薛軍 靳誼 韋慶志 徐翀

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

上料是煉鋼廠精煉冶煉過程中的重要環(huán)節(jié)，安鋼第二煉軋廠二期精煉上料系統(tǒng)擔(dān)負(fù)給兩個(gè)LF爐上料的任務(wù)。3#LF爐建設(shè)時(shí)，兩個(gè)LF爐的高位料倉(cāng)由于工藝需要，空間位置進(jìn)行了互換，上料工靠手動(dòng)目測(cè)操作進(jìn)行兩個(gè)精煉爐的上料。不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，影響上料效率，且對(duì)人身及設(shè)備安全也是很大的隱患。為了提高精煉爐上料效率，改善操作人員作業(yè)環(huán)境，本著可靠性與效率兼顧，同時(shí)盡可能滿足操作舒適度的原則對(duì)二期精煉上料控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩個(gè)精煉爐上料的全自動(dòng)控制。

1 精煉上料系統(tǒng)簡(jiǎn)介

兩個(gè)LF爐高位料倉(cāng)共32個(gè)，為東西兩排對(duì)稱分布共16對(duì)。每次上料時(shí)，地下料倉(cāng)通過快慢振選擇將料振到提升斗式皮帶上，動(dòng)力強(qiáng)勁的提升機(jī)將料提升到幾十米高的料倉(cāng)平臺(tái)上的大傾角卸料器，料滑到水平2#皮帶上，再通過一個(gè)溜槽又下到帶移動(dòng)下料口的1#皮帶。上料小車帶著下料口移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)2#或是3#精煉爐上高位料倉(cāng)再配合小車上翻板閥的動(dòng)作即可實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)料倉(cāng)的上料。這一系列設(shè)備動(dòng)作在上料時(shí)都是逆向啟動(dòng)的。當(dāng)要給某一料倉(cāng)進(jìn)行上料時(shí)，上料小車電機(jī)先驅(qū)動(dòng)小車到相應(yīng)料倉(cāng)上方，同時(shí)電液推桿帶動(dòng)翻板閥動(dòng)作對(duì)應(yīng)好相應(yīng)料倉(cāng)口(翻板動(dòng)作是為了選擇接通對(duì)準(zhǔn)東西側(cè)料倉(cāng)的溜槽)，小車和翻板到位后，啟動(dòng)1#皮帶電機(jī)，再啟動(dòng)2#皮帶電機(jī)，然后是提升皮帶電機(jī)，最后地下料倉(cāng)電振振動(dòng)將料振到運(yùn)轉(zhuǎn)的皮帶上，再輸送到相應(yīng)料倉(cāng)里，上料過程結(jié)束。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地下料倉(cāng)電振有高低速的要求，采用變頻器控制，速度值及控制命令都來自硬線控制。提升皮帶電機(jī)負(fù)荷較大，采用軟啟動(dòng)控制。1#皮帶機(jī)、2#皮帶機(jī)、卸料小車行走電機(jī)及三通翻板閥的電液驅(qū)動(dòng)電機(jī)均由普通接觸器控制。上料控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 上料控制系統(tǒng)示意圖

由圖1可以看出，用一套400PLC作為控制中心，通過硬線與MCC盤形成控制回路，操控各驅(qū)動(dòng)設(shè)備的啟停。主控室操作臺(tái)及卸料小車、提升機(jī)、皮帶機(jī)、地下料倉(cāng)電振等設(shè)備的機(jī)旁就地操作箱通過硬線與PLC交換操作指令及狀態(tài)指示，檢修或事故時(shí)可以就地操控設(shè)備啟停。卸料小車在倉(cāng)頂?shù)奈恢眯盘?hào)及三通翻板閥到位信號(hào)均由接近開關(guān)傳遞給PLC，以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)定位控制。

3 全自動(dòng)控制功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 信號(hào)接入及畫面完善

針對(duì)新增料倉(cāng)與老料倉(cāng)功能互換問題，對(duì)新料倉(cāng)安裝了控制上料小車定位用接近開關(guān)并將信號(hào)可靠引入上料PLC。通過修改控制程序及HMI畫面，實(shí)現(xiàn)了畫面與所有實(shí)際料倉(cāng)位置一一對(duì)應(yīng)，將輸入3#LF爐控制系統(tǒng)的料位信號(hào)通過以太網(wǎng)通訊方式引入上料PLC。所有料倉(cāng)的位置信號(hào)及料位信號(hào)得以完善。

3.2 料倉(cāng)選擇及倉(cāng)位編碼設(shè)計(jì)

畫面上每個(gè)料倉(cāng)底部都有一個(gè)選擇按鈕，操作工根據(jù)上料需要可在畫面上點(diǎn)擊選定想要上料的料倉(cāng)，選中的料倉(cāng)下方按鈕相應(yīng)變?yōu)榫G色。畫面上方顯示被選中料倉(cāng)的數(shù)字編碼，同時(shí)此編碼被傳遞給PLC。PLC通過監(jiān)視上料小車所在實(shí)際料倉(cāng)頂部行程開關(guān)的觸發(fā)，利用MOVE語(yǔ)句，可得到小車實(shí)際所在倉(cāng)位編碼。有了目標(biāo)倉(cāng)位和實(shí)際倉(cāng)位，啟動(dòng)自動(dòng)上料后，PLC指揮小車移動(dòng)到目標(biāo)倉(cāng)位，翻板自動(dòng)打到需要的一側(cè)，再指揮后續(xù)皮帶及電振動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料控制。因此，合理的編碼規(guī)則及控制邏輯是實(shí)現(xiàn)上料小車及翻板溜槽自動(dòng)定位，乃至實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料控制的核心。

兩套LF爐的料倉(cāng)東西兩排對(duì)稱分布共16對(duì)，在料倉(cāng)上方小車行進(jìn)軌道旁邊設(shè)計(jì)安裝16個(gè)行程開關(guān)從1到16編號(hào)，來定位從南到北16對(duì)料倉(cāng)。在程序中利用一系列MOVE指令，當(dāng)小車觸發(fā)某個(gè)行程開關(guān)時(shí)，將相對(duì)應(yīng)編碼傳到一個(gè)記憶字當(dāng)中存儲(chǔ)，同時(shí)小車也恰好停在相應(yīng)料倉(cāng)頂部。其中一個(gè)小車位置編碼賦值邏輯如圖2所示。

圖2 小車位置編碼賦值邏輯

上料小車觸發(fā)行程開關(guān)，把相應(yīng)倉(cāng)位編碼傳給MW6。MW6字中存儲(chǔ)了小車的實(shí)際倉(cāng)位。通過點(diǎn)擊選擇按鈕選定料倉(cāng)后，上位組態(tài)軟件WINCC將被選定的料倉(cāng)編碼傳遞到PLC記憶字MW2中。同樣是按從南到北16對(duì)料倉(cāng)從1到16編碼。

3.3 差值法小車定位控制設(shè)計(jì)

PLC中用另外一個(gè)記憶字MW4用來存儲(chǔ)實(shí)際倉(cāng)位和目標(biāo)倉(cāng)位差值，語(yǔ)句表指令如下：

控制邏輯設(shè)定為，當(dāng)MW4大于0時(shí)，說明小車在目標(biāo)倉(cāng)位南側(cè)，自動(dòng)上料前向北開(前進(jìn))，當(dāng)MW4小于0時(shí)，說明小車在目標(biāo)倉(cāng)位北側(cè)，自動(dòng)上料前向南開(后退)。當(dāng)小車位置在目標(biāo)倉(cāng)位南側(cè)，自動(dòng)上料開始時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到MW4大于0，則驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)，小車前進(jìn)過程中因?yàn)橛|碰相應(yīng)料倉(cāng)頂?shù)男谐涕_關(guān)，MW6的值一直在增加，直到觸碰了目標(biāo)倉(cāng)位行程開關(guān)，MW6=MW2則MW4=0。MW4大于0的條件終止，小車停止前進(jìn)，剛好停在了目標(biāo)倉(cāng)位以上。

控制小車前進(jìn)的那行指令中串入MW4大于0的條件，只要系統(tǒng)打到畫面集中操作，不管是自動(dòng)還是畫面手動(dòng)控制，都可以將小車開到目標(biāo)倉(cāng)位自動(dòng)停下。

3.4 三通翻板閥自動(dòng)控制

目標(biāo)倉(cāng)位與實(shí)際倉(cāng)位編碼差值法，可實(shí)現(xiàn)小車到某一對(duì)倉(cāng)位的控制，正確選擇東西料倉(cāng)還需要三通翻板閥自動(dòng)打到需要上料的料倉(cāng)一側(cè)來實(shí)現(xiàn)。

設(shè)一個(gè)與畫面連接的記憶位，它是由畫面按鈕賦值的，如果操作工選擇了西側(cè)料倉(cāng)，則在WINCC中一律給記憶位賦1，因?yàn)楫嬅媾c現(xiàn)場(chǎng)料倉(cāng)位置一一對(duì)應(yīng)，在畫面組態(tài)時(shí)很容易區(qū)分。將記憶位串入三通閥向西側(cè)打通的控制命令行中，當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，如果選擇了西側(cè)的料倉(cāng)，而三通閥不在西側(cè)導(dǎo)通狀態(tài)，會(huì)自動(dòng)向西側(cè)打到位。

為了避免自動(dòng)時(shí)小車和翻板同時(shí)動(dòng)作導(dǎo)致翻板閥殘余料漏到平臺(tái)上，在小車前進(jìn)后退控制指令行里加上三通閥到位延時(shí)控制。延時(shí)到位信號(hào)可以通過兩個(gè)時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。

圖3 三通閥到位延時(shí)信號(hào)

三通閥本身不是在東側(cè)位就在西側(cè)位，如果不加延時(shí)到位信號(hào)，則一有自啟動(dòng)信號(hào)，三通閥本身到位信號(hào)(西側(cè)通或東側(cè)通)是接通狀態(tài)，小車會(huì)同時(shí)前進(jìn)或后退。而有了延時(shí)到位信號(hào)，一開始給了三通閥2 s啟動(dòng)時(shí)間，小車保持不動(dòng)，10 s內(nèi)三通閥到位信號(hào)一來，再啟動(dòng)小車行進(jìn)。三通閥打到位后再啟動(dòng)小車前進(jìn)，不影響連鎖動(dòng)作，避免小車行進(jìn)過程中三通閥殘余料漏料。

3.5 自動(dòng)上料連鎖設(shè)計(jì)

在單體設(shè)備控制功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)自動(dòng)連鎖控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要上料時(shí)，操作工從HMI畫面上點(diǎn)選相應(yīng)的料倉(cāng)選擇按鈕，將操作方式打到自動(dòng)，再點(diǎn)擊“連鎖啟”。在自動(dòng)模式下，PLC控制各設(shè)備啟停都是靠連鎖條件。首先系統(tǒng)判斷操作工點(diǎn)選的是西側(cè)料倉(cāng)還是東側(cè)料倉(cāng)，再比較三通閥實(shí)際位置，如果不一致則驅(qū)動(dòng)三通閥到需要的一側(cè)。三通閥到位后，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際倉(cāng)位編碼與目標(biāo)倉(cāng)位編碼差值MW4的正負(fù)，驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)或后退，直到MW4=0，即小車到了目標(biāo)倉(cāng)位。然后PLC再發(fā)指令給馬達(dá)控制中心，依次啟動(dòng)1#皮帶、2#皮帶、提升皮帶及地下料倉(cāng)電振(快慢振是操作工提前設(shè)置好的)，上料的物理通路全部運(yùn)轉(zhuǎn)，料自動(dòng)上到需要的料倉(cāng)里。操作工判斷料流全部加入目標(biāo)料倉(cāng)后，在畫面上點(diǎn)擊“連鎖?！保琍LC會(huì)自動(dòng)指揮從地下料倉(cāng)電振到1#皮帶依次停止運(yùn)轉(zhuǎn)(停止順序與啟動(dòng)順序相反，是為了防止堆料事故)，整個(gè)自動(dòng)上料過程結(jié)束。

4 效果分析

1)精煉上料全自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使得上料生產(chǎn)工在操作室內(nèi)即可完成對(duì)兩個(gè)LF爐上料系統(tǒng)的監(jiān)視和全部操作，從根本上改善了操作人員的勞動(dòng)條件和工作環(huán)境，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2)上料自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)，加快了精煉爐生產(chǎn)與后道工序之間的生產(chǎn)節(jié)奏，提高了生產(chǎn)效率。

3)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)后，正常生產(chǎn)時(shí)上料設(shè)備都是連鎖運(yùn)行，人為干預(yù)很少，大大增加了設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少了維修工作量，保障了操作人員及設(shè)備安全。

4)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連鎖啟動(dòng)時(shí)上料小車與三通閥的延時(shí)動(dòng)作，避免了殘余料漏到平臺(tái)上，有效保障了清潔生產(chǎn)，體現(xiàn)了以人為本的生產(chǎn)理念。

5 結(jié)語(yǔ)

全新設(shè)計(jì)的精煉上料控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩個(gè)精煉爐上料的全自動(dòng)控制，控制邏輯設(shè)計(jì)合理，經(jīng)過自主研發(fā)，調(diào)試投運(yùn)，使得精煉上料控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，為安鋼第二煉軋廠二期精煉爐冶煉工藝環(huán)節(jié)順行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在同類企業(yè)上料自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中具有很好的推廣價(jià)值。

［1］ 馬竹梧.鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化—煉鋼卷［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003：215-220.

［2］ 郭艷萍.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2010：37-40.