王春華

(河鋼宣鋼檢修公司，河北張家口，075100)

施耐德Quantum PLC在河鋼宣鋼360M2燒結(jié)機的應(yīng)用

王春華

(河鋼宣鋼檢修公司，河北張家口，075100)

施耐德公司的Quantum PLC系統(tǒng)以較高的靈活性、安全性、可追溯性以及高生產(chǎn)性，使之成為了宣鋼3臺360M2燒結(jié)機使用的控制系統(tǒng)，本文詳細介紹了Quantum PLC自動控制系統(tǒng)的組成、特點和功能，及在燒結(jié)機自動控制系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：Quantum PLC；unity；ifix

1 系統(tǒng)概述

燒結(jié)礦作為高爐冶煉的主要原料，其質(zhì)量直接影響高爐生產(chǎn)。宣鋼3臺360M2燒結(jié)機分別于于2008年3月、2010年4月和2015年1月投產(chǎn)運行。施耐德公司的Quantum PLC系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)采用先進的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和PLC軟硬件設(shè)備，并應(yīng)用先進的燒結(jié)工藝優(yōu)化控制軟件unity和監(jiān)控軟件GE FANUC ifix，實現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程自動控制、監(jiān)控及管理，為宣鋼燒結(jié)生產(chǎn)裝備走向現(xiàn)代化和大型化邁出了一大步。

2 Quantum PLC自動控制系統(tǒng)應(yīng)用方案

根據(jù)燒結(jié)工藝對自動化系統(tǒng)的要求，宣鋼3臺360M2燒結(jié)機計算機自動控制系統(tǒng)采用施耐德Quantum 140 系列PLC可實現(xiàn)原料破碎準(zhǔn)備系統(tǒng)、配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、主抽風(fēng)系統(tǒng)、煙氣脫硫系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、主粉塵系統(tǒng)及電除塵卸灰系統(tǒng)的邏輯順序控制和數(shù)據(jù)采集處理及回路控制。其中系統(tǒng)由14臺主PLC控制器、6個SCADA服務(wù)器、3個趨勢服務(wù)器、6個工程師站和26個監(jiān)控站、62個遠程站組成，各控制站及遠程I/O站布置在相應(yīng)12個變電所或控制室內(nèi)。

2.1 功能強大的CPU模塊

我們3臺360M2燒結(jié)機計算機自動控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)總和在14000點左右，這就要求我們選擇的CPU模塊必須是一顆強大的心。140 CPU 67160具有特別的雙處理器架構(gòu)：處理器Pentium 266，增強的模擬量和過程控制能力，Phoenix處理器，作為Ethernet協(xié)處理器，提高通信處理性能。它還具備靈活的內(nèi)存管理，增加的程序和數(shù)據(jù)的內(nèi)存容量；一個內(nèi)置的 Ethernet TCP/IP端口，帶web-server；一款熱備CPU ，帶專用以太網(wǎng)光纖鏈路。它還提供對PLC狀態(tài)、診斷信息和設(shè)置菜單的訪問修改通信參數(shù)控制和監(jiān)視熱備功能。內(nèi)存擴展選項SRAM和Flash，2個PCMCIA擴展插槽。使用內(nèi)存SRAM數(shù)據(jù)存儲時,不存在縫隙，某類數(shù)據(jù)不使用的內(nèi)存空間可供其它數(shù)據(jù)使用，因此內(nèi)存使用率可以得到優(yōu)化。

2.2 360M2燒結(jié)機計算機自動控制系統(tǒng)采用的3種通訊架構(gòu)

我們在這里14個PLC主站與62個分站之間采用遠程I/ O方式,其特點是：I/O 映射模板、每機架128 I/O字?jǐn)?shù)限制、S908協(xié)議 1.544 M、冗余電纜支持和支持31個分站。通訊模件需要CRP 93200和140 CRA 93200模件，擴展確定的I/O更新時間與I/O服務(wù)程序同步,允許熱備系統(tǒng)無擾切換,所有數(shù)據(jù)的交換無需用戶配置，一個掃描周期就足以完成所有數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)具強大的數(shù)字量、模擬量及回路處理功能，具備模板化、體系結(jié)構(gòu)可擴展的特點。

儀控配料秤、計量秤與相應(yīng)的PLC控制站之間的數(shù)據(jù)交換通過第三方PTQ-PDPMV1模塊實現(xiàn)PROFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)完成。

因為Quantum PLC系統(tǒng)和編程組態(tài)軟件unity及上位監(jiān)控軟件ifix都支持TCP/IP的通訊協(xié)議，所以我們通過專用于雙機熱備冗余的10/100M Ethernet以太網(wǎng)鏈路模件NOE77101將3臺360M2燒結(jié)機的控制站、操作站、工程師站之間緊密高速連接；此外編程和上位監(jiān)控系統(tǒng)微機均配備Ethernet雙網(wǎng)卡。這樣構(gòu)成了燒結(jié)生產(chǎn)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，充分保證了燒結(jié)生產(chǎn)工藝的充分實現(xiàn)。

2.3 Quantum PLC I/O模塊的應(yīng)用

利用Quantum PLC I/O模塊特有功能：I/O模塊可在任何位置與槽位無關(guān)，是軟件編址；電子模塊ID保證用戶配置與實際模塊一致，所有模板的配置及編址通過軟件實現(xiàn)，無跳線或DIP開關(guān)；可帶電更換任何模板；Active 燈指示模板的健康狀態(tài)出錯、保險斷、I/O點指示，模塊種類用顏色區(qū)分－減少錯誤機會，模塊上有完整部件號和模塊描述；模板自帶電解隔離屏障，減少設(shè)計和安裝成本，背板電源供電，不需額外的現(xiàn)場電源。

2.3.1 電氣控制方案

以原料配混系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)從各類原料進廠破碎、分篩、轉(zhuǎn)運、直至配料、三個混合倉為止。系統(tǒng)除了要能實現(xiàn)同時啟動、停止和單機啟動、停止外；為了保持配料比的穩(wěn)定和工藝的連續(xù)，從配料倉下的給料設(shè)備為中間點分上游工藝和下游工藝，上下游設(shè)備均可按順序啟動、順序停止的方式運轉(zhuǎn)；還要求系統(tǒng)對倉的變更、振動器的啟停以及定量給料、梭式布料器運行實行特殊的控制。

在圓盤配料系統(tǒng)中，給料量主要由圓盤的轉(zhuǎn)速決定，并且與圓盤的轉(zhuǎn)速成線性比例關(guān)系，處于自動運行方式時，中控室操作工可從上位監(jiān)控機設(shè)定流量給PLC，同時電子皮帶秤測出一個實際流量信號反饋回PLC參加PID運算，最后，得到一控制量，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)控制變頻器，從而控制圓盤給料機的轉(zhuǎn)速。達到控制物料流量的目的。

監(jiān)控器上還要集中顯示各個設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況。燒結(jié)生產(chǎn)工藝中面臨的是設(shè)備多且工藝交叉情況，各類機械電機必須帶有連鎖關(guān)系，除可在控制點逆流逐一啟動外還可中央控制室集中自動操作；各個設(shè)備還必須實現(xiàn)電氣機旁啟動與PLC控制隔離；系統(tǒng)的設(shè)備連鎖在燒結(jié)機檢修或特定情況下可以解除，以實現(xiàn)單個設(shè)備的啟停靈活控制?，F(xiàn)場數(shù)字量I/O選型有：

①數(shù)字量 I/O輸入模板140 DAI75300，230 VAC，32點模板

②數(shù)字量 I/O輸出模板140 DAO85300，230 VAC，32點模板

③固態(tài)繼電器 (2A and 5 A)輸出模板140 DRA84000

2.3.2 儀表控制方案

針對不同的模擬量輸入信號和不同參數(shù)，工程技術(shù)人員分別編制工程量轉(zhuǎn)換、偏差、上下限報警等各種信號處理的DFB，在控制程序中可直接調(diào)用這些功能塊。仍以原料配混系統(tǒng)為例，CRT顯示器上要顯示各個設(shè)備的控制過程狀態(tài)（包括溫度、流量、速度、壓力、各類原料的物化性能等），以供操作人員控制生產(chǎn)過程用。具體內(nèi)容如下。

①各種與料廠有關(guān)的料倉貯存量、物料品種、名稱。

②原料、溶劑和燃料的水份含量。

③原料、溶劑、返礦和燃料的總配重、配比。

④原料、溶劑、返礦和燃料具有設(shè)定倉的實時重量或流量信號。

⑤配料倉、混料倉、鋪底料倉的料位。

⑥混和料水份含量的實測值和水份控制。實現(xiàn)了混合料礦槽料位測量及上下限料位報警，煤氣流量、空氣流量的累計及瞬時顯示，煤氣與空氣壓力測量，低壓煤氣切斷，負壓測量與顯示，燒結(jié)料層厚度檢測。實現(xiàn)了主抽風(fēng)機入口流量檢測，進口廢氣負壓、溫度測量，高壓電動機的軸承、定子溫度測量及風(fēng)機軸承、溫度、振動的測量及超限報警和停車等。點火爐保溫爐的煤氣空氣溫度串級調(diào)節(jié)、槽變更、空槽檢知處理、料位報警檢知處理及水分率變更等均在操作站上進行相應(yīng)處理?，F(xiàn)場模擬量I/O選型有：

①模擬量輸入模板140 ACI03000，8通道模擬量輸入模板，支持電流或者混合，12-16位精度，300V隔離

②輸出模板140 ACO02000， 8通道電流或4通道電壓、混合，12 位精度

③8 通道熱電偶140 ATI03000

④ RTD輸入模板140 ARI03010

2.4 unity編程和上位監(jiān)控系統(tǒng)ifix

自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個燒結(jié)機生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，實時數(shù)據(jù)的采集與分析，過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報警，過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理，報表打印，畫面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動化及過程計算機控制。Unity3.0的功能強大，具有內(nèi)置PLC &I/O診斷功能、PLC故障圖形化顯示、內(nèi)置應(yīng)用診斷和報警管理、PLC變量的顯示和更改、用戶自定義診斷圖形可實時訪問 PLC數(shù)據(jù)的圖形對象庫、HTML和Java的開放性、Gif格式和Flash的模擬和其他資源的超連接。

為了開發(fā)出理想的監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)人員選擇的監(jiān)控軟件是美國GE公司開發(fā)的ifix4.0。ifix具有美觀的HMI（人機接口界面）和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，能夠高效、快捷地配置用戶的應(yīng)用程序。其在穩(wěn)定性，開放性，網(wǎng)絡(luò)功能，數(shù)據(jù)庫功能等方面都具有很大的優(yōu)越性。使用ifix開發(fā)的監(jiān)控畫面包括顯示系統(tǒng)工藝過程的主畫面等監(jiān)控畫面，以及報警、歷史曲線、實時曲線和報表等。

3 結(jié)束語

施耐德公司的Quantum PLC系統(tǒng)自投入應(yīng)用以來，在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通信、采集、處理聯(lián)調(diào)中表現(xiàn)出了十分理想的性能和可靠的維護性，符合設(shè)計之初的要求，運行一直很平穩(wěn)，完全滿足了大型燒結(jié)機的自動化生產(chǎn)要求。做到了節(jié)約能源，降低成本，提高自動控制水平，充分提高經(jīng)濟效益之目的，保證了工藝生產(chǎn)過程穩(wěn)定。為提高宣鋼燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]施耐德電氣Quantum PLC在空氣預(yù)器熱點檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].劉涵,李琦,趙躍,梁炎明.制造業(yè)自動化.2008(10). [2]施耐德Quantum PLC在安鋼360m~2燒結(jié)機自控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].常青海,孫憲偉,陳新民,李瑩,張桂遠.電工技術(shù).2006-12-10.

[3]施耐德Quantum-PLC在自動實物校驗系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].張兄華.中國建設(shè)信息(水工業(yè)市場). 2007(12).

The application of Quantum PLC in the Schneider River steel in 360M2 sintering machine

Wang Chunhua
(Xuanhua Steel River maintenance company,Zhangjiakou Heibei,075100)

the Quantum PLC system of Schneider Inc and traceability of high production with high flexibility, security, and make the control system in 3 360M2 sintering machine is used, this paper introduces the structure, characteristics and functions of the automatic control system of Quantum PLC, key technology and application of automatic control system in sintering machine.

Quantum PLC; unity; iFIX

王春華，女，漢，中級工程師，本科，研究方向：自動控制系統(tǒng)開發(fā)、檢修、維護工作。