牛曉玲

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710026)

錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用

牛曉玲

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710026)

錳鐵高爐是完成錳、鐵提煉的重要裝置，借由高爐自動上料系統(tǒng)可以有效轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)錳鐵高爐的上料模式，可以針對爐頂、槽下等進(jìn)行控制，使得錳鐵高爐冶煉過程中的上料更加合理有效，符合錳鐵高爐的需求。通過分析錳鐵高爐的上料工藝流程，分析基于PLC的錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)的構(gòu)建，在具體對PLC應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行闡述，旨在為提高上料控制系統(tǒng)的功能性，積極推動錳鐵高爐自動上料的效率和質(zhì)量得到提升，實(shí)現(xiàn)錳鐵企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

錳鐵高爐;制動上料;控制系統(tǒng)

上料系統(tǒng)是錳鐵高爐日常生產(chǎn)中的重要組成部分，主要完成供料準(zhǔn)備、篩分和運(yùn)送等工作。其中篩分部分主要是對錳鐵高爐所需求的錳鐵礦料進(jìn)行篩分，將適宜的部分通過運(yùn)送部分送到高爐，完成錳鐵的煉制。錳鐵高爐制動上料控制系統(tǒng)借助PLC的應(yīng)用，可以有效完成對上料系統(tǒng)的控制，完成對上料操作參數(shù)、爐頂料灌的均壓和裝料設(shè)備溫度等內(nèi)容的控制［1］，并實(shí)現(xiàn)對上料系統(tǒng)設(shè)備的操作和監(jiān)視，促使錳鐵高爐自動上料系統(tǒng)的功能性可以得到發(fā)揮，積極推動錳鐵高爐使用效率和安全，積極推動錳鐵企業(yè)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品品質(zhì)提升，增加企業(yè)的市場份額。

1 錳鐵高爐上料系統(tǒng)的工藝流程

錳鐵高爐上料系統(tǒng)主要是從槽下供料到爐頂?shù)脑O(shè)備，并將物料裝入到錳鐵高爐內(nèi)的設(shè)備，是推動錳鐵高爐穩(wěn)定生產(chǎn)的重要部分。借由高爐上料系統(tǒng)可以完成對物料的配料，并按照一定的順序，將這些部分裝入到高爐內(nèi)容。

借由錳鐵高爐自動上料系統(tǒng)，可以有效的提升配料的合理度，并完成對爐料的均勻度控制，促使?fàn)t料可以更為有效的與熱煤氣流接觸，保障高爐內(nèi)部的整體的處于適宜的狀態(tài)。高爐制動上料控制系統(tǒng)主要是由稱量自動化控制系統(tǒng)、卷揚(yáng)和爐頂自動化系統(tǒng)這幾部分構(gòu)成［2］。

焦炭部分控制的具體過程，對自動選倉的周期進(jìn)行設(shè)定。完成后在具備上料的前提下，由振動篩完成對焦炭的篩分，待達(dá)到設(shè)定的重量值時，停止受料，延時稱量，并等待放療。對于礦石部分的，在具備錳鐵礦料上料的條件下，打開振動篩，將錳鐵礦料的卸入到都稱量漏斗中，待重量達(dá)到設(shè)定值后，停止振動篩作業(yè)，完成稱重，等待放料完后。打開漏斗閘門，借由皮帶將礦料裝入到礦石坑斗中。坑斗閘門關(guān)到位后，準(zhǔn)備好高爐的狀態(tài)，啟動運(yùn)料車，料車按照具體的錳鐵生產(chǎn)需求，由卷揚(yáng)部分，將料車運(yùn)送到爐頂，經(jīng)過爐頂?shù)氖芰隙烽y，上密封閥等部分，直接經(jīng)過布料槽物料均勻的展布到錳鐵高爐內(nèi)部［3］。

借由錳鐵高爐上料系統(tǒng)可以有效的完成對高爐物料的控制，對提升錳鐵高爐的質(zhì)量和熱效率具有直接影響，進(jìn)而推動錳鐵高爐生產(chǎn)行業(yè)的錳鐵生產(chǎn)質(zhì)量，推動錳鐵高爐企業(yè)的市場份額增加，實(shí)現(xiàn)錳鐵企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

2 基于PLC的錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)

錳鐵高爐的制動上料系統(tǒng)需要的在高溫和高壓的環(huán)境下作業(yè)，系統(tǒng)需要具備準(zhǔn)確與可靠的能力，如果信號的傳遞不夠準(zhǔn)確，就可能會引起錳鐵高爐的運(yùn)行質(zhì)量受到影響，會給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。為此，系統(tǒng)需要重視對精度和準(zhǔn)確性的控制，滿足錳鐵高爐的基本需求。

2．1硬件部分模塊

為了完成基于PLC的錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)，需要合理的完成對硬件部分的構(gòu)建，主要采用的硬件有PLC控制器、CPU、槽架、現(xiàn)場總線接口網(wǎng)卡、電纜、遠(yuǎn)程I/O、電源系統(tǒng)等［4］。具體的模塊有電源模塊、輸入、輸出模塊和接收模塊等內(nèi)容。

1)發(fā)送和接收模塊主要是完成兩個槽架之間的連接，進(jìn)而完成信息的傳遞。

2)開關(guān)量輸入模塊，這部分是開關(guān)量輸入信號的采集，完成對料斗、料車等到位信號的采集。

3)開關(guān)量輸出模塊。是對系中的開關(guān)量的輸出信號進(jìn)行控制，完成對料斗開放與關(guān)閉，且能夠完成探尺的開關(guān)控制。

為了完成對的錳鐵高爐自動上料系統(tǒng)的有效構(gòu)建，需要合理的對PLC進(jìn)行應(yīng)用，保障系統(tǒng)的功能性和準(zhǔn)確性。

2．2軟件部分

結(jié)合STEP7和組態(tài)軟件，可以完成對錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)的監(jiān)控，且監(jiān)控具有實(shí)時性和準(zhǔn)確性，保障控制系統(tǒng)的整體性能，推動錳鐵高爐的運(yùn)行安全［5］。

2．2．1控制軟件

控制軟件有效的將各個功能模塊串聯(lián)起來，其中針對開關(guān)量的輸入、輸出控制，主要采用STEP7中的控制模塊完成。

1)上位工控機(jī)，這部分，可以有效的對錳鐵高爐上料的整個工藝流程進(jìn)行展示，能夠交替的對流程進(jìn)行展示，確保錳鐵高爐上料的穩(wěn)定性。另外，這部分，還可以對配料的稱重、名稱和標(biāo)定參數(shù)、裝料制度等的輸入，促使整個上料系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)方式執(zhí)行。上位工控機(jī)可以對錳鐵高爐內(nèi)的所有物料參數(shù)進(jìn)行記錄，并對其進(jìn)行保存，為錳鐵高爐的維護(hù)和保養(yǎng)提供基礎(chǔ)。

2)CPUS－315－2DP單元，完成對系統(tǒng)中的重要信號的采集、計(jì)算和控制，從而實(shí)現(xiàn)對錳鐵高爐自動上料系統(tǒng)邏輯控制和自動配料，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制性。

3)模擬量輸入單元，通過對模擬信號的處理，將電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)變?yōu)镻C可以識別的數(shù)據(jù)信號，完成補(bǔ)償增益功能、平均值功能等。有效的完成對爐頂溫度、熱風(fēng)溫度和爐頂壓力等信號。

3)開關(guān)量輸入、輸出單元，開關(guān)量輸出單元是完成對多個閘門開關(guān)信號的采集，是構(gòu)成開關(guān)量輸入模塊的基礎(chǔ)。開關(guān)量輸出單元，主要完成對相關(guān)開關(guān)的控制，使得系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)運(yùn)行，保障系統(tǒng)安全性和規(guī)范性。

2．2．2監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件主要是對整個錳鐵高爐自動上料系統(tǒng)的監(jiān)控，借由監(jiān)控系統(tǒng)獲取的畫面和數(shù)據(jù)，可以有效完成對制動上料控制系統(tǒng)的監(jiān)控，且當(dāng)出現(xiàn)異常情況，借由監(jiān)控軟件，可以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，避免安全問題。

1)上料控制與監(jiān)控畫面，具體的控制可以有全自動和手動兩，可以在必要時，手動完成對上料停止。

2)料單設(shè)定畫面，這一部分主要是為了迎合錳鐵高爐和錳鐵冶煉的基本需求，可以根據(jù)具體需求，完成對料單的設(shè)定，使得錳鐵高爐能夠獲取改變后的料單，提升錳鐵高爐的效率和安全系數(shù)。

3)稱量情況畫面，主要完成對稱量斗的監(jiān)控，借由稱量情況畫面，可以對物料的料單、測定值和重量值等進(jìn)行顯示，保障相關(guān)技術(shù)人員可以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參數(shù)，保障錳鐵高爐運(yùn)轉(zhuǎn)的有效性和安全性。而且，結(jié)合稱量情況畫面，可以通過修改具體的某一個值，使得稱量結(jié)果更為準(zhǔn)確。

4)測試畫面，是在控制系統(tǒng)尚未進(jìn)入工作狀態(tài)前，對控制系統(tǒng)的完整性和功能性進(jìn)行測試，是轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)人工測試的有效途徑，推動保障錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)有效性的基礎(chǔ)。

5)前自動控制網(wǎng)絡(luò)，借由物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等內(nèi)容，切實(shí)將錳鐵高爐的所有儀表設(shè)備進(jìn)行連接，完成對儀表顯示數(shù)據(jù)的采集，并切實(shí)將儀表的數(shù)據(jù)傳遞到工控機(jī)上，并完成對數(shù)據(jù)的顯示，結(jié)合數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的存儲，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)查詢和應(yīng)用，進(jìn)而對整個錳鐵高爐的穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)。

3 PLC程序控制在自動上料控制系統(tǒng)的應(yīng)用

錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)中，主要是完成對給料控制功能、誤差補(bǔ)償功能、上料控制功能等。故此，需要完成對這些功能的具體設(shè)計(jì)。借由PLC的應(yīng)用，可以使得這些功能的實(shí)現(xiàn)。

3．1給料控制

給料控制是錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)的重要控制內(nèi)容，其中是對振動給料機(jī)進(jìn)行控制，振動給料機(jī)通過振動，將物料送入稱量料斗中［6］。借由PLC的應(yīng)用，能完成對料斗稱重的分析，判斷其是否達(dá)到標(biāo)稱值。如果沒能達(dá)到標(biāo)稱值，則由繼續(xù)給料，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。待達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，則自動展開下一批物料的給料。

3．2誤差補(bǔ)償

1)料批重量誤差補(bǔ)償，錳鐵高爐物料的顆粒度是不均勻，及其容易導(dǎo)致稱量料斗的出現(xiàn)粘料的情況，這類情況的產(chǎn)生就可能會導(dǎo)致稱量料斗的稱量結(jié)果存在誤差，使得物料的配料效果不夠理想，影響錳鐵高爐的安全性和功能性。PLC通過計(jì)算，可以在下批物料上料過程中，完成對設(shè)定值的補(bǔ)償，達(dá)到減少誤差的效果。其中具體的補(bǔ)償方式為［7］:

按照上述公式，PLC可以有效的完成對料批重量的誤差補(bǔ)償，保障上料的有效性，確保錳鐵高爐的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

2)過沖量補(bǔ)正，振動給料機(jī)將物料送入到稱量料斗這一過程中，物料可能會受到振動機(jī)料機(jī)給予的一定動能，這部分動能就會引起過沖量的產(chǎn)生，過沖量可能會引起稱量料斗的稱量結(jié)果受到影響，影響錳鐵高爐生產(chǎn)。

故此，可以借由PLC可以完成對過沖量的修正，減少過沖量對稱量料斗的干擾，使得稱量料斗中物料的實(shí)際值與設(shè)定值接近。其中具體的修正方式如下公式(2)所示。

其中WABn代表修正過的過沖量值，借由上述公式可以合理的對過沖量的控制，進(jìn)而可以保障稱量料斗的實(shí)際滿值與設(shè)定相接近，進(jìn)而保障配料的精確度，保障錳鐵高爐生產(chǎn)的有效性。

3．3上料控制

結(jié)合裝料制度的基本需求，PLC根據(jù)設(shè)定的基本數(shù)值和順序，完成對上料批次的控制，進(jìn)而有效的保障上料的有效性。在上料完成后，對料批數(shù)加1，并重復(fù)上述上料方式，進(jìn)而保障上料的效果。

3．4布料控制

PLC在布料控制中的應(yīng)用，可以分為手動控制和自動控制兩種模式，其中自動控制是建立在時間控制的基礎(chǔ)上，按照每一環(huán)節(jié)的停留時間，對PLC控制器進(jìn)行設(shè)定，促使PLC控制溜槽，完成布料控制，對提升布料的效果具有積極的推動作用。

3．5報(bào)警功能

借由PLC的應(yīng)用，錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)結(jié)合監(jiān)控信息，可以完成對設(shè)備故障的報(bào)警，且由于系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)存儲功能，可以有效的將具體的故障時間和故障點(diǎn)進(jìn)行展示，使得相關(guān)維護(hù)人員可以采取適宜的維護(hù)策略，完成對上料控制系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)，推動自動上料控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。另外，還能完成對錳鐵高爐本體的所有的檢測參數(shù)的存儲，借由數(shù)據(jù)庫，能夠完成對數(shù)據(jù)的歸檔，相關(guān)人員通過系統(tǒng)能夠完成對信息的查詢，完成對上料的匯總統(tǒng)計(jì)。

4 結(jié)語

錳鐵高爐是錳鐵企業(yè)的重要組成部分，主要是完成對錳鐵的生產(chǎn)、提煉的重要場所。為了提升錳鐵高爐上料的有效性和準(zhǔn)確性，通過構(gòu)建自動上料控制系統(tǒng)，可以完成對上料的控制。其中具體的自動上料控制系統(tǒng)的構(gòu)建，可以將PLC進(jìn)行有效應(yīng)用，借由PLC能夠有效的完成對上料控制、布料控制、給料控制和誤差補(bǔ)償，從而使得高爐自動上料控制系統(tǒng)的控制水平和整體精度得到全面提升，并借由監(jiān)控系統(tǒng)，完成對系統(tǒng)故障的分析，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，保障錳鐵高爐的自動上料系統(tǒng)的有效應(yīng)用，進(jìn)而積極推動錳鐵企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)錳鐵企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

［1］陳宏．淺析PLC在錳鐵高爐自動上料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．科技資訊，2012(13):34－35．

［2］王迪，趙東輝．淺談長鋼富庶公司錳鐵高爐電氣自動化系統(tǒng)［J］．科學(xué)之友，2010(17):2－3．

［3］閆金科，董軍強(qiáng)，王戈靜．PLC在高爐自動配料上料系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．自動化與儀器儀表，2016(7):44－45．

［4］李斌．高爐自動上料系統(tǒng)［D］．南昌:南昌大學(xué)，2013．

［5］蘇海東．基于PLC的高爐上料控制系統(tǒng)研究［J］．機(jī)械管理開發(fā)，2013(1):51－52．

［6］沈燦鋼，王愛國．煉鐵高爐上料自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．機(jī)電技術(shù)，2013(2):37－39．

［7］樊建國．西門子PLC在高爐上料自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．現(xiàn)代制造，2015(24):49．

PLC Application in Automatic Feeding Control System of Ferromanganese Blast Furnaces

NIU Xiaoling
(College of Xi’an Railway Vocational and Technical，Xi’an，Shanxi 710026，China)

Ferromanganese blast furnace is an important device to complete extraction of manganese and iron．In automatic feeding system，it can effectively change the traditional ferromanganese blast furnace feeding mode．The smelting ferromanganese blast furnace in the process of feeding is more reasonable and effective in accordance with the requirements of ferromanganese blast furnace．Through the analysis of ferromanganese blast furnace charging process flow，we know the construction of automatic feeding control system of PLC ferromanganese blast furnace should be based on the specific application of PLC to realize the function to improve the feeding function of the control system．It can actively promote the efficiency and quality of ferromanganese blast furnace in automatic feeding with sustainable and healthy development implementation of ferromanganese enterprises．

Ferromanganese blast furnace;Brake materials;Control system

TP273

B

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．047

2017－01－10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71573113)

牛曉玲(1978－)，女，陜西寶雞人，講師，研究方向:機(jī)電一體化研究，手機(jī):13572551817，E-mail:912242486@ qq．com．