摘 要：柳鋼鋼渣處理廠120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線傳統(tǒng)電氣控制改造為西門子PLC系統(tǒng)控制，編制控制程序，實現(xiàn)自動化控制，降低職工勞動強度，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)能。

關鍵詞：鋼渣處理生產(chǎn)線 PLC系統(tǒng)控制 改造 提效

中圖分類號：TF524 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0104-03

廣西柳鋼金鵬環(huán)保公司鋼渣處理廠120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線負責處理柳鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠產(chǎn)生的所有鋼渣，采用二破三磁選三篩分工藝流程，共有22條皮帶輸送機、4臺振動給料機、4臺激振篩和2臺液壓顎式破碎機組成，每天要處理柳鋼產(chǎn)生的5000噸鋼渣。原設計采用的電氣控制系統(tǒng)為繼電器邏輯控制方式，控制觸點多，生產(chǎn)控制停留在每臺設備機旁手動啟停階段；因生產(chǎn)區(qū)域廣設備多，每次開停機均耗時較多；而當生產(chǎn)堵料時，電控系統(tǒng)不能連鎖停機，造成現(xiàn)場大量積料，清料恢復生產(chǎn)更是費時。隨著生產(chǎn)任務不斷加重，實現(xiàn)生產(chǎn)線自動化控制，降低一線職工勞動強度，提高生產(chǎn)效率，成為必然的選擇，經(jīng)分析，決定采用西門子S7-300系統(tǒng)對120萬噸鋼渣生產(chǎn)線電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造，實現(xiàn)鋼渣生產(chǎn)線自動化控制及監(jiān)控。

1 生產(chǎn)工藝控制要求

柳鋼鋼渣處理工藝采用二破三磁選三篩分工藝流程，鋼渣通過皮帶輸送機運送，再經(jīng)破碎、磁選、篩分的生產(chǎn)過程，因鋼渣原料含鐵量高、大小、形狀不規(guī)則，經(jīng)常出現(xiàn)堵料影響生產(chǎn)的情況，因此對鋼渣生產(chǎn)線采用PLC系統(tǒng)控制改造作如下要求。

（1）手動/遠程控制：手動控制為PLC自動控制出現(xiàn)故障和檢修時使用；遠程控制則為PLC控制。（2）PLC控制又分自動控制和手動控制。自動控制為設備全自動順流程啟動和逆流程停止；手動控制為機旁控制，對設備實現(xiàn)單機啟停。（3）設備控制實現(xiàn)連鎖控制。（4）建立故障報警系統(tǒng)，出現(xiàn)故障停機時，顯示故障點，便于查找故障原因及解決故障，并自動記錄故障時間。（5）建立生產(chǎn)設備運行、故障自動統(tǒng)計系統(tǒng)，生成系統(tǒng)報表。

2 PLC電控系統(tǒng)設計改造

2.1 PLC控制回路改造

（1）PLC選型。

根據(jù)前述控制要求，在充分考慮系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、通用性基礎上，確定本電控系統(tǒng)采用集中式控制結(jié)構(gòu)，分為3級：過程監(jiān)控站、PLC控制器和現(xiàn)場電氣驅(qū)動和信號檢測。PLC控制器選用西門子SIMATIC S7-300型，該型PLC技術(shù)成熟可靠，應用廣泛，具有功能強、速度快、模塊化等特點，具體配置為：CPU314，帶有MPI接口，配64k EPROM存儲卡做程序掉電保護；16通道DI模塊SM321，5個；16通道DO模塊SM322，3個；考慮系統(tǒng)的總點數(shù)和今后擴展需要，配置了1個擴展機架，主機架和擴展機架之間通過通信模塊IM360和IM361通信。監(jiān)控站采用戴爾電腦主機加顯示器一套，運行西門子WINCC6.2過程監(jiān)控組態(tài)軟件。S7-300系統(tǒng)和監(jiān)控站計算機的通信采用MPI接口，在上位機中安裝CP5613通訊卡，通過MPI電纜進行連接。

（2）輸入輸出點分配。

根據(jù)生產(chǎn)特點，鋼渣輸送皮帶較少出現(xiàn)跑偏和打滑現(xiàn)象，要增加這些信號反饋，需增加配電室至現(xiàn)場的控制線和打滑檢測設備，這樣耗時且易影響生產(chǎn)，所以跑偏和急停信號不引回PLC輸入信號；液壓鄂式破碎機現(xiàn)場控制箱使用國產(chǎn)信捷PLC系統(tǒng)，控制主電機啟停和液壓控制回路；激振篩為啟停回路；因此每臺設備PLC輸入信號只需要一個備妥信號和一個主接觸器反饋信號（如圖1）。

輸出點則只需每臺設備各一個輸出點（如圖2）。

2.2 原電控主回路改造

原設計電控系統(tǒng)為繼電器邏輯控制方式，控制觸點多，生產(chǎn)控制為簡單現(xiàn)場啟停控制，現(xiàn)場控制箱有啟動、停止和急停按鈕，啟動和停止指示燈，電機過載保護為老式雙金屬片熱偶保護（如圖3）。

對原電控主回路進行改造，現(xiàn)場控制箱需增加一個雙向拔檔開關實現(xiàn)機旁/遠程控制，配電室控制回路增加一個備妥接觸器，接收包括拉繩、跑偏、過流和急停信號；主接觸器增加一對觸點，反饋接通信號給PLC顯示狀態(tài)；熱繼電器改為帶電子顯示的電子過流保護器，改變熱繼電器反應慢、調(diào)節(jié)不精準的情況，電控主回路改造后如圖4。

2.3 PLC系統(tǒng)功能程序設計

（1）改造后PLC系統(tǒng)控制設計有以下特點：逆工藝流程起動，即先啟動生產(chǎn)線終端22#輸送機，最后啟動生產(chǎn)線起始端1#給料機；順流程停機，先停起始端1#給料機，最后停終端22#輸送機，并根據(jù)輸送機速度、長度加以延時間隔，以免發(fā)生堆料的現(xiàn)象；啟動時間以設備運轉(zhuǎn)進入全速為準，停止時間以渣料走完輸送機為設定依據(jù)。為保護設備、提升生產(chǎn)效率及人員安全，還需設計較為復雜的聯(lián)鎖控制：①當輸送機、激振篩、液壓顎式破碎機中任一設備發(fā)生非正常停機或嚴重故障時，立即停止上游設備運行，下游設備保持原工作狀態(tài)不變；②根據(jù)出現(xiàn)故障設備，進行緊急停機、順序停機，并在監(jiān)控畫面顯示報警；③在監(jiān)控站畫面上、PLC柜及操作臺都設有“緊急停止”按鈕，當出現(xiàn)重大險情和故障時，操作“緊急停止”按鈕能立即停止全線設備。

（2）控制方式：①PLC控制方式，正常生產(chǎn)時使用。操作員在監(jiān)控站畫面實現(xiàn)設備聯(lián)動或單動；②就地控制，保留原來的現(xiàn)場手動控制，可用機旁電氣開關實現(xiàn)設備起/停，滿足設備檢修、試車、緊急事故處理的需要。

通過對上述系統(tǒng)控制功能和PLC各個輸入輸出信號的仔細分析，確定出單臺設備的控制邏輯，利用西門子STEP7編程軟件編寫程序，分為手動和自動FC塊供OB1塊調(diào)用，手動只是簡單啟?；芈凡辉僬f明，自動控制回路梯形圖（LAD）見圖5。

以1#、2#、3#皮帶為例，這里使用了SR置位指令、SD接通延時指令和SF斷開延時指令，SF斷開延時指令用皮帶延時停止很好用，在輸入端為0時線圈保持接通完成延時過程。圖5為2#皮帶啟停控制回路示例，1#皮帶為2#皮帶上游設備，3#皮帶為2#皮帶下游設備。M20.0和M20.1互鎖控制設備全自動啟停，T1為下級皮帶啟動到本級皮帶啟動延時間隔，T0為本級皮帶啟動到上級皮帶啟動延時間隔，T25為本級皮帶停止到下級皮帶停止延時間隔，中間加個I0.1上皮帶接觸器反饋信號，T26為2號皮帶停止到3號皮帶停止延時間隔，這部分組成了全自動順停和逆啟動作。I0.2備妥信號為皮帶本身保護信號，包括跑偏、拉繩和檢修控制。I0.5為下級設備信號反饋，主要功能為下級設備未啟動時本級設備禁止啟動，以及下級設備故障停機時上游設備全部急停。

3 監(jiān)控站人機界面設計

PLC系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用西門子WINCC6.2組態(tài)軟件，同為西門子產(chǎn)品兼容性好。組態(tài)時設定好通信參數(shù)，并在監(jiān)控畫面的控件屬性中設置正確的PLC位地址或字地址，監(jiān)控軟件就能建立起與PLC內(nèi)部地址的連接和通信。利用WINCC6.2強大的圖形組態(tài)技術(shù)和豐富的用戶函數(shù)，設計了以下功能：①鋼渣處理工藝流程監(jiān)控畫面設計見圖6；通過動態(tài)、變色、閃爍、數(shù)字、棒圖及曲線的方式實時監(jiān)視各電氣設備、工藝參數(shù)的工況，操作人員點擊畫面按鈕可以實現(xiàn)全線設備單動起/停、聯(lián)動起/停、緊急停車等控制功能；②生產(chǎn)線設備數(shù)據(jù)統(tǒng)計：對設備的起/停時間、班運轉(zhuǎn)時間、起/停次數(shù)累計等信息自動記錄并顯示，對于合理安排生產(chǎn)和設備檢修具有重要意義；③自動生成報表：生產(chǎn)線設備運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)實時生成，可按生產(chǎn)班次定時打印，同時在監(jiān)控畫面設計了報表打印按鈕，可以在任何需要的時候進行打??；④在線操作指導：采用Windows超級鏈接文本幫助形式，向維護操作人員提供方便、快捷的查找關于生產(chǎn)工藝操作、設備維護和軟件使用等信息；⑤報警功能：在每幅畫面上都有報警標志，設備故障、工藝參數(shù)異常都會觸發(fā)相應的報警，每個故障報警都有詳細說明和原因解釋，并有完善的報警確認、報警屏蔽和報警歷史記錄（如圖7）；⑥權(quán)限安全設置：通過設置工程師和操作員2級權(quán)限，明確了生產(chǎn)操作和管理職責，防止誤操作，有效增強了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

4 改造后PLC系統(tǒng)運行效果

120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線改造后PLC系統(tǒng)已成功投入使用，取得了良好的效果：①生產(chǎn)效率顯著提高，開停機時間和堵料清料時間顯著減少，開機率由原來的78%提高至87%；②設備得到有效保護，設備負荷電流實時顯示，電機得到有效保護，一旦超限會及時報警和聯(lián)鎖制動，從而解決了因堵料造成電機超載、燒毀及爆軸的問題；③生產(chǎn)線系統(tǒng)故障率明顯下降，維護工作量大大減少，設備故障率由原來6%降低至3%，設備穩(wěn)定運行得到充分保障；④減少了生產(chǎn)人員編制，僅需要3人就可完成相當于以前6人的工作。

綜上所述，柳鋼120萬噸冶煉廢渣綜合利用生產(chǎn)線的PLC電控系統(tǒng)改造，系統(tǒng)由性價比高的PLC、工控機和組態(tài)軟件構(gòu)成，通過PLC編程，實現(xiàn)了對生產(chǎn)設備的全自動控制、聯(lián)鎖保護、運行狀態(tài)監(jiān)測等功能；運用組態(tài)軟件設計，實現(xiàn)了具有良好的人/機過程接口能力的監(jiān)控，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程信息的集中顯示和處理。生產(chǎn)實際運行效果表明，本PLC電控系統(tǒng)功能設計合理，運行可靠，顯著提高了柳鋼鋼渣生產(chǎn)效率。