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第 3 3 卷 第 5 期 2 0 1 1 年 1 0月 山 东 S h a n d o n g 冶 金 Me t a l l u r g y V0 1 ．3 3 No ． 5 Oc t o b e r 2 01 1 n ／／ ，， 信息化建设 r P L C在龙钢 4 0 0 m2 烧结系统中的应用 刘浩 ， 亓鹏飞 ， 毕研然 莱芜钢铁集团有限公司 自动化部， 山东 莱芜 2 7 1 1 0 4 摘要 陕西龙钢集团4 0 0m 烧结控制系统采用稳定的集散P I C 实现分布式环网控制， P L C 从站之间采用支持热插拔的 分布式I ／ O用于连接工业控制系统中各种现场装置， 上位／O L P L C 之间通讯采用工业以太环网结构。该系统应用后， 运行情 况良好， 产量显著提高， 降低了能耗， 实现了工厂网络化、 信息化。 关键词 烧结 ； 控制系统 ； 自动配料 ； 烧结签点 ； 监控 ； 以太 网 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 4 4 6 2 0 2 0 1 1 0 5 0 1 3 3 0 2 陕西龙钢集团4 0 0 m 烧结控制系统包括原料系 统 、 配料系统 、 烧结环冷系统 、 成品系统 、 计算机监 控 系统 、 系统 网络通讯等系统的基础 自动化控制 ， 采用稳定的集散型P L C实现分布式环 网控制 ， 保证 系统的快速稳定运行 ， P L C从站之间采用支持热插 拔的分布式 I ／ O用于连接工业控制系统中各种现场 装置 ， 上位机P I c 之间通讯采用工业 以太环 网结构， 确保系统具有 良好的速度与开放性 ， 在完成基础 自 动化的基础上， 规划设计网络结构 。 1 控制系统 1 ． 1 硬件系统 P L C控制 系统按工艺流程分为原料系统 、 配料 系统和烧结成 品系统 ， 各采用单独 1 套 P L C ， 使用 E T 2 0 0 作为远程 I ／ O站通过 P r o fi b u s D P 总线与 C P U 通讯， 完成原料运输 、 配料、 烧结 的现场设备控制。 控制单元采用 P L C s 7 4 0 0 系列模块化设计 ， 包 括中央处理单元 、 各种信号模块、 通信模块、 功能模 块 、 电源模块 、 接 口模块等， 有多种规格的C P U可供 选择。通过C P U上集成有 P r o fi b u s D P 接 口、 MP I 接 口或通信模块可 以连接 A S I 接 口、 P I -o fi b u s 总线和 工业以太网系统。 3 个 系统主站采用 s 7 4 0 0系列 P L C， 其 C P U为 4 1 6 2 D P 。它执行指令 时间短 ， 1 0 m s 内扫描 1 0 0 0 条指令 ， 满足控制的时间要求 。主站还带通讯模块 C P 4 4 3 1 用于上位机 和P L C之间通过工业以太网 进行 通 讯 ， 从 站选 用 P r o fi b u s D P分 布 式 I ／ O E T 2 0 0 M， 没有 中央处理器单元 ， 各从站 之间经 I M1 5 3 接口模块通过D P 总线连接。组态之后， 添加的分布 式 I ／ O与P L C 站中的本地 I ／ O 具有统一的编址 。 各个P L C系统由U P S 电源单独供电， 各机架模 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 0 8 作者简介 刘浩， 男， 1 9 8 5 年生， 2 0 0 7 年毕业于山东师范大学电子信 息科学与技术专业。现为莱钢自动化部助理工程师 ， 从事 自动化 维护工作 。 板 由西 门子 电源供 电， 现场输入信号 由2 2 0 V稳压 电源供 电， 输出采用继电器隔离。系统按照 1 5 ％的 I ／ O余量进行设计。 1 _ 2 典型功能 1 ． 2 ． 1 自动配料 系统 烧结配 比的准确性直接关系到烧结矿和炼铁 的质量 ， 在传统的烧结配料生产线上主要依靠工人 的“ 跑盘” 抽样检查原料的配 比， 再进行控制 ， 不仅 速 度慢 、 调节不及 时， 而且准确性差 。P L C控制以 后 ， 提高了控制速度和配 比的准确性 ， 减轻 了工人 劳动强度 ， 稳定 了烧结矿的化学成分。在 4 0 0 烧结 配料生产线上 ， 变频器控制 圆盘的转速 ， 从 而调节 下料速度 ， 原料经 阀门先落到称重皮带上 ， 再落到 总皮带上 ， 各料仓 的原料按 比例在 总皮带上混合 后， 送混料系统。圆盘下料量由称重传感器测量 ， 信号为 42 0 m A， 直接送 P L C的模拟量输入模块 上 ， 经控制器运算得到瞬时下料量和累计下料量 ， 下料量给定与实际料流量经过 P L C的P I D控制器运 算后 ， 通过 P L C 输 出4 2 0 mA的信号给变频器 ， 形 成闭环控制， 从而使下料量精确。配料控制系统如 图 1 所示。 墅生 J 图 1 配料控制原理 1 ． 2 ． 2 烧 结终点控 制 烧结终点是烧结生产过程 中的一个重要参数 ， 即烧结料在 台车上被点火后 ， 燃烧带逐渐下移到达 铺底料燃烧过程结束之点。若烧结终点出现过早， 会出现过烧的现象 ， 浪费烧结机的产能或者烧损篦 条； 若终点滞后会出现欠烧， 造成质量下降和返矿 增加， 因此合理而稳定地控制烧结终点十分必要。 首先检测风箱废气温度 ， 在Wi n C C中建立风箱 平面温度 曲线 。为了得到更准确的原始温度 ， l 3 ～ 1 3 3 2 0 1 1 年 1 0 月 山东冶金 第3 3 卷 2 4 号风箱都装有 3 个温度测点 ， 对每个风箱的温度 测量值取平均值。风箱平面温度曲线建立以后 ， 可 以得到风箱废气温度曲线的拐点 ， 当此拐点的温度 稳定以后 ， 就可以通过拐点温度来预报风箱终点。 在混合料从点火炉向机尾连续移动过程中， 使 燃烧带从料层顶部推进到底部 ， 燃烧带 的垂直推进 中部风箱 温度偏差 重点位置 设定值 速度和台车水平移动速度决定烧结终点位置， 通过 调整台车速度 ， 就能使烧结终点保持在预先规定 的 位置 ， 如图2 所示 。得到准确的烧结终点后 ， 再综合 考虑影响垂直烧结速度的负压、 料层厚度 、 透气性 、 风量等因素 ， 最终计算出应调节的烧结机机速。通 过调整机速， 进而到达稳定烧结终点的目的 。 图2 烧结终点原理 每 △ 作为一个调节周期 ， 通过对烧结机速度 报警处理 、 画面显示 、 动态数据更新 、 网络通信 、 操 进行微调 ， 使烧结终点稳定在一定范围内 ， 进一步 作权限管理 、 操作记录、 报表生成等。 稳定了烧结终点 的位置。 在上位机上根据现场设备的位置和工艺流程 ， 2 监控系统 2 ． 1 上位机分布及作用 根据运行要求， 在系统中配置了3 台上位机 ， 其 中2 台位于烧结主控室， 具有相同功能， 互为冗余， 可同时监控烧结和配料现场。当其 中 1 台发生故障 后 ， 另 1 台可继续监控 ， 使生产过程不间断 。另 1 台 位于原料场主控室 ， 监控原料场设备。控制室的上 位机同时具有工程师站和操作员站 的功能 ， 通过不 同的帐户名登录系统， 享有不 同的操作权限。以工 程师帐户登 录享有最高权限 ， 可 以进行生产操作 、 修改程序和参数 、 设置安全权 限等一切操作 ； 而操 作员只能进行基本的生产操作 ， 不能任意退 出监控 画面和其他修改 、 设置等操作。 2 ． 2 监控流程 烧结系统需要实现 的控制功能及要求包括单 体设备 的启停 ， 参与联锁设备的启停 ， 料线上联锁 设备的顺启逆停以及急停。以烧结料线为例 ， 首先 确认料线 内的设备工作制均在 自动位工作制 ， 然后 选择所要启动的料仓 ， 设定好下料总量以及所选各 仓的下料配 比， 再点击联锁按钮 ， 联系确认现场后 ， 点击联锁启动按钮 ， 启动过程依次完成以下设备的 启动 梭式布料器 、 混 4 带 、 混 3 带 、 现场启动二次混 合机 1 m i n 之后系统 自动启动混2 、 现场启动一次混 合机 1 m i n 之后系统自动启动混1 带， 最后所选仓将 按照预先设定完成启动 。正常停机则和设备启动 顺序相反依次停止 ； 如果某设备故障停机时， 该设 备上游的设备立即停机， 其下游设备保持正常运 行 ； 急停则是所有联锁设备立 即停机 。 2 ． 3 系统功能 上位机组态软件采用 Wi n C C 6 ． 2 S P 3 版本 ， 通过 在该平 台上二次开发可实现实时数据接收及存储 、 1 3 4 制作 了烧结 系统的主要监控画面。在主监控画面 上 ， 可以显示需要 的过程参数 、 各设备当前状态和 运行情况。另外 ， 还设计了历史 曲线 画面 、 报警画 面 、 报表一览 画面 ， 各画面 问可 自由切换 ， 方便浏 览 。在操作上 ， 设计 了手动 、 半 自动 、 全 自动 3 种运 行模式。点击画面上的设备图标弹出操作对话框 ， 可以进行单个设备操作。 烧结系统的上位机对温度 、 流量、 压力 、 阀门开 度等重要生产数据实时显示 ， 并且有趋势 曲线显 示 ， 对生产的情况 了解更全面。相应的历史数据可 被保留 1 0 0 d ， 1 0 0 d 以内的数据随时可以被调出、 查 看 ； 同时还对生产数据 自动生成 13 报表或者月报表 ， 并可打印， 替代手工抄表。基于事件的报警机制 ， 当 触发报警事件后 ， 报警一览表 中显示报警有关信 息； 重要故障还有提示窗口弹出同时有报警铃声。 系统还有打包备份功能， 将开发定型后的系统 用打包备份的方式存放在安全的地方 ， 一旦系统因 意外造成系统文件受损， 可以恢复备份 ， 修复系统。 3 通讯系统 烧结系统的通讯系统包括P r o fi b u s D P 通讯 ， 以 太 网通讯以及光纤通讯 3 部分 。3 种通讯方式相辅 相成， 共同维护烧结系统的稳定运行。 P r o fi b u s D P 系统使用于 3 个主 P L C和其各 自的 E T 2 0 0 远程站之 间， 是覆盖工厂 自动化和过程 自动 化全部应用的现场总线技术 。标准化 的现场总线 具有开放的通信接口， 透明的通信协议 ， 允许用户 选用不 同生产商 的分散 I ／ O设备 ， 满足了生产过程 现场级数据可存取性的重要要求。特别是分散式I ／ O方面 ， 具有大量的、 种类齐全的 、 可连接的现场设 备可供应用。 下转第 1 3 7页 边芳 自动化模型控制在选矿球磨系统中的应用 2 0 1 1 年第5 期 生产线 的P L C控制网络， 完成生产设备状态跟踪、 重 要数据趋势分析、 生产统计计算结果。通过信号分 析及时了解整个选矿生产状况 ， 控制必要 的生产环 节， 便于进行生产计划的实施和调整， 解决了制约生 产的瓶颈问题 ， 优化 了生产结构 ， 提高了生产节奏 ， 提高了产品的质量。 4 应用效果 理量 ， 矿石处理量增加 了5 1 ． 7 9 ％； 稳定精矿品位并 增加3 ． 2 3 ％， 精矿产率提高1 ． 1 5 ％， 提高精粉回收率 1 ． 0 5 7 ％， 年可增加铁精粉产量 3 ． 4 万t ； 降低了尾矿回 收率， 尾矿品位降低1 ．7 6 ％， 同时该系统的实施降低 了生产成本和工人的劳动强度。 参考文献 [ 1 ] 聂光华 ， 林和荣． 选矿厂过程控制的现状及发展前景[ J ] ． 矿产 综合利用 ， 2 0 0 7 5 2 8 3 1 ． 该 项 目 以 模 型 智 能 化 控 制 为 核 心 ， 用 数 学 模 型 茎 麓 的 模 糊 和过程辨识的方式来实现控制 ， 抗扰动能力强、 系统 [ 3 ] 崔兴国对弓长岭选厂 2 ．7 3 ．6 一次球磨机最佳磨矿浓 响应非常理想 ， 控制效果 良好 ， 具有较强的鲁棒性 。 度的探讨[ J ] ． 国外金属矿选矿， 1 9 9 4 1 3 6 4 0 ． 使用该控制后生产过程稳定， 新产品粒度分布均匀， [ 4 ]董 飞， 陈夕 松， 金 郑 华．一种 实 用的 磨 矿多 模型 预 测 控 制 策略 磨矿系统能耗降低 1 ％～ 2 ％； 提高球磨机的有效处 研究 叭 工 业 控制 计 算，2 0 0 8 ，2 1 2 2 1 6 1 7 ． Ap p l i c a t i o n o f Au t o ma t i c M o d e l Co n t r o l i n t h e M i n e r a l Dr e s s i n g Ba l l M i l l i n g S y s t e m BI AN Fa n g T h e A u t o ma t i o n D e p a r t m e n t o f L a i w u I r o n a n d S t e e l G r o u p C o r p o r a t i o n L a iw u 2 7 1 1 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t T o mo d e l i nt e l l i g e n t c o n t r o l a s t h e c o r e ， wi t h t h e ma t h e ma t i c a l mo d e l a n d p r o c e s s o f i d e n t i fic a t i o n wa y s ，mi n e r a l d r e s s i n g b a l l mi l l i n g s y s t e m r e a l i z e d a u t o ma t i o n mo d e l c o n t r o 1 ． Af t e r a p p l i c a t i o n o f t h e s y s t e m， t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s s t a b i l i t y ， n e w p r o d u c t s u n i r me d p a r t i c l e s i z e d i s t rib u t i o n ．g r i n d i n g s y s t e m r e d u c e d e n e r g y c o n s u mp t i o n b y b e t we e n 1 ％t o 2 ％ ．o r e p r o d u c t i v i t y h a s i n c r e a s e d b y 51 ．7 9 ％，i r o n e s s e n c e p i nk y i e l d i n c r e a s e d 3 4 0 0 0 t pe r y e a r ， t h e t a i l i n g s r e c o v e r y wa s r e d u c e d ， t h e ma x i mu m c a p a c i t y o f t h e g r i n d i n g p r o c e s s we r e r e a l i z e d． Ke y wo r d s o r e d r e s s i n g ； mo d e l ； gra n u l a r i ty ； c o n t r o l ； i n t e l l i g e n t c o n t r o l ●● ●◇． ● ● ● ● ● ● ● ●● 0● ● ●● ● ● ●● - ， 上接第1 3 4 页 上位机与 P L C之间采用工业 以太网通讯 ， 通讯 介质 为屏蔽双绞线 ， 与现场设备进行 互联 。烧结 P L C站与配料 P L C 站 以及原料场 P L C站距离较远 ， 采用光纤为传输介质 。 4 结语 陕西龙钢集团4 0 0 IT I 烧结控制系统已成功交付 使用 ， 具有 良好的人机交互界面 ， 集成度高 ， 操作直 ● 0●● ●●0● ●0● 观 、 方便 ， 实现了工厂网络化 、 信息化 ， 提高了烧结 生产 自动化水平 ， 产量显著提 高 ， 且 降低 了能耗 。 该系统组建简单方便 、 功能强大 ， 不仅适合于烧结 ， 也可用于其他涉及顺序控制 、 过程控制的系统。 参考文献 [ 1 ] 廖常初． P L C 编程及应用[ M] 一 E 京 机械工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 魏峻青． 烧结终点模糊控制[ j ] ． 烧结球团， 1 9 9 8 3 4 4 4 7 ． [ 3 ] 廖常初．s 7 3 0 0 1 4 0 0 P L C 应用技术[ M ] ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0 0 4 ． Appl i c a t i o n o f PLC i n Lo ng g a ng’ S 4 0 0 m S i n t e r i ng S ys t e m L I U H a o ， Q I P e n g - f e i ， B I Y a n - r a n T h e A u t o ma t i o n De p a r t m e n t o f L a i w u I r o n a n d S t e e l C o ． ， L t d ． ， L a i w u 2 7 1 1 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t S h a n x i Lo n g S t e e l Gr o u p 4 0 0 m s i n t e r i n g c o n t r o l s y s t e m u s e d a d i s t rib u t e d rin g d i s t rib u t e d n e t w o r k c o n t r o l PLC ． PL C f r o m s t a t i o n s a d o p e d d i s t rib u t e d u s i n g h o t - s wa p p a b l e I ／ O s y s t e m f o r c o n n e c t i n g a v a r i e t y o f i n d u s t ria l c o n t r o l fi e l d d e v i c e s ． PC wa s u s e d f o r c o mmu n i c a t i o n b e t we e n t h e P LC i n d u s t r i a l Et h e r n e t r i n g s t r u c t u r e ． Af t e r the s y s t e m a p p l i c a t i o n s ， the s y s t e m run we l l ， t h e pr o d u c t y i e l d i n c r e a s e d s i g n i fi c a n t l y ， e n e r g y c o n s u mp t i o n r e d u c e d ， f a c t o ry n e t wo r k a n d i n f o r ma t i o n t e c h n o l o g y we r e a c h i e v e d ． Ke y wo r ds s i n t e ri n g ； c o n t r o l s y s t e m； a u t o ma t i c ha t c h i n g ； s i n t e rin g e n d； mo ni t o r ； Et h e r n e t r i n g n e t wo r k 1 3 7
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