PLC與變頻器在燒結(jié)配料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
吳元修
(萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東萊蕪271100
摘要：燒結(jié)生產(chǎn)作為高爐煉鐵順利進(jìn)行的前提，在冶金生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用。配料是燒結(jié)的重要工藝環(huán)節(jié)之一。為了達(dá)到降低燒結(jié)礦成本，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，提高配料系統(tǒng)的管理和控制水平很重要簡要闡述了PLC與變頻器在燒結(jié)配料計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了以PLC和變頻囂為王的控制系統(tǒng)的硬件組成、硬件選擇，以及系統(tǒng)主要控制程序。該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性很高，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，較好地改變了配料系統(tǒng)的質(zhì)量控制，取得了滿意的使用效果。
關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TP273 TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1前言
燒結(jié)配料過程的準(zhǔn)確與否決定了燒結(jié)礦的化學(xué)成分是否穩(wěn)定，進(jìn)而直接影響高爐煉鐵的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，尤其是在高爐容積不斷增大，冶煉強(qiáng)度不斷強(qiáng)化，熟料比大幅度增加的情況下，更要求提高各種含鐵原料、熔劑、燃料的配料準(zhǔn)確性。燒結(jié)生產(chǎn)中配料發(fā)生偏差將直接影響到燒結(jié)過程的進(jìn)行和燒結(jié)礦的質(zhì)量，據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，灰石配比產(chǎn)生1％的誤差就會(huì)影響燒結(jié)礦的堿度0.04，燃料配比波動(dòng)1％將會(huì)影響燒結(jié)礦中FeO含量2-3％，進(jìn)而使燒結(jié)礦的還原性及強(qiáng)度都受到影響。又如同定碳含量偏高，不但浪費(fèi)燃料而且還會(huì)使FeO增高；固定碳含量偏低，燒結(jié)過程熱量不足。生產(chǎn)實(shí)踐指出，混合料的固定碳由4％升至5％時(shí)，脫硫率相應(yīng)地從90.5％多降至88.3％，同時(shí)燒結(jié)礦的FeO也跟著上升。特別是燒結(jié)高硫礦粉時(shí)，同定碳、堿度的波動(dòng)對(duì)脫硫的影響尤為顯著。因此，實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，確定精確的配料比進(jìn)行配料對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)品質(zhì)量起著關(guān)鍵作用[1]。
2燒結(jié)配料系統(tǒng)的組成
燒結(jié)廠為確保整個(gè)生產(chǎn)線安全可靠的運(yùn)行，一般都配備兩套相同的配料系統(tǒng)，每個(gè)配料系統(tǒng)如圖1所示。
圖1中(1)表示圓盤電機(jī)，轉(zhuǎn)速可調(diào)。(2)表示皮帶秤電機(jī)，前4臺(tái)為定量皮帶秤電機(jī)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，后8臺(tái)為稱量皮帶秤電機(jī)，轉(zhuǎn)速不可調(diào)，H1為集料皮帶。其中01號(hào)、03號(hào)料倉中的原料為石灰石，05號(hào)料倉中的原料為白云石，07號(hào)料倉中的原料為生石灰，09號(hào)料倉中的原料為煤，11號(hào)至19號(hào)料倉中的原料為不同廠家的精礦，21號(hào)料倉中的原料為返礦，23號(hào)料倉中的原料為高爐灰[2]。
配料系統(tǒng)的給料設(shè)備有定量皮帶給料機(jī)和圓盤給料機(jī)兩種．定量皮帶給料機(jī)是通過改變定量皮帶電機(jī)的速度控制物料流量；圓盤給料機(jī)是通過控制網(wǎng)盤電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制物料流量：這兩種給料設(shè)備的控制系統(tǒng)基本相同。其向動(dòng)調(diào)節(jié)原理如圖2所示。
可見，每一配料系統(tǒng)都配有一臺(tái)上位機(jī)和一臺(tái)下位機(jī)，通過數(shù)據(jù)公路DH+彼此相連。上位機(jī)可采用工業(yè)控制機(jī)IPC-610，機(jī)箱內(nèi)插入1784-KT DH+網(wǎng)絡(luò)接口板，同時(shí)接有工程師鍵盤和操作員鍵盤。下位機(jī)具有兩個(gè)DH+和遠(yuǎn)程I／O通訊接口，通過DH+和上位機(jī)進(jìn)行通訊，利用遠(yuǎn)程I／O控制各個(gè)變頻器。各變頻器通過頻率輸出控制各電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制配料過程。
3配料系統(tǒng)電機(jī)控制方式
配料系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式分為聯(lián)鎖方式和單機(jī)方式。實(shí)際生產(chǎn)過程中，整個(gè)系統(tǒng)的電機(jī)均處于聯(lián)鎖運(yùn)行方式。在聯(lián)鎖方式下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)可以順序起動(dòng)、順序停止、同時(shí)起動(dòng)、同時(shí)停止以及單機(jī)起動(dòng)和單機(jī)停止。
順序起動(dòng)是指系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，從最下游設(shè)備開始，逆流程順次延時(shí)起動(dòng)。即先起動(dòng)集料皮帶H1，延時(shí)起動(dòng)23號(hào)料槽的給料設(shè)備，然后再延時(shí)起動(dòng)21號(hào)給料設(shè)備，以此類推直至完成0號(hào)給料設(shè)備的起動(dòng)。需指出的是在起動(dòng)09號(hào)至23號(hào)圓盤給料機(jī)時(shí)，要先起動(dòng)稱量皮帶電機(jī)，延時(shí)后再起動(dòng)圓盤電機(jī)。
在集中控制室內(nèi)的儀表具有各給料機(jī)和稱重皮帶機(jī)聯(lián)鎖控制功能，所有自動(dòng)定量給料設(shè)備，都可以在控制室內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和集中操作控制。其中圓盤電機(jī)的控制電路如圖4所示。
圖4中0s為空氣開關(guān)，ZJ為交流接觸器，SD為手動(dòng)／自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，MI為交流電機(jī)，1336和1305為變頻器，1203GMl為通訊模塊。
接觸器吸合控制由PLC發(fā)出命令，同時(shí)接觸器吸合信號(hào)和手動(dòng)／自動(dòng)信號(hào)又送給PLC做為其它控制的控制信號(hào)。對(duì)于定量皮帶電機(jī)和圓盤電機(jī)，其變頻器的工作信號(hào)也將傳給PLC作為其它控制的控制信號(hào)。
4控制系統(tǒng)硬件選擇
在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)硬件選擇需根據(jù)控制對(duì)象而定，其中包括控制對(duì)象的T藝要求、設(shè)備狀況、控制功能、I／O點(diǎn)數(shù)等。
(1)PLC機(jī)型的選擇
控制系統(tǒng)構(gòu)成后，根據(jù)CPU參數(shù)、I／O點(diǎn)數(shù)、響應(yīng)速度和指令系統(tǒng)功能等性能指標(biāo)要求，控制設(shè)備選用PLC-5系列可編程控制器，作為下位機(jī)對(duì)配
料系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。它的CPU模板采用PLC-5／
30，此模板內(nèi)存為32k，具有1024個(gè)I／0點(diǎn)，程序掃描速度為2ms／千字．具有兩個(gè)DH+和遠(yuǎn)程I／0通訊接口。PLC-5／30的這些性能指標(biāo)完全能滿足控制系統(tǒng)的要求。
(2)I／0模板的選擇
本系統(tǒng)使用的I／O模板主要包括數(shù)字量輸入模板、數(shù)字量輸出模板和模擬量輸入模板。
對(duì)于本配料系統(tǒng)，數(shù)字量輸入模板1771IMD，數(shù)字量輸出模板選用】771-OBD，選用1771-IFE作為模擬量輸入模板，各I／O模板都插入下位機(jī)的框架內(nèi)，下位機(jī)以訪問本地I，O的方式訪問各I／O模塊。
5控制程序簡介
編程時(shí)，遵循軟件工程規(guī)范，根據(jù)結(jié)構(gòu)化、模塊化的原則，把功能相對(duì)獨(dú)立的部分編制為一個(gè)子程序，盡量減少子程序之間的聯(lián)系，主程序依據(jù)不同的條件調(diào)用各個(gè)子程序，完成相應(yīng)的功能。下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。
下面簡單介紹主程序與電機(jī)運(yùn)行控制子程序
5.1主程序
主程序完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。編程時(shí)，把功能相對(duì)獨(dú)立的部分編制為一個(gè)子程序，主程序依次調(diào)用各個(gè)子程序來完成其控制功能。主程序流程如圖6所示。
5.2電機(jī)運(yùn)行控制子程序
聯(lián)鎖運(yùn)行方式和單機(jī)運(yùn)行方式都是由上位機(jī)置其命令位，通過調(diào)用下位機(jī)主程序中的不同模塊得以實(shí)現(xiàn)。
以聯(lián)鎖運(yùn)行方式下順序起動(dòng)為例。系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，如有些設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，則起動(dòng)時(shí)間長，所有設(shè)備同時(shí)起動(dòng)的話就可能會(huì)過載。另外，同時(shí)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流比較大，所以要設(shè)延時(shí)計(jì)時(shí)器，從最下游沒備開始，逆流程順次延時(shí)起動(dòng)。
順序起動(dòng)時(shí)，各槽電機(jī)之間有一段延時(shí),對(duì)于圓盤給料系統(tǒng)，起動(dòng)稱量皮帶電機(jī)和起動(dòng)圓盤電機(jī)之間也要延時(shí)一段時(shí)間。起動(dòng)順序如圖7所不。
為了避免各臺(tái)電機(jī)運(yùn)行發(fā)生混亂，頤序起動(dòng)和同時(shí)起動(dòng)加聯(lián)鎖．即順序起動(dòng)和同時(shí)起動(dòng)不同時(shí)有效。且在順序啟動(dòng)和同時(shí)肩動(dòng)各給料設(shè)備前首先驅(qū)動(dòng)電鈴以提醒工作人員注意。
6 結(jié)語
本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行證實(shí)，控制精度及自動(dòng)化水平都有相當(dāng)大的提高，操作簡單直觀，操作環(huán)境大大改觀，維護(hù)量大大降低，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能基本滿足要求
當(dāng)然，該系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)相比還有一定的差距，如果增加料位控制、水分控制、以及原料成分分析處理等功能，將會(huì)構(gòu)成更加完善的控制系統(tǒng)，更好地完成配料過程的自動(dòng)控制，這些都有待于今后的進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
參考文獻(xiàn)：
[1]王光提高混勻礦質(zhì)量的方法[J].鋼鐵，1997，32(增刊)：313-316．
[2]張石等燒結(jié)配料PIC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[j].燒結(jié)球團(tuán)，1997，22(3)：60-62
[3]范曉慧燒結(jié)生產(chǎn)自動(dòng)控制新技術(shù)(上)[J].燒結(jié)球團(tuán)，2002，27(1)：28-35．
[4]張石等．鞍鋼燒結(jié)總廠i燒車間配料系統(tǒng)PLC控制[J]．冶金自動(dòng)化，1995(3)
[5]沈平馬鋼燒結(jié)配料微機(jī)控制系統(tǒng)[J].冶金自動(dòng)化，1996(3)．
作者簡介
吳元修，男，大學(xué)學(xué)歷，碩士學(xué)位，副教授職稱，現(xiàn)任教于山東省萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要從事機(jī)電一體化專業(yè)的教學(xué)與科研工作。主講課程有電路與電工技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用、可編程序控制器原理及應(yīng)用、自動(dòng)控制原理、機(jī)電一體化技術(shù)等．已發(fā)表論文二十余篇。
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