年产60万t矿渣微粉生产控制系统的设计

2014-09-10刘让建

四川水泥 2014年1期

刘让建

（山东鲁碧建材有限公司,山东莱芜 271103）

0 前言

矿渣作为冶金工业的副产品，每年产量巨大，超细矿渣粉具有良好的水化性能，用超细矿渣粉制备水泥，代替水泥制备高性能混凝土，是水泥工业可持续发展的方向。将矿渣单独粉磨成超细微粉，已成为水泥生产的必然和发展趋势。

本文以我公司60万t矿渣微粉项目为背景，结合我公司矿渣微粉的实际生产情况，设计了本自动控制系统。实现了生产效率的提高和产品质量的改善，并且该系统除了具备良好的网络通讯能力外，还具有与其他控制系统通讯的能力和标准的对外通讯接口，从而提高了企业的竞争力。

1 矿渣微粉生产工艺流程

湿矿渣由铲车下料经受料槽下皮带输送机输送入配料站矿渣钢板仓。按照化验室给定的配比，由中控室控制配料后连续喂入立磨内进行烘干、粉磨、选粉等一系列物理变化过程。通过磁铁分离器和金属探测分离器来完成喂料的金属分离过程，分离后的矿渣从它的储存仓中卸出，通过称重喂料机，计量后至皮带喂料机，并提升到喂料口高度喂料。粉磨后的成品微粉由袋式收尘器收集后经空气输送斜槽、提升机等设备输送入矿渣粉库，根据需要矿渣粉可通过库侧、库底散装放料出厂。工艺流程如图1所示。

图1 矿渣微粉生产工艺流程

按照工艺要求对整个生产过程进行分析，确定整个系统需要4-20mA模拟量输入（AI）78点，模拟量输出点（AO）为20点、数字量输入（DI）和数字量输出（DO）分别为330点和126点。其中热电偶，热电阻进入控制柜均转为4～20mA信号。

2 系统整体设计与实现

该控制系统采用Siemens STEP7系列PLC硬件组成基础自动化系统；处理器型号为6ES7416-2XK04-OAB0，上位机采用工控机；采用WINCCV6.0监控软件，Windows XP作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机通讯；控制站与站之间采用Profibus总线进行通讯，控制器与上位机之间采用工业以太网进行通讯。

针对矿渣微粉自身所涉及的辅助系统多、I/O点数庞大的特点，我们利用先进的DP网络技术将各自独立的辅助子系统连接成网。并且结合我公司原有以太网络构成环形以太网，使整个系统功能强大，使用可靠，维护方便。系统总体结构如图2所示。

图2 系统总体结构示意图

2.1 硬件及网络配置

各个远程站通过PROFIBUS总线连接头连在一起，最终连到主站S7-416 CPU上，以进行数据通信。例如，热风炉S7-200与S7-400主站通过总线连接进行通讯操作，如图3所示。

图3 系统Dp通讯示意图

而磨机本体系统S7-300与S7-400主站则通过以太网连接进行数据通讯，并通过网关与原系统构成环形以太网，主机可以以太网上装或下装用户程序，执行控制命令，还可以向STEP7读写寄存器数据。以太网构建，如图4所示。

图4 系统以太网通讯示意图

2.2 下位机控制程序的编写

该生产线控制系统编程软件采用由德国西门子公司提供的STEP7（V 5.3）开发软件，该编程软件基于Windows xp系统，可进行离在线编程、监视执行状态、数据设定等，操作方面、直观，具有在线跟踪和程序诊断功能。程序的编制如图5所示。

图5 系统程序的编制示意图

控制系统实现的主要功能

（1）设备单机起、停∶每台设备可以单机起、停，主要是检修后的单机试车时使用。为了确保安全，编写了程序代码，实现了起停确认询问框，只有按下相应的确认后，设备才进行相应的起、停动作。

（2）设备联锁起、停∶按照划分好的料流，每条料流均按工艺要求的起、停顺序、延时等进行相应的联锁起、停动作。

（3）安全连锁∶对磨机、选粉机、减速机等设备，如油站润滑等不具备条件时，不能开车并报警。在磨机及选粉机启动后，若检测到油站油箱温度低于低限时，自动启动加热器进行加热;达到一定值时停止加热，不至于造成设备带载停车。

（4）热风炉温度控制∶通过控制给煤量及风机给风量控制热风炉温度及烘干机出口物料温度。

（5）温度产量自协调：由于工艺要求烘干机出口物料温度不高于80℃即可，因此，通过程序实现了根据烘干机出口物料温度来自动修正湿渣下料量的功能，达到提高产量、降低消耗的目的。

（6）选粉细度控制∶通过在监控画面中设定选粉机变频器的频率，来控制矿渣微粉的细度。

2.3 上位机监控画面的制作

操作站监控软件采用德国西门子公司的WINCC(V 6.0) 工业自动化组态软件，该编程软件基于Windows XP系统，适用于西门子PLC，可进行离在线编程、监视执行状态、数据设定等，操作方面、直观，具有在线跟踪和程序诊断功能。WINCC的后台数据库采用MS SQL SERVER 2000,其运行数据存放在数据片断中，工程师可以根据尺寸，需求组态最大容量或根据时间周期启动新的数据库归档片断。当归档数据连续的写入数据库，单个数据片断的尺寸到达或者时间界限到达时，系统会自动开启另一个数据片断进行归档。当数据片断的总体尺寸达到最大时，最早的数据片断就会被覆盖，重新开始新的归档。

在画面上可显示生产线各部分及辅助设施的温度、压力、流量分布状况，采集的实时数据，当日及历史产量报表，实时/历史趋势，报警闪烁画面，显示和完成各设备的状态及启/停操作，完成各调节阀的调节，各系统的自动调节与软手动调节、硬手动调节的无扰自动切换，各调节阀的操作及调节和保持。各数据的动态显示等。磨机本体运行画面如图6所示。