施耐德Quantum PLC在400m2烧结机自动控制系统中的应用.pdf

第2 9 卷2 0 1 1 年第4 期 总第 1 5 4 期 使用与维护 施耐德Qu a n t u m P L C在4 0 0 m2 烧结机自动控制系统中的应用 李彦君常青海孙宪伟 安钢机控处安 阳4 5 5 0 4 摘要介绍 了Qu a n t u m P L C在烧 结机 自动控 制 系统 中的应 用及 自动控制 系统 的组成 、 特点和功能。 关键词 烧 站机 生产 自动控制 系统Qu a n t u m P L C 1 前 言 烧结矿作为高炉冶炼的主要原料， 其质量直 接影响高炉生产。安钢400 m 烧结机于2 0 0 7 年6 月投产以来 ， 运行一直很平稳， 该系统主要向安钢 2 8 0 0 m 高炉提供优质烧结矿。该 系统 自动化控制 系统采用先进的网络结构和P L C软硬件设备 ， 并 应用先进的烧结工艺优化控制软件技术 ， 实现烧 结生产过程 自动控制 、 监控及管理 ， 为安钢烧结生 产走向大型化迈出了一大步 。 2 自动控制系统构成 自动控制系统实现对整个烧结机生产设备 的 联锁控制， 实时数据的采集与分析， 过程与设备状 态的监控与报警 ， 过程趋势数据的采集与处理， 报 表打印， 画面显示。系统完成了生产设备的基础 自动化及过程计算机控制。各个P L C 站、 上位监 控机 、 工程师 站之 间采用双环路光纤配置 的T C P ／ I P工业 以太 网连接 ， 构成了烧结生产的综合监控 网络 。 根据烧结工艺对 自动化系统的要求， 4 0 0 m 烧 结机计算机 自动控制系统采用施耐德 Q u a n tu m 1 4 0 系列 P L C C P U模板为 1 40 C P U 5 3 4 1 4 A ； 通讯 模 板 为 1 40 C R P 9 3 2 0 0 ，1 40 C R A 9 3 2 0 0 ，1 40 N O E 7 7 1 0 1 ；输 入 模 板 为 1 4 0 D A I 7 5 3 0 0 ，1 4 0 A T 1 0 3 0 0 0 ， 1 4 0 A R 1 0 3 0 1 0 ， 1 4 0 A C 1 0 3 0 0 0 ； 输 出模板 为 1 40 D R A 8 4 0 0 0 ， 1 4 0 AC O 0 2 0 0 0 可 实现 配混 系 统 、 烧冷系统 、 成品整粒系统 、 主抽风系统 、 主粉尘 系统及电除尘卸灰系统的逻辑顺序控制 ， 可实现 对 主抽风机 、 点火炉等生产工艺 的数据采集处理 及回路控制。系统网络配置 见图1 。 系统由5 台P L C 、 3 个工程师站和1 0 个监控站 组成。基础控制层采用 Q u a n t u m 1 4 0 系列 P L C ， P L C 主站与分站之间采用远程 I／ 0方式扩展。各 P L C 站通过网络通讯模板、 交换机、 T C P ／ I P 工业以 太网与工程师站或监控站可进行通讯 ， 传输速率 为l O O Mp b s ， 传送介质为超五类屏蔽双绞线 。系 一 22一 图 1 安钢4 0 0 m 烧结机自控系统网络结构简图 统具强大的数字量、 模拟量及回路处理功能， 具备 模板化、 体系结构可扩展的特点， 包括C P U 、 U O 模 板、 I ／ O接口、 通讯模板、 电源和底板等。监控系统 H MI 采用 I n t e l l u t i o n 公 司的i F I X 3 ． 5 监控软件 ， 实 现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、 报警、 回路控制画面、 历史数据存储 、 趋势图和报表等监 控 功能 。操作 系统 为 Wi n d o w s 2 0 0 0 ， 编 程软件采 用C o n c e p t 2 ．6 ， 它支持 5 种I E C 标准语言。系统提 供了派生功能块 D F B ， 并可在C o n c e p t 2 ．6 应用程 序中反复调用， 如果一些特定的算法或逻辑控制 需要改变， 只需修改D F B 功能块即可。 3 系统功能 3 ． 1 电 气控 制 根据工艺要求和现场实际情况 ， 系统从整体 上分为机旁操作和计算机联锁运行。机旁操作是 指操作人员在 现场操 作箱上进行设 备的启 动 、 停 止及设备运转速度设定。当一台设备在机旁操作 状态时， 不再参与系统的其它联锁。计算机联锁 运行是指处于自动运行的所有设备每一时刻都参 人各 自联锁条件 ， 如运行安全联锁、 工艺参数联 锁、 启动或停止顺序联锁等， 有效地防止因下游设 备故障而引起上游皮带堆料。以配混系统为例 ， 阐述控制原理 见图2 。 使用与维护 第2 9 卷2 0 1 1 年第4 期 总第 1 5 4 期 图 2 电气控制系统原理 在 圆盘配料系统 中 ， 给料量主要 由圆盘 的转 速决定 ， 并且是与圆盘的转速成线性 比例关系。 在机旁手动操作方式时， 操作工可手动调节操作 箱上电位器来控制变频器频率， 从而控制圆盘给 料机的转速。在 自动运行方式时， 中控室操作工 可从上位监控机设定流量给P L C， 同时电子皮带秤 测出一个实际流量信号反馈回P L C 参加P I D 运算， 最后得到一控制量 ， 通过 MB 网控制变频器 ， 从而 控制圆盘给料机的转 速 ， 达到控制物料流量 的 目 的。配 1 、 配2 、 混 1 等皮带机 自动控制程序上做了 严格的连锁控制 ， 避免 了因下游设备故 障停机引 起的上游皮带堆料问题。 3 ． 2 仪表控制 3 ． 2 ． 1信号 的采集 与处 理 利用 C o n c e p t 2 ． 6 软件特 有功能 ， 针对 不 同的 模拟量输入信号和不同的参数需要 ， 分别编制了 工程量转换、 偏差、 上下限报警等各种信号处理的 D F B ， 在控制程序中可直接调用这些功能块。实现 了混合料位测量 、 矿槽料位测量及上下限料位报 警 ， 煤气流量、 空气流量的累计及瞬时显示 ， 煤气 与空气压 力测量 ， 低压煤 气切 断 ， 负压测量 与显 示 ， 烧结料层厚度检测 。实现 了主抽风机入 口流 量检测 ， 进 口废气负压 、 温度测量 ， 高压 电动机轴 承、 定 子温度测量 ， 风机轴承 、 温度 、 振动测量及超 限报警和停车等。 3 ． 2 ． 2点火炉 温度 控制 点火炉燃烧控制是烧结工艺的重要环节， 该 控制分为点火流量和点火温度两种控制。流量控 制为操作员在上位监控机设定一流量值， 给P I D调 节器的s P 端 ， 反馈信号给P I D 调节器的P V端， 然 后经P I D 运算后输出一开度信号来确定调节阀的 开度 。点火温度控制为操作员在上位监控机设定 一 温度值， 经P I D 调节程序输出一煤气流量值， 最 终达到调整煤气流量 的目的。 3 ． 2 _ 3 混合料 加水 度控 制 1 一次混合机加水控制系统由加水压力开 关报警 、 联锁、 加水流量计、 流量调节阀、 快切阀和 循环水流量计组成。其中一次混合加水控制采用 了前馈一 反馈控制系统 见图3 。 y_ ] I 孽l 测f 查J 盏I 分 量l o I ． 量 ．F CV 图3 一次混合加水控制系统 2 在二次混合室共有两个混合料仓， 下面设 有两台皮带秤。各料仓除了连续测量料重外还有 上限报警及联锁功能 ， 为了稳定供给烧结机混合 料， 该料仓还进行了料位控制， 方法是根据料重与 输入量和电子秤输出量的差值来定时修正总的配 料量 。另外两个混合料仓的电子秤也是 自动控制 的 ， 方法 是根据烧结机 台车的速度 和烧结矿厚度 计算出混合料仓电子秤的总设定值 ， 再乘以配比 计算出的理论设定值， 该值根据电子秤开启的个 数分别设定理论值， 然后与测量值比较进行P I D 控 制， 完成 自动控制。二次混合加水控制也采用了 前馈一 反馈系统 见图4 。 图4 二次混合加工水控制系统 4 系统特点 1 具有故障报警及 自动生成报表功能。当 出现故障时， 监控画面将以警示色提醒用户， 以便 操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录 在上位机中， 数据查询、 统计和打印很方便。 2 P L C 电源模板冗余， 并采用U P S 供电， 保证 [ 下转第2 6 页] 一 2 3 第2 9 卷2 0 1 1 年第4 期 总第 1 5 4 期 使用与维护 更换后的 2 号台车组 由于受现场检修条件的 限制 ， 台车 回转 中心无法保证 与圆弧轨道 回转 中 心重合 ， 两者产生错位， 当行走轮在圆弧轨道上以 固有的线速度 运行时 ， 由于偏心的原因 ， 在共 同 接触点上这一速度将分解成两个速度 ， 一个是沿 圆弧轨道切线方向的 I ／ B ， 以及另一个速度 I ， B ， 而圆 弧轨道则对行走轮产生阻止 的阻力 ， 该 阻力 方向与 相反， 当 大于行走轮与圆弧轨道的摩 擦力 ， 行走轮在力 凡 作用下往圆弧轨道 回转 中心 方向产生径向快速滑动 ， 发出前面所述周期性的 “ 咯噔、 咯噔” 声音， 这一径向快速滑动使得行走轮 发生颤动， 对台车组有很大破坏作用， 轻者造成轴 承损坏， 重者台车组紧固螺栓松动脱落， 行走轮窜 动 ， 加大 了径 向滑动距离 ， 响声逐 步增 大 ， 其产生 的强烈振动， 不但会造成整个台车组的报废 ， 更为 严重的是强烈振动将会危及到整个回转机构的使 用安全。从受力分析来看， 料机回转速度 的大 小和方向固定 ， 它与 的夹角与两中心的偏心量 成正比关系， 偏心量增大， 夹角增大， ‰也增大， 即 力 R 也呈增大趋势 ， 发 出的异音逐渐增大 ， 破坏 性 也越 来越 大 。 要消除这一隐患， 必须让台车回转中心与圆 弧轨道回转中心完全重合， 将偏心量降低到零， 目 前国内通常在单独更换一套 回转台车组时， 是以 台车组 的原连接基 础为基准 ， 以回转轨道 为辅 助 基准， 这一方法难以确保两中心同心。宝钢不锈 钢分公 司采用一种 互为基准方法 ， 成 功地解决 了 上述问题， 而且方法可靠有效。作业方法是在更 换 回转 台车组前 ， 利用 回转减速机的悬臂支架 ， 在 其下部焊一根钢画针 ； 启动回转机构 ， 在需更换的 回转台车组前的回转轨道基础上刻画出一道弧 线 ， 而后退 回原地 ； 用气刨碳棒割去要更换 的回转 台车组的定位板焊缝 ， 同步顶升抬升料机的上部 结构 ， 使 回转台车组的定位销轴全部露 出为止 ， 将 回转台车组沿着回转轨道移出。将新的回转台车 组 吊装并初 步就位后 ， 控制千斤顶将料机的上部 结构放下 ， 并留有5 m m的余量 ， 以前面所画的弧线 为基准， 在台车组下部焊一根钢画针， 推动台车组 在轨 道上慢慢 自由移 动 ， 以前面所 画的弧线为基 准 ， 观察此 时台车组运行轨迹 ， 如两者不 同心 ， 利 用 吊线和钢直尺找 正每个行走轮 ， 直至两弧线重 合 ， 最后再将台车组沿轨道推人安装基础 ， 将千斤 顶同步放下， 将台车组上部的连接定位板件焊接 固定， 完成更换工作。 3结论 综上所述 ， 通过对回转 台车动态受力分析 ， 采 用一种互为基准的方法有效消除故障。调整方法 关键在于不以原有的连接基础定位板为更换 基准， 也不是仅以回转轨道为基准， 而是以料机回 转实际运行轨迹为基准， 通过调整控制台车组在 轨道上 自由移动时的轨迹 ， 从而使得台车组实际 运行轨迹 中心与料机 回转实际运行轨迹中心完全 重合， 修复后料机使用完全正常。 当然 ， 产生 回转 台车故 障原因有多种 ， 回转轨 道变形 、 料机倾 斜 、 轴 承损坏等 ， 不同情况需采用 不 同的方法 。在调整 台车组移动轨迹时 ， 也间接 校核了台车组的弧度是否符合要求， 不合格弧度 的台车组 ， 在使用中同样会产生上述异声， 但这一 故障是无法消除的， 只能更换处理。 参考文献 【 1 】 钢铁企业原料准备设计手册- 冶金工业出版社， 1 9 9 7 ． 2 0 1 0 0 8 3 0 收稿 [ 上接第 2 3 页 ] 了系统的安全性和稳定性 ， 有效地减少故障停机 时间。 3 上位机进行系统的监控和管理， 并提供良 好的人机界面， 实现分布处理与集中管理一体化， 系统故障率低， 可靠性高， 操作简便 ， 控制功能和 精度都能满足生产工艺要求。 5 结束语 该系统自2 0 0 7 年6 月投产以来， 运行一直很 平稳， 没有出现过事故故障， 可靠性高， 完全满足 一 2 6一 了大型烧结机的 自动化生产要求。 参考文献 【 1 ] Mo d i c o n T s x Qu a n t u mz , 件手册． 2 0 0 4 ． [ 2 ] Mo d i c o n C o n c e p t V 2 ． 6 编程 软件 手册． 2 0 0 4 ． [ 3 】 廖常初． P L C编程及应用． 北京 机械工业出版社 ， 2 00 2． 【 4 l4陈伯时． 自动控制系统_ 中央广播电视大学出版社， 1 9 98． 2 0 1 1 一 O 1 2 0 收稿