李思遠(yuǎn)

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

在高爐的日常生產(chǎn)過程當(dāng)中，最重要的一個(gè)部分就是上料系統(tǒng)，主要是對(duì)供料的補(bǔ)充，篩分以及運(yùn)送等工作。而篩選部分當(dāng)中，最主要的就是對(duì)高爐需要的礦料做出篩選，將合適的部分通過運(yùn)送送到高爐中進(jìn)行煉制。使用單片機(jī)可以改變高爐料單相關(guān)物料參數(shù)設(shè)定，有效數(shù)據(jù)能夠清晰顯示出來。

1 工藝流程

圖1 高爐上料系統(tǒng)示意圖

高爐冶煉工藝流程中將預(yù)先準(zhǔn)備好的物料，投放到設(shè)備中，高爐上料機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示：概括來講，高爐自動(dòng)化上料系統(tǒng)包括了燒結(jié)礦倉(cāng)、球團(tuán)礦倉(cāng)構(gòu)成，這兩個(gè)部分通過振動(dòng)作用經(jīng)過雜礦倉(cāng)的給料機(jī)之后，按照事先所配備好的料單，比如說焦炭和燒結(jié)礦等物料送入道稱量的料斗中，然后再進(jìn)行放料，通過傳送皮帶，將這些物料全部送到稱量漏斗中。除此之外，焦炭倉(cāng)的下面都有一臺(tái)振動(dòng)篩，但是中間沒有放置稱量漏斗，它是通過振動(dòng)篩的輔助作用，送到專門設(shè)置的焦炭稱量漏斗之中。大多數(shù)的情況下，地坑一個(gè)有四個(gè)稱量斗，分別是左右兩個(gè)礦焦。等到物料到達(dá)之后，空頭就會(huì)將物料放入倒料車，物料裝滿之后就會(huì)啟動(dòng)。兩臺(tái)料車分別按照相關(guān)的生產(chǎn)要求進(jìn)行槽下物料運(yùn)輸，最終通過料車卷?yè)P(yáng)機(jī)將不同的物料上升到高爐的頂部，在將所有的物料一一分布到不同的爐內(nèi)。

2 高爐自動(dòng)上料系統(tǒng)的PLC的組成

2.1 自動(dòng)化控制的硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)上文提到的高爐上料工藝流程，將國(guó)內(nèi)和國(guó)外的大型鋼廠使用的高爐自動(dòng)上料系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比研究。在單片機(jī)控制下對(duì)高爐自動(dòng)上料系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，對(duì)上料系統(tǒng)的硬件設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。450m3高爐基礎(chǔ)自動(dòng)上料系統(tǒng)可導(dǎo)入13 個(gè)模擬量、72 個(gè)數(shù)字、115 個(gè)數(shù)字量傳出。要使得自動(dòng)化控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)能夠滿足使用要求，主機(jī)架被單片機(jī)所控制，采用西門子Wincc 組態(tài)監(jiān)視軟件和S7－300 卡件控制上料進(jìn)程。

單片機(jī)可以對(duì)中央機(jī)架進(jìn)行有效控制。礦石漏斗是高爐供料系統(tǒng)一個(gè)重要部分，有專屬的稱重設(shè)備稱量焦炭坑斗和坑斗中物料重量，同時(shí)可以及時(shí)將數(shù)據(jù)傳送出去。而高爐上料工作過程中供電裝置和設(shè)備的變頻設(shè)置可以輔助完成上料，電機(jī)主動(dòng)軸可加設(shè)一個(gè)測(cè)速裝置，旋轉(zhuǎn)編碼器以及能夠進(jìn)行發(fā)出指令的控制臺(tái)。爐鼎內(nèi)的物料裝置利用了變頻器做出操作，而對(duì)于單環(huán)以及多環(huán)的物料供應(yīng)，大多數(shù)都是通過PLC 系統(tǒng)來進(jìn)行完成。通過PLC 進(jìn)行控制的硬件系統(tǒng)是現(xiàn)在最常見的，而且它能夠滿足高爐自動(dòng)化操控系統(tǒng)以及運(yùn)行的全部條件，是當(dāng)前應(yīng)用的最多的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

2.2 軟件部分

2.2.1 控制軟件

（1）上位工控機(jī)。在這一部分，它能夠?qū)Ω郀t上料的全部過程很好地進(jìn)行展示，不僅能夠交替性的對(duì)流程做出記錄，還能夠保證高爐上料過程中的穩(wěn)定。除此之外，它還能夠?qū)ε淞系姆Q重名稱以及標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)等進(jìn)行輸入，確保整個(gè)上料系統(tǒng)能夠按照相關(guān)的設(shè)計(jì)方式來進(jìn)行執(zhí)行。上位工控機(jī)可以對(duì)高爐之中的所有參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，而且還能夠做好保存，為后續(xù)高爐的持續(xù)維護(hù)和保養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

（2）CPUS－315－2DP 單元，它能夠?qū)ο到y(tǒng)中發(fā)出重要的信號(hào)做出采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算和控制，從而實(shí)現(xiàn)高爐進(jìn)行自動(dòng)上料的自動(dòng)控制，讓系統(tǒng)有一個(gè)很好的操作性。

（3）模擬量輸入單元，通過將模擬信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)處理后，將電流轉(zhuǎn)變成為二進(jìn)制的詳細(xì)數(shù)據(jù)，能夠讓相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別的一種數(shù)據(jù)線，將不存在的功能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?，這樣可以將爐頂?shù)臏囟?，熱風(fēng)溫度以及爐頂具備的壓力形成信號(hào)發(fā)出。

（4）對(duì)開關(guān)量的輸入輸出單元。能夠完成對(duì)開關(guān)信號(hào)的收集，為開關(guān)量的輸入模塊奠定了基礎(chǔ)。可以控制高爐上料系統(tǒng)所有開關(guān)，保證系統(tǒng)能夠持續(xù)良好運(yùn)行，確保了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2.2.2 監(jiān)控軟件

（1）上料的控制和監(jiān)控畫面都需要進(jìn)行全自動(dòng)以及手動(dòng)兩種模式，這樣可以在需要的時(shí)候，進(jìn)修手動(dòng)操控，將上料過程進(jìn)行停止。

（2）監(jiān)控軟件中加設(shè)一項(xiàng)料單選項(xiàng)，目的是為了達(dá)到礦物冶煉的實(shí)際需求，依照現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)情況，設(shè)定符合標(biāo)準(zhǔn)的料單，冶煉高爐有足夠料單后，高爐自動(dòng)上料系統(tǒng)運(yùn)行能夠達(dá)到較高的安全等級(jí)。

（3）稱量情況畫面，主要是在稱量的全部過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過各種基本狀況的畫面，可以對(duì)物料的料單以及各種數(shù)值的確定做出顯示，讓相關(guān)的技術(shù)人員能夠獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參數(shù)，同時(shí)，保障高爐運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的有效性和安全性。除此之外，通過對(duì)稱量情況的畫面顯示，能夠?qū)⒕唧w的數(shù)值進(jìn)行修改，保證稱量的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

（4）測(cè)試畫面，主要是在控制系統(tǒng)還沒有完全進(jìn)入工作狀態(tài)之前，對(duì)系統(tǒng)的完整性和功能性做出測(cè)試，這是將過去人工測(cè)試的應(yīng)用完全取代的一個(gè)途徑，能夠讓高爐自動(dòng)上料控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中得到更好的保障。

（5）自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)，傳感器等內(nèi)容的查驗(yàn)，將高爐中所有用到的儀表設(shè)備做出連接，保證儀表中顯示的數(shù)據(jù)能夠很好地做出采集，并且將數(shù)據(jù)完整地傳到工控機(jī)上，相關(guān)的數(shù)據(jù)要在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中進(jìn)行存儲(chǔ)，確保以后需要查詢時(shí)能夠更加方便，從而也為高爐穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)做出一個(gè)保障。

3 高爐自動(dòng)上料系統(tǒng)的PLC的具體設(shè)計(jì)

3.1 稱量控制

（1）礦石稱量斗。在收到排尿的指令之后，礦石稱量斗就會(huì)根據(jù)指令自動(dòng)打開匣門，并且將物料排出。再撐兩支，沒有達(dá)到控制值的5%時(shí)，相關(guān)的系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)已經(jīng)監(jiān)測(cè)到的信息做出料空的信號(hào)，同時(shí)關(guān)閉閥門。對(duì)應(yīng)要做的就是料機(jī)和振動(dòng)篩選就會(huì)運(yùn)行，直到稱量的數(shù)值再次達(dá)到即定控制數(shù)值為止。同樣的，如果稱量的值超過了控制值的10%，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警的信號(hào)。與此同時(shí)，給料機(jī)和振動(dòng)篩在啟動(dòng)的五秒之后，沒有傳出斗滿的信號(hào)，那么就出現(xiàn)了卡料問題。當(dāng)然，這樣的情況也會(huì)產(chǎn)生警報(bào)，讓相關(guān)的管控人員進(jìn)行問題處理。

（2）中間稱量斗。其在高爐當(dāng)中運(yùn)行的控制方法有以下的幾種運(yùn)料形式：①燒結(jié)礦振動(dòng)篩進(jìn)行供料。如果中間的稱量斗有顯示是空的信號(hào)，閘門就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉，在系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)置完成之后，會(huì)下達(dá)出燒結(jié)篩運(yùn)轉(zhuǎn)的指令，稱量值完全達(dá)到即定控制值之后，燒結(jié)篩就會(huì)停止運(yùn)行。同樣的，如果稱量值超過了控制值的10%，同樣系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生警報(bào)。如果依然在振動(dòng)篩啟動(dòng)的五秒之內(nèi)，會(huì)發(fā)出斗滿的信號(hào)，就說明出現(xiàn)了卡料問題，依然會(huì)給相關(guān)的管控人員發(fā)出警告。②皮帶機(jī)供料。中間稱量斗的信號(hào)，如果是空，閘門和朝下翻板就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行關(guān)閉和翻整，然后會(huì)對(duì)皮帶進(jìn)行運(yùn)行指令下達(dá)，直到稱量斗完全裝滿為止，這時(shí)皮帶機(jī)就會(huì)收到控制系統(tǒng)的停止信號(hào)。③將振動(dòng)篩和皮帶機(jī)聯(lián)合進(jìn)行應(yīng)用來提供物料。具體的控制運(yùn)作流程和上面的兩個(gè)供料方式是同樣的。

（3）焦炭稱量。焦炭稱量和中間稱量斗的工作流程是完全相同的。只不過中間稱量斗換為了焦炭稱量斗，其他的工作流程以及相關(guān)的數(shù)值表達(dá)是同樣的，并沒有什么變化。但值得注意的是，只要出現(xiàn)了卡料狀況，就需要及時(shí)的發(fā)出警報(bào)告訴相關(guān)工作人員進(jìn)行及時(shí)的處理。

3.2 卷?yè)P(yáng)機(jī)爐頂自動(dòng)化

卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作負(fù)荷較大，通常都是多臺(tái)電機(jī)來對(duì)它進(jìn)行帶動(dòng)工作，卷?yè)P(yáng)機(jī)還要通過它給料的順序來進(jìn)行自動(dòng)化的控制；在進(jìn)行設(shè)備安全的保證工作時(shí)，還要加強(qiáng)聯(lián)鎖控制，當(dāng)料車到坑底時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過自身的檢測(cè)來發(fā)出信號(hào)告知，再然后就會(huì)根據(jù)流程來選倉(cāng)，這時(shí)，閘門是開啟的，到閘門關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)按照收到的信息自動(dòng)下達(dá)指令，物料運(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中，首車物料在到達(dá)密封閥的時(shí)候，就需要對(duì)它的密封狀況進(jìn)行詳細(xì)的檢查，確定滿足相關(guān)的要求規(guī)定之后才允許按照指令繼續(xù)前行，否則就需要做出詳細(xì)的調(diào)整和問題處理。所有物料填滿，并且達(dá)到了相關(guān)的預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)之后，要將泄壓工作進(jìn)行提前準(zhǔn)備，整個(gè)裝調(diào)工作結(jié)束之后，就可以將所有相關(guān)的閥門進(jìn)行關(guān)閉。

3.3 上料監(jiān)控

在進(jìn)行高爐上料PLC.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過程中，要加強(qiáng)對(duì)這個(gè)上料過程的監(jiān)督和管理，要時(shí)刻對(duì)物料和設(shè)備等進(jìn)行檢測(cè)，避免發(fā)生質(zhì)量問題，要通過對(duì)既定參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，要加強(qiáng)對(duì)上料過程的關(guān)注，要善于發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)解決，例如，要注意焦炭稱量值、皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行、料倉(cāng)出料和存料等情況，確保整個(gè)上料過程能夠順利進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在單片機(jī)控制下高爐自動(dòng)上料系統(tǒng)能夠達(dá)到冶煉廠的上料需求，根據(jù)訂單要求，系統(tǒng)增加了定制功能。因高爐建成的時(shí)間有所差異，上料自動(dòng)控制系統(tǒng)在功能上和設(shè)計(jì)理念上需要不斷更新。在冶煉廠實(shí)際生產(chǎn)過程中不斷進(jìn)行探索，持續(xù)完善上料系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，為首鋼高爐生產(chǎn)提供有利保障。