基于PLC的烧结监控系统的设计与实现

      西林钢铁集团公司90平烧结机的生产流程由原料、二次配料、混合制粒、烧结、冷却、成品筛分等工序组成。该车间采用一台90平烧结机,是一座现代化的烧结车间,采用了许多先进的工艺设备和技术,基础自动化系统配置由PLC和监控软件组成的控制系统,具有较高的控制水平,而且采用数据库存储历史数据,为将来生产制造执行系统提供数据基础。
      控制系统构成
      西钢90平烧结机控制采用PLC+监控软件的方式构成三电一体化控制系统,下位机是施耐德公司的Quantum系列PLC,监控软件使用intellution公司的iFx软件,完成工艺数据的采集、处理、回路控制、监控、报表、操作记录等。既有分布控制优点,又有非常强的信息集成能力,使系统自动化和信息管理达到较高水平。
      西钢90平烧结机控制系统架构设备控制级   
      设备控制级共有三套PLC,分别安装在主控配料系统工艺流程室、配料电气室和环冷控制室,利用工业以太网交换机组成环网,该环网将三台PLC连在一起,通过140NOE77100以太网通讯模块实现与过程控制级计算机通讯。
      过程控制级   
      采用Intellution公司的监控软件完成生产过程各参数的采集、集中显示、记录、报警、回路控制、画面操作、报表、监控、历史趋势图、实时趋势图和操作记录等。
      软件配置
      ●系统软件:工作站均采用Windows XP操作系统。
      ●监控软件:采用Intellution公司的iFLX,它支持网络和终端服务器、内嵌有VBA、支持面向对象的图形。技术人员都能很容易使用它“编制”成各种符合工艺控制要求的画面,完成过程可视化功能。iFLX还具有较好的数据管理功烧结机系统工艺流程能,其安全性保障比较可靠。同时,该软件很少发生死机的情况。大量的现成的控件与iFLX能很好的集成,提高工程的速度。
      ●iFLX可编程控制软件:采用Concept 2.6,它支持IEC标准的5种语言。
      系统主要功能数据采集
      模入处理:对模拟量信号进行单位变换、数字滤波、线性修正和热电偶的冷端温度补偿,并可设置上下限报警。对流量信号进行温度、压力校正。时间信号在线监测。
      开入处理:对必要的开关量信号、进行记录,并存盘;各种历史数据可按照设定时间存储。
      模拟量控制
      模拟量控制部分主要包括:可完成控制系统中各种自动调节系统、参数设定均可在操作员站完成。
       顺序控制部分:可以完成各种主保护(连锁)、辅助保护(报警)等功能。
       CRT屏幕功能:iFLX的图形功能很强,支持多种图形格式,其追加的图形库,内容丰富,解决了原来图形过大的问题。组态中提供树形结构图,能够浏览所画画面中的所有图形对象,组态信息,提供的全局性的变量组态方案,供画面组态调用,从而实现了一改全该的功能,而且全局性的变量不占用TAG点,对于画面中group组内的对象组态并不改变,使状态变化丰富多彩,点数的扩展功能很强有全面解决扩展点的报警、报警记录、历史记录的方法,有查找替换功能可以替换整个图画以及画面中的对象属性、组态点信息,对于同类型物体,避免重复组态。内嵌VBA,具有自己的内部函数,又有广泛的VB函数,功能扩展更为有利。支持双向OPC,支持所有类型的Active、OLE,对不健全的控件所引发的错误进行保护,对控件的属性操作完全控制。编辑与运行是可切换的,这有利于对现场生产安全的保障;有独立的报警监视程序,支持在线修改,具有画面分层功能,运行时可以根据程序很方便的更换对象的连接数据源,可以使控制更为灵活。
      主要完成控制功能
      烧结车间控制系统通过画面即可达到操作、监视全部系统的目的,将电控和仪控统一考虑设计在一个画面上,与工序浑然一体,由于有了友好的人机画面,使操作得心应手,操作极为流畅。为了叙述方便,这里应将烧结车间控制系统分为顺控和仪控两部分来描述。
      电控部分
      根据烧结生产工艺流程的特点和电器联锁关系,同时考虑便于生产操作的要求,将与生产工序有联系的部分控制系统划分为四个生产控制系统,即:
      配料系统
      为便于生产和配料系统特殊控制要求及交叉配料要求,该系统包括一混、二混两条大皮带,和16个配料设备。完成同起、同停、顺起、顺停,保证配料起停时,正确配比。各种料量的设定值在画面上实现,同时设定值下传到下位机进行PID调节输出直接驱动变频器,由变频器控制下料o
      混合系统
      系统设计了双料线控制,两个料线可以同时生产又可以单独生产。保证二次混合料槽料位相对稳定。
      烧结机系统
      烧结机系统包括了烧结、冷却、铺底料及冷返矿,该系统是烧结车间的主要生产流程,连续性生产。系统以追求最佳质量和最大产量为目标。
      排灰系统
      根据现有工艺资料,放灰系统包括机头、机尾、环冷排灰、大烟道进入烧结系统。
      由于各排灰操作要求不同,要求系统具有灵活多样的操作方式,操作方式应以满足生产需要和现场调试为准。
      排灰系统卸灰装置采用定时启动,间断工作方式。除尘器灰斗放灰根据上下料位信号决定,当灰尘达到上料位时卸灰阀开始动作,直到下料位时停止。大烟道卸灰阀动作可根据现场情况而定。
      仪控部分
         仪表测量和控制点较多,现介绍几个典型的控制系统。
      配料控制
      配料控制是一个三电一体化的控制系统,其原理系统图所示。图中,M1:圆盘变频电机,驱动圆盘,控制圆盘速度,以控制下料量。M2:电子皮带秤变频电机。皮带秤采用变频电机,主要是考虑配料秤的使用范围较宽,当在低料量使用时,由于皮带速度快,皮带上的料层很薄,影响测量精度。采用变频电机,使皮带速度与给料速度同步,提高测量精度,达到提高控制精度的目的。
      WE:称重传感器。SE:速度传感器。该两个信号同时输入到称重控制器中。
         称重控制器的功能:将称重信号PV1和速度信号PV2进行计算成单位时间的流量信号,并变换咸4—20mA的标准信号PV3上传到PLC系统中,进行配料量实际测量值的显示。PLC的功能是调节流量,PLC接受上位机来的流量设定值SV,并对SV与PV3的偏差进行PID运算,计算出控制输出值,该信号通过网络下传到变频器中,作为变频器速度设定值,以改变下料量。当下料量低于设定值时,变频器输出频率增加,圆盘加速旋转,以增加下料量。当下料量高于设定值时,变频器输出频率减小,圆盘减速旋转,以减小下料量,直到下料量与设定值基本保持一致时,变频器维持输出不变。
      铺底料控制
      通过调节5转1速度,来调节铺底料量,维持铺底料槽料位到某一控制线。控制方案多种,现优选下列步进式方案。 5转1胶带机速度根据烧3机头下铺底料斗料位确定,当料位为基准线(矿槽的50%)时,5转1按给定速度运转8分钟后,如料位低于基准线则加大5转1速度,幅度为调速范围的10%,8分钟后如仍低于基准线则再加大10%,直到超过基准线。如料位达到上限(矿槽料位的70%)时,则5转1减速10%,5分钟如仍高于上限,则再减10%,直到低于上限。料位达到极限(矿槽料位的85%)时,立即停止5转1,待料位返回基准线时,再以给定速度自动起动。
      混合料水分自动控制系统   
      混合料的添加水量以一次混合为主,它与原料量及原料的含水量有关。一次混合加水,在二次、三次混合中还需加适当的水量,三次混合中还需加入蒸汽,以便混合科威球,保证烧结时的透气性。
       一次、二次、三次混合料的加水量都与原料的重量和含水量有关,因此,在自动控制一、二、三次混合加水时都需要用水份测量值与设定值进行自动跟踪。当系统输出一、二、三次加水量为0时,即调节阀全关时,发出指令,关闭一、二次加水阀门。当上料皮带停止时,关闭截止阀,停止加水。若二次目标水分值与混合科仓水分值之差超过一定范围并延续到规定的时间时,则自动显示异常状态。
      由于原料重量和原料含水量的检测点到混合料的加水点以及从混合机加水点到混合料仓测水点的时间较长,因此该系统使用前馈控制和反馈控制组成。
      点火器空然比调节系统
      该监控画面包括,三个趋势图;分别是温度操作器,趋势图;煤气流量操作器,趋势图;空气流量操作器,趋势图。
      温度操作器包括测量值(PV)显示棒状图,温度设定值(SV)显示棒状图,调节输出值(MV)棒状图,以及相应的数字显示;同时,还有温度设定值输入窗口,手动/自动切换按钮,输出值控制增加按钮,减少按钮,串级八-串级按钮等。煤气流量操作器包括煤气流量测量值(PV)显示棒状图,煤气流量设定值(SV)显示棒状图,调节输出值(MV)棒状图,以及相应的数字显示;同时,还有煤气流量设定值输入窗口,手动/自动切换按钮,输出值控制增加按钮,快增按钮,减少按钮,快减按钮等。
      结论
      本文讨论的基于PLC的烧结监控系统已在生产线上得到实际使用,为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。在该系统中PLC控制充分发挥了其配置灵活、控制通讯可靠、编程方便和可现场调试的优点,保证了生产的稳定性和安全性。这种方法对其它生产线或设备的控制有一定的参考作用。另外,采用自动配料后,直接的经济效益虽然无法估算,但间接的经济效益是不容忽视的,由于料层平稳,配比准确,配料的合格率较高,使得烧结矿的质量有了很大程度的提高,为高炉的稳产提供了前提条件和必要保证。其次,从社会效益方面来看,手动配料工人劳动强度过大,每间隔半个小时就要跑盘一次,即便这样,调节仍然是不及时的。自动配料后,把工人从简单重复的体力劳动中解脱出来,大大提高了劳动效率。可见,从各方面来讲,该自动控制系统的实现,对提高烧结矿质量,促进高炉稳产以及提高工人劳动生产率等方面都起到了很大作用。
     
     
      来源:《软件》