PLC在硅锰电炉配料系统中的应用

姚军

（中信锦州金属股份有限公司，辽宁 锦州 121005）

1 概述

电炉铁合金作为一种高耗能产品，在原料和电炉设备等条件一定的情况下，要想降低消耗，获得良好的经济技术指标，就必须提高配料的准确度。而目前在国内铁合金电炉中，原料配料系统各不相同，大致可分为三大类:

1.1 完全采用人工操作，用磅秤称重

这种配料方式，它是由操作工的责任心不同决定配料的准确度。一般误差较大，现在很少应用。

1.2 采用手动操作，继电器逻辑控制，用磅秤称重

这种方式虽较前者进步许多，但控制系统存在许多缺点。如:配料准确度低，由于继电器控制，在称量过程中放料的冲量大，从而导致冲量误差；可靠性差，由于控制系统全部由继电器硬件连接而成，体积大，接线复杂，故障点多且查找困难，设备庞杂维修量大；适应性差，由于硬件连接而成，不能随生产工艺的变化而变更。

1.3 目前国能外一致推崇的微机配料系统

该系统配料准确度高，整个过程能实现自动控制。既可确保配料的准确度和使用的可靠性，提高产量，又可降低原材料费用及运行的维修成本。我们本着实用可靠、因地制宜、节省投资的原则，对我公司12500KVA硅锰电炉原料系统进行了改造，采用日本三菱公司生产的FX2N-64MR可编程序控制器（Programmable controller以下简称PLC）等设备实现配料系统的自动化。该套系统改造仅投资约9万元，大大节省了改造费用和运行费用，提高了配料的准确度，提高了硅锰产品的质量。

2 配料系统工艺

12500KVA电炉用于硅锰合金的冶炼，所需原料有八个品种，分别放入原料间的八个大的料仓中，每个料仓下面有一个震动给料器，配料时震动给料器震动，料由储料仓的下口流入计料斗中，拉力传感器安装在计料斗外，对计料斗中的料进行称量，当达到预置振料量时，震料器停振，同时运料皮带运转，液力推动器将计料斗的下门打开将料放入皮带上，由皮带将料运至爬斗小车上，过30秒后计料斗的下门关闭，之后在短时间内再打开一次关闭一次，以便将料放尽。一皮带运行一定时间后，料全部运入爬斗小车，皮带停止运转，爬斗小车由电动机牵引钢丝绳沿轨道将料上运至炉顶料仓，爬斗小车自动倾放料，之后爬斗小车下行准备下一次运料，这就完成了一次配料过程，如此循环操作。

3 自动配料系统

可编程序控制器是一种集计算机、自动化、通讯技术于一身的工业控制微机。目前已被工业生产广泛应用。其主要特点：①程序编制简单，可用电气技术人员熟悉的梯形图编辑，也可用语句表和逻辑流程图等高级语言编辑。②功能强，可实现90多种功能，适用各种工业现场的控制，且安装调试简便。③抗干扰性能力强，可安装在现场，不受专业机房的限制。④适应性强，对安装环境要求不高，对粉尘、温度等都无严格限制。

3.1 配料系统的硬件配置：主机采用日本三菱公司生产的FX2N-64MR可编程序控制器。输入和输出共64点，可实现四则运算、逻辑运算、比较、数据处理、计数、速度检测和脉冲输出等功能。并可连接多种特殊功能模块，能满足各种工艺现场要求。

3.2 配料、上料自动化过程

说明：本图只列出一个料仓的信号传递过程，其它于此相同，不在赘述。

首先从配料开始，随着震动给料器震动，料由储料仓的下口流入计料斗中，拉力传感器对计料斗中的料进行称量，产生的毫伏信号送入隔离变送器中，转换为4～20mA标准信号，再由A/D转换模块转换为PLC可识别的数字信号传入PLC中，PLC中的CPU进行数据处理，当达到预置振料量时，PLC发出指令，震料器停振，之后，PLC发出指令，计料斗的下门打开将料放入皮带上，过30秒后PLC再次发出指令，计料斗的下门关闭，之后再打开一次关闭一次，以便将料放尽。于此同时，PLC发出指令，皮带电机在PLC的控制下带动皮带运转，由皮带将料运至爬斗小车上。一定时间后，料全部运入爬斗小车，皮带停止运转，之后PLC控制爬斗小车将料上运至炉顶料仓，爬斗小车自动倾放料，之后下行后准备下一次运料，这就完成了一次自动配料过程，如此循环操作。此过程除执行元件之外，控制过程全部在PLC内部实现，操作人员只需启动开始和停止按钮及故障停车按钮，在控制室内可直接检测配料情况，从而实现配料系统的自动化。

3.3 配料过程自动补偿的实现

此次改造，最大的益处在于实现了配料量的自动补偿。采用A/D转换实现模拟量控制，根据上一次配料量的多少，在下一次配料中进行补偿。这一过程在PLC内部处理完成。实现了配料的完全性补偿。具体说明如下：

Y：预定的标准配料量

n：配料批数

Xn：第n次实际配料量

Yn+1：第n+1次预置配料量

则：Xn+1=∑Xn-nY 即前n次实际配料量总和（∑Xn）与n次标准配料量总和（nY）之差为第n次配料量的余出量。

则：Yn+1=Y-Xn+1 依此公式从第一批到最后一批循环处理，即可实现配料的无限次补偿。这就避免了配料的冲量负数，从而达到提高配料准确度的要求。

3.4 爬斗小车上料程序说明

原控制系统爬斗小车运行采用时间继电器、中间继电器、接触器和电阻控制爬斗运行中的加速、减速、运行及停止，上下限通过电气机械开关检测。由于控制系统接线复杂，触点多，加之现场粉尘大，开关各触点经常接触不良，造成事故率高。且继电器及接触器易损坏，维护量大，维修费用高。由于环境粉尘较大，上下限的电气机械开关损坏容易造成小车脱轨，如发生这样的情况需要高空作业更增加维修的难度。在这次改造中，除电气接收原件及执行原件外，控制过程全部在PLC内部处理，并且增加了安放在爬斗轨道和电机滚筒上的电子传感器作为爬斗小车上、下及运行中加、减速的接收原件，解决了粉尘造成的接触不良这一故障难点。

本次改造还采用了DU数据单元，工艺技术人员可实现对配料量等参数进行现场修改。设置数显表及指示灯，利于操作人员对配料等情况进行监控。

4 使用效果

该原料配料系统自2008年投入运行，运行一直平稳正常，大大提高了配料的准确度，误差率仅为1%，满足了电炉生产工艺的要求。且操作方便，以前需五个人完成的工作现在只需一人就可完成，配料的时间也相对缩短，每配一批料仅需两分钟的时间，降低了操作工人的劳动强度及现场粉尘危害。且故障率明显降低，也降低了维修成本和维修工人的劳动强度。

在原材料、用电制度、其它设备和冶炼工艺条件不变的情况下，采用该配料系统由于配料准确度提高，冶炼炉况较好，冶炼时间缩短，节约了大量电能，平均每吨锰铁电耗降低44度电。同时，产品的指标也有很大提高，产品合格率高，产量也有所增加，平均每天增产1.322吨。具有很大的经济效益和社会效益。

[1]谭策衡，汤永宁.24000kVA硅锰电炉的设计及实践[J].铁合金，1992-12-26.

[2]谭策衡，方丽雅，康金林.硅锰电炉自动化上料系统[J].上海金属，1992-04-30.