fā)出皮帶機(jī)停機(jī)指令。當(dāng)稱量發(fā)出“滿”信號(hào)時(shí)，發(fā)出礦石中間斗裝好信號(hào)。
（5）焦炭稱量控制：當(dāng)焦炭稱量斗一“空”，閘門關(guān)好并設(shè)定好后，發(fā)出焦炭振動(dòng)篩運(yùn)轉(zhuǎn)指令，開始稱量，稱量值達(dá)到控制值時(shí)（初始時(shí)為設(shè)定值的95%），發(fā)出振動(dòng)篩停機(jī)指令，稱量結(jié)束，若達(dá)110%控制值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。振篩啟動(dòng)延時(shí)ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號(hào)，則發(fā)出“上卡料”信號(hào)。
3.3 爐頂控制功能設(shè)計(jì)
（1）爐頂控制范圍及內(nèi)容
● 爐頂上至料罐下至探尺各設(shè)備的順序控制。
● 無料鐘串罐式爐頂?shù)难b料及均壓、放散控制。
● 料流調(diào)節(jié)閥開度（γ角）、布料溜槽傾動(dòng)角（α角）、布料溜槽旋轉(zhuǎn)角（β角）的控制。
（2）爐頂裝料控制：上次布料結(jié)束且下密閥關(guān)到位后，程序發(fā)出申請(qǐng)裝料信號(hào)，料車開始裝料，受料斗滿且料罐空，放散閥打開，在放散過程中，一旦打開放散閥并料罐內(nèi)壓力等于大氣壓力，則認(rèn)為放散ok。放散ok后開上密閥，上密閥開到位后開柱塞閥，料車開始下料。延時(shí)一定時(shí)間后柱塞閥關(guān)閉，關(guān)放散閥，關(guān)上密閥，爐料裝入料罐中后開均壓閥開始均壓。這時(shí)受料罐發(fā)允許料車上行信號(hào)。
（3）爐頂布料控制：料罐滿且上密關(guān)到位后，程序發(fā)出申請(qǐng)布料信號(hào)，此時(shí)探尺探測(cè)到設(shè)定料線后提探尺至零位。均壓好后關(guān)均壓閥。探尺提到零位后開始轉(zhuǎn)動(dòng)α、β。布料溜槽傾動(dòng)的正常工作角度范圍是13-53度。就地操作可以使溜槽傾角達(dá)到70度以便于拆卸溜槽。當(dāng)溜槽傾角小于12度或大于54度時(shí),溜槽停止移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)并發(fā)出報(bào)警,只有在報(bào)警清除后才可以繼續(xù)移動(dòng)。一旦降下探尺或探尺在高爐中時(shí)，溜槽傾角如果大于45度，必須鎖定溜槽。為了使溜槽的定位精度達(dá)到±0.2度的要求，在程序中對(duì)溜槽的傾動(dòng)速度進(jìn)行處理，溜槽開始以最大速度傾動(dòng)，當(dāng)與目標(biāo)位置只相差2度時(shí)，以最大速度的三分之一傾動(dòng)，這樣可以精確的定位到目標(biāo)位置。溜槽的旋轉(zhuǎn)由變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。正常情況下溜槽不停的旋轉(zhuǎn)，如果溜槽的傾角位置達(dá)到了上限或下限，或者探尺在爐內(nèi)時(shí)溜槽傾角大于45度，溜槽要立即停止旋轉(zhuǎn)并報(bào)警。溜槽每4小時(shí)改變一次旋轉(zhuǎn)方向，這樣可以確保溜槽磨損平衡。plc根據(jù)爐頂料單和槽下傳送來的布料代號(hào)給出料流調(diào)節(jié)閥γ的設(shè)定開度，控制料流調(diào)節(jié)閥打開到設(shè)定開度開始布料，當(dāng)接受到料罐清空信號(hào)，料流調(diào)節(jié)閥首先完全打開才能關(guān)閉。清空信號(hào)由射線檢測(cè)和plc的定時(shí)器共同完成，如果在料流閥打開后規(guī)定的時(shí)間后發(fā)出清空信號(hào)，則認(rèn)為料罐已經(jīng)清空，如果在規(guī)定的時(shí)間之前發(fā)出清空信號(hào)則認(rèn)為是料罐堵塞，plc將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該信號(hào)一直保持，只有料流閥完全打開并且確保料罐完全排空后才能解除。料流閥關(guān)閉后關(guān)下密閥，降下探尺檢測(cè)料面，布料結(jié)束。
4 結(jié)束語
本文討論了基于施耐德昆騰系列plc的高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制情況。控制系統(tǒng)已經(jīng)在高爐生產(chǎn)得到了實(shí)際應(yīng)用，滿足了現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工藝要求。操作畫面簡單方便，通過對(duì)料單設(shè)定畫面的修改可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石、焦碳配料參數(shù)及布料參數(shù)的設(shè)置與修改，并顯示工藝所需要的數(shù)據(jù)。操作方式靈活，操作方式有自動(dòng)、畫面手動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)就地操作。在該系統(tǒng)中，plc充分發(fā)揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，給整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定給整個(gè)高爐生產(chǎn)帶來了較大的作用。
