PLC在综合料场的应用.pdf

总第 1 9 4期 2 0 1 2年第 2期 河 北冶全 HE BEI M ETALL L ． GY To r a l No 1 9 4 2 0 1 2， Nu mb e r 2 P L C在 综合料场 的应用 寇 国强， 王小生 ， 杨丽静 河北钢铁集团 承钢公司 物流管控中心， 河北 承德 0 6 7 0 0 2 摘要 介绍了承钢物流管控中心综合料场采用美国G E 9 0 7 0系列 P L C控制系统及光纤环网的网络结 构， 很好地适应了设备多、 采集分站多、 地域分布广、 实时性要求高、 系统可靠性要求高的特点； 系统投运 后 ， 设备故障率降低了3 ％， 混合料配比指标 S O 、 T i F e的稳定率达到 9 5 ％， 满足了高炉、 烧结、 焦化系统 对原料的稳定要求。 关键词 G E 9 0 7 0系列 P L C； 网络结构； 综合料场； 应用 中图分类号 T P 2 7 8 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 6 5 0 0 8 2 0 1 2 0 2 0 0 6 5一 o 3 AP PI ， I CAT【 ON OF P LC CO 田lREHENS I VE M ATE RI AI ， F ] 匝LD Ko u G u o q i a n g ， Wa n g X i a o s h e n g ， Y a n g L i j i n g Ma t e ri a l s F l o w Ma n a g e m e n t and C o n t r o l C e n t e r ，C h e n g d e I r o n a n d S t e e l C o m p any ， He b e i I r o n a n d S t e e l G r o u p ， C h e n g d e ， H e b e i ， 0 6 7 0 0 2 Ab s t r a c t I t i s i n t r o d u c e d t h e n e t wo r k s t r u c t u r e c o mp o s e d wi t h P L C c o n t r o l s y s t e m o f Ame ri c an GE 9 0 7 0 s e rie s an d o p tic al fibr e c i r cl e ne t ，a pp l i e d i n the c o mp r e he n s i v e ma t e ria l fiel d o f Ch e n g S t e e 1 ．I t me e t s t h e d e ma nd f or mu l tie q ui pme nt s ，mu l t i ga the nn g s t a t i o n，wi d e a r ea di s t r i b utio n，h i gh r e a lt i me p e r f o r man c e an d h i g h r e l i a b i l i t y ．Af t e r i t i s p u t i n t o u s e t h e e q u i p me n t b r e a k d o wn r a t i o r e d u c e s b y 3 ％ ．s t e a d i n e s s r a ti o o f mi x i n g c h arg e p r o p or t i on i nd e x of SO2 an d Ti Fe r e a c h e s 95％ ，i t me e t s the r e qu i r e me n t s for r a w ma t e ria l f r om b l a s t f ur n a c e，s i nt e r i ng a nd c ok i ng s ys t e m． Ke y W o r d s P L C o f GE 9 07 0 s e rie s ；n e t wo r k s t r u c t u r e；c o mp r e h e n s i v e ma t e rial fi e l d ；a p p fi c a ti o n 1 前 言 承钢物流管控 中心综合料场是一个 集含铁料 、 煤 、 焦炭为一体 的大型综合原料场 ， 整个综合料场 占 地约 8平方公里、 物流管控中心综合料场工艺复杂、 设备多 、 距离长 ， 主要生产设备有 胶带运输机 、 人机 界面 、 堆取料机 、 混匀堆料机 、 混匀取料机 、 圆盘给料 机 、 螺旋卸车机、 松动机、 移动小车等。这些设备组 成输入 、 混匀、 配料 、 输出的主要运输系统 由皮带运 输机构成复杂 的运输 网络 ， 工艺流程复杂 。为提高 设备效率 ， 稳定地向高炉 、 烧结 、 焦化供料 ， 必须实现 原料处理作业的 自动化控制 。 随着计算机技术引入工业控制系统， P L C已经 成为工业 自动化控制系统的重要组成部分。承钢物 流管控中心综合料场电气控制设备主要由美国G E 收稿 日期 2 0 1 11 2 3 0 作者简介 寇 国强 1 9 7 4一 ， 男 ， 工程师 ， 1 9 9 6年毕业 于吉林 电气 化 高等专科学校电气 自动化专业 ， 现在河北钢铁集团承钢公司从事电 气 自动化维护工作 ， Em a i l k g q b b 1 6 3 ． e o m 9 07 0系列 P L C控制系统和各种 电机 、 变频器、 软 启动器组成。 2 网络结构 2 ． 1 系统 网络拓扑图 由于整个料场设备很 多， 所 以控制 系统依据现 场电气的分配原则分为 9个控制站 低压配电室 ， 分别 控制卸车系统、 混匀系统 、 原料输入系统 、 原料 输出系统的各个设备。每个控制站均采用 P L C控 制系统 ， 通过光纤环网与 3个集中控制室进行通讯 来实现设备的监控 。系统整体架构见图 1 。 图 1 系统整体网络结构拓扑图 F i g ． 1 To po l o g i c a l g r a p h o f n e t wo r k s t r u c t u r e o f wh o l e s y s t e m 65 总第 1 9 4期 2 ． 2光纤环网 由于系统分站较多 ， 地域广 ， 而且系统要求的可 靠性很高 ， 所 以在网络结构中采用光纤环网构成 ， 主 要网络部件采用 MO X A 的光纤转 R J 4 5口的光纤环 网交换机。它除了具备光纤 网络 的传输距离远 ， 传 输信号不易受到干扰的特点外 ， 还具有环网的优点 ， 处在环 网中的任何 节点断开或 环 网中的任一点断 开 ， 都不会影响 网络的正常运行 ， 只是 由原来的环 网 变为单总线的网络结构 ， 从而提高了网络 的可靠性。 光纤环网结构本身就具有冗余 的功能 ， 使 网络更加 可靠。 2 ． 3 控制站 内部 网络 结构 在 7个控制站 中配置了 I c 6 9 7 c P x 7 8 2 c P U， 各 有 1 个光纤环网交换机 ， 用 于连接光纤环 网。由于 整个综合料场是一个整体 ， 工艺系统结构紧密 ， 设备 间联锁信号较多 ， 而各个控制站 的分站原则是按照 电气站进行分离 的， 主要依据是现场各个设备所在 的地理位置 ， 人为将整个系统进行分割 ， 在各个控制 站的站问数据交换将非常频繁， 且相对 比较重要 ， 因 此将 C P U以太 网接 口直接与光纤交换机相连 。 3 控 制原 理 综合料场作业流程控制是一种生产过程控制。 原料运输的生产 过程 ， 是在统一控制下 的众多设备 的集约化行动 。原料 场两 次续 建后 共有作 业流程 1 7 9条 ， 其 中允许 同时运行 的流程 2 0条 ； 运行过程 中可切换路线的流程有 1 6条 ； 运行过程中可换料种 的流程有 9条 。流程按下列要求进行控制。 1 拥有相关设备的流程 ， 称为互相“ 干涉” 的流 程 ， 通常情况下只允许其中 1 条运行。考虑到系统能 力充裕 ， 输送物料相同， 起点不同， 终点相同的若干流 程可不互相干扰 ， 允许 同时交叉运转 ， 例如 N c l 、 S c 3 、 S d 3流程。另外 ， 还有一些流程可以相互切换。 2 综合料场最 多可以有 2 0条无相关 设备 的 互相不干扰 的流程 ， 这些流程可以同时运行。 3 不论是原料接卸还 是运输作业 ， 流程 的启 动 、 给料 、 顺停全过程 ， 必须完全符合工艺要求 ， 必须 把整个生产线上的余料全部排放干净才能停止。 4 任一流程 的顺 序启 动 、 顺 序停止或设备故 障 ， 不影 响正在运行 的其它流程 。 5 具有完善的流程状态演变过程 的显示和报 警功能 ， 可保障运行安全 ， 操作灵活方便 。 4 系统功能 1 按照生产 需要选择卸料 、 堆料 、 取 料、 应 急 取料等不同的流程 ， 并控制流程上设备的顺序启 动、 66 顺序停止 、 同时停止 、 紧急停止 、 故障停止等。 2 可以根据生 产需要选 择不 同的含铁原料 ， 改变或设定各种含铁原料的配 比， 通过 自动配料控 制系统实现所选原料按配 比生产。 3 报表打印功能。可 以在每次改变配 比后将 原配 比和新配 比打 印出来 ； 可 以统计各班的配料总 量、 各种原料的消耗量 ，在当班结束 时打印出来 ； 统 计每月的配料总量 、 各种原料的月消耗量 ， 每月末 以 报表 的形式打印出来 。 4 报警功能 。控制系统可 以在生产过程 中实 时监控各种关键设备 的运行状况 ， 若设备 的运行参 数超 出预先设定 的上下 限， 则在 主控室 的上位机上 发出报警信息 ， 提醒操作人员采取相应 的措施 。 5 故障记录功能 。系统可 以记录在运行过程 中出现故障的设备 、 故障时问及有关故障的简单信 息 ， 方便维护人员维护系统设备。 5 控 制 功能 5 ． 1 设备联锁停止 当所选流程设备正常运行 ， 若 流程其 中一个 设 备停止 故障或非故 障停车 ， 则所选流程此设备上 游设备将紧急停止 ， 下游设备仍保持运行 。例如 ， 若 所选流程为 A1 0 1 一 A1 0 2 一A1 0 3 一 A1 0 4 一E1 0 1 一 S R1 都处于运行状态 ， 当 A1 0 4出现故障停 车时 ， 其 上游设备 A1 0 1 一A1 O 2 一A1 0 3都将紧急停 止， 而下 游设备 E l 0 1 一 s R1则仍处 于运行状态 。由于料场 控制是顺控的过程 ， 这样可以避 免因中间设备故 障 停机而发生压料现象 ， 有效地减少经济损失。 5 ． 2 设 备顺启 设备顺启首先要确定所选流程中各设备具备 自 动启动条件 即无设备故障且未被其它流程选中 。 选择合适流程 ， 按下顺启按钮后 ， 设备将从所选流程 从下往上逐个启动 ， 直至所选择的流程设 备全部启 动完毕。若顺启失 败或其 它原 因需要停 止设 备启 动 ， 则可按下停 止按钮将 已经启动设备顺停或按下 紧急停止按钮停止该流程上所有启动的设备。 5 ． 3 更换流 程设备 当所选流程设 备正常运行 ， 若需要更改运行流 程部分设备而不是整个流程设备停车， 则可执行 “ 不联锁” 操作。此 时更换 流程不会使整个 流程系 统停车， 但是在更换流程设备结束后， 应及时点击 “ 联锁” 按钮使更换流程操作结束， 恢复联锁状态。 5 ． 4系统 急停 在现场时常会发生人们难 以预料 的情况 ， 此 时 如果每个流程设备都要操作人员手动停止 的话 ， 往 往可能快速性不够 ， 很难达到紧急情况就全线立 即 河北冶金 2 0 1 2年第 2期 停车的 目的。在软件 中设置 “ 急停” 按钮 ， 切断所有 输出信号 ， 保证对现场事故迅速作出反应 ， 最大 限度 达到避免现场人员伤亡和减少经济损失的效果 。当 监控画面按下“ 急停” 按钮时 ， 整个料场系统所有设 备都会无条件停车 。 6 主要 控制 设备 6 ． 1 皮带控制程序 皮带控制包括 普通皮带控制和正反转皮带控 制， 原理类似， 下面以普通皮带控制为例简要说明。 设备 自动启动条件 设备转换开关 打到 自动位 置 ， 画面显示绿色 ， 选通流程后 ， 流程设备均显示青 色 具备 ， 自动状态下按下启动按钮 ， 首先输 出电铃 信号 ， 发出启动警报 ， 同时开始计时 ， 3 S 后发出皮带 启动指令输出至现场接触器 ， 使其动作 ， 启动 电机 ， 同时返 回设备运行信号 ， 会 同启动输 出指令一起 为 D O输出做 自保持。当按下停止按钮后， 自动启动 回路断开 ， DO无输 出， 接触器断开 ， 设备停止 。 6 ． 2管状 皮带机 管状皮带机除了和一般皮带机一样的顺序控制 外还必须控 制启停 时的转速 。本系统采用 P L C 自 动控制启停 时 的转速 ， 启 动 时转速 为额 定转 速 的 1 5 ％， 以后每隔 2 0 S 增加 1 0 ％ ， 直至达到额定转 速 的 8 5 ％； 停止时与之相反 ， 每隔 2 0 S 减少 1 0 ％ ， 直至 达到额定转速的 1 5 ％后管皮带完全停止。 6 ． 3圆盘配料系统 圆盘配料系统由圆盘 、 电子皮带秤组成 ， 圆盘 由 变频器控制实现调速。控制 由 P L C中的 P I D 功能 块实现。具体实现原理为操作员设置圆盘 的配 比， 作为 P I D的给定值 、 电子皮带秤输出 1 个 4～ 2 0 mA 的模拟量作为 P I D的反馈值 给 P L C， 通过 P I D控制 运算输出给变频器 1个 4～ 2 0 m A 的模拟量控制圆 盘 的转 速 。 7 人 机界 面 系统采用 I n T o u c h软件作为人机界面。画面显 上接第 4页 因此 目前承钢必须研究开发新的提钒工艺技术。 4 结束语 当前全球钢铁 行业 的形势不容乐观 ， 国内钢材 产量屡创新高 ， 而 国内外钢材市场的需求降低 ， 钢铁 企业的竞争 日趋激烈。面对严峻的经济形势， 钢铁 企业必须根据 自己的特点 制定生产工 艺和产 品战 略， 才能降低生产成本 、 提高产品质量和竞争力。 示包括系统总貌 、 各作业线画面 、 流程选通与清除窗 口 图2 、 流程操作窗L I 图3 、 系统报警画面等组 成。用 6 种颜色显示设备的手动、 自动、 选通、 手动 运行 、 自动运行 、 故障等状态 。操作员只需进行作业 线画面的切换及流程选通与清 除窗 口、 流程操作窗 口的操作即可完成生产操作。 图2 流程选通与清除窗口 F i g． 2 W i n d o w o f s e l e c ti n g f l o w a n d c l e a r i n g wi n d o w 图 3流程操作 窗 口 Fi g ． 3 F l o w o p e r a t i o n wi n d o w 8 结语 该 系统设计较 为合理 ， 操作简练 明确。实践证 明， 采用 9 0 7 0 P L C控制系统及光纤环网的网络结 构 ， 很好地适应了控制设备多 、 采集分站较多 、 地域 分布较广 、 实时性要求较高 ， 系统可靠性要求高 的场 合 ， 清晰及时的运行状态 、 显示准确 的故障诊断报警 与记录， 为操作人员带来极大的方便， 提高了生产作 业率。系统投入运行后， 设备故障率降低了3 ％， 混 合料配比指标 S i O 、 T i F e的稳定率达到 9 5 ％。能够 满足高炉 、 烧结 、 焦化系统对原燃料 的稳定要求 。在 整个系统 中， P L C、 变频器 、 软启动器和 网络 的结合 使用 ， 减少了现场电缆的敷设 ， 提高了设备的可靠运 行和 自动化程度 ， 降低了设备维护量 ， 且在生产过程 中减少中间环节 ， 节省人力 、 有效提高了生产效率。 由于承德地区的钒钛磁铁 矿资源 ， 形成 了承钢 的钒钛特色。钒钛和钢铁之 间的相互影 响、 相互作 用 ， 使承钢在解决生产 、 技术问题上表现出一定的复 杂性， 必须认真科学地分析它们之间的关系， 找出其 中的规律 ， 适时调整生产经营战略， 才能在严峻 的经 济形势和激烈的市场竞争中， 永远立于不败之地 。 6 7