基于PLC控制的高炉矿槽除尘系统设计

闻娜++刘成伟++高勇

摘 要：该文介绍了此次除尘改造的工艺，除尘改造的硬件配置以及西门子编程控制软件的应用，组态界面的组成及开发过程，通过采用西门子的一整套PLC设备与组态王软件对炼铁厂高炉槽下除尘设备进行改造，设计了PLC除尘系统。

关键词：PLC 除尘改造 自动控制 组态王

中图分类号：TP302.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0071-02

钢铁冶炼过程中会产生大量的粉尘，这些粉尘散入到空气中，会对环境造成很大的污染，如不采取合适的除尘净化措施，将会严重影响周边环境。另外，高炉周边温度高、辐射强度大，也对从事现场工作的工人的安全和健康造成很大的威胁。在目前的除尘净化系统中，除部分高度自动化的控制系统外，很多采用人工控制或半自动控制，现场的很多除尘阀均由人工手动控制，操作不便、运行成本高且除尘效果差，影响了除尘的效果。

1 系统总体设计

该系统主要针对高炉槽下除尘系统部分进行改造，利用西门子S7-400PLC对高炉槽下配料站、传送带、矿仓和除尘装置等设备进行控制，并对运行情况进行实时监控，在用组态王制作的监控画面上进行体现和控制，实现高炉矿槽除尘的自动控制。

1.1 工艺概述

矿槽除尘系统主要由配料站、传送带、除尘装置、管道、除尘阀等组成。配料站由传送带运送物料装入和装出，在运输过程中根据工艺流程将物料置于矿仓进行贮存，在贮存过程中，启动矿仓的振动筛，同时除尘阀打开进行除尘。当矿仓贮存物料到一定的物位时，系统将停止送入物料，关闭振动筛，除尘阀延时工作后关闭。当需向外送料时，将矿仓闸板开启，向传送带送料，秤斗出口部位的除尘阀开启，送料结束后，秤斗出口除尘阀延时工作后关闭。

高炉槽下共有2个杂矿仓、4个烧结矿仓、4个球团矿仓和5个焦炭仓共计15个矿仓；矿仓中置有振动筛，每个矿仓的筛上和筛下分别装有1个除尘阀，秤斗出口处装有1组除尘阀，根据除尘系统的实际需要，共设计了45个除尘点，根据各除尘点的类型，分别选择DN500、DN400、DN350和DN300几种型号的气动阀门；现场设有两组操作箱，分别用于手动控制方式下操作振筛除尘阀门以及矿口除尘阀和放料闸门；控制室中置有一台工控机作为控制平台，运行组态王监控软件，监测系统的运行状态，并根据需要通过组态软件对系统的运行状态进行调整，实现生产过程的自动控制；在配电室中置有PLC控制柜和继电器柜，继电器柜装有继电器，用于手动方式及故障状态下控制矿槽振筛、传送带、阀门等设备，部分用于自动及手动方式下矿槽振筛、传送带、除尘阀门等设备的控制。系统框图如图1所示。

1.2 控制要求

系统的控制方式有手动控制方式和自动控制方式两种，当将操作箱上的转换开关置于“手动”位置时，可直接利用两组操作箱上的控制按钮进行控制，通过对继电器柜中继电器的控制来实现传送带的运行与停止、除尘阀的开启与关闭、矿槽振筛的启动与停止等工作。当将操作箱上的转换开关置于“自动”位置时，系统将处于自动控制状态，此时有两种模式，一种为画面控制，上位机上运行组态王监控软件，现场中各设备的运行状态将通过PLC传送到上位机中，实现生产过程中信息的实时监控，同时可以在组态王监控软件中操作可以以命令形式传递给PLC，控制系统中各设备的运行；另一种为程序自动控制，这种模式下系统可以在无人操作的情况下用PLC进行全自动控制，运行PLC中预置的程序，PLC控制系统各设备的运行，并将采集到的各设备的状态信息传递给上位机，上位机实现系统中各设备及参数的实时显示，实现系统的全自动控制；两种模式可在组态王监控软件中进行操作切换。系统可根据现场情况，控制阀门、振筛、传送带等设备的运行，阀门延时关闭时间等参数可以根据现场需要在软件窗口中进行调节。

2 控制系统硬件设计

控制系统主要由上位机、主控制器PLC及相关模块、网络设备、电源模块、控制柜、操作箱等组成。

上位机采用工业控制计算机，要求具有较高的性能及可靠性，可以运行Step7系列编程软件和组态王监控软件；上位机网卡采用CP1613，用于上位机与以太网的连接和通讯。

主控制器采用面向生产制造和工艺过程的高性能西门子S7-400系列PLC，CPU型号为CPU414H，具有较强的通信功能，带有PROFIBUS-DP和工业以太网通信模块，利用PROFIBUS-DP端口连接到总线，用于同分布式I/O模块间的数据交换。使用CP443-1模块作为通讯处理器，连接到工业以太网，与上位机之间的连接，构成TCP/IP标准工业以太网总线系统。

由于现场采集点和控制点较多，利用西门子SIMATIC ET200对I/O数量进行扩展，扩展了两个分布式I/O模块ET200M。使用IM153-1模块作为通讯处理器，将分布式I/O模块连接到总线上，实现与主控制器之间的连接。PLC电源采用西门子专用的电源模块。主控制器电源采用西门子S7-400专用的电源模块PS407-0DA，该模块将发送一个故障信号给CPU，具有后备电池，当系统掉电时，转由后备电池供电，所有的参数设置和内存里的数据可以保存。分布式I/O模块ET200M电源采用PS307 5A电源模块。

3 控制系统软件设计

控制系统的软件设计包括上位机的监控界面、程序设计和下位机的PLC程序设计。对于监控软件，选用亚控科技的专业工业控制组态软件组态王6.53；编程软件选用的是西门子的STEP 7编程软件，用于S7系列PLC配置和编程。

3.1 上位机设计

利用对组态王软件对系统进行二次开发，根据系统控制要求，用组态软件系统内部提供的图形控件库来绘制模拟的除尘系统，并配合以图形、动画、数据等显示，构成符合整个系统的界面图形，完成高炉矿槽除尘系统的生产过程的管理和监控，并可显示温度、压力、流量等现场实时数据，可对历史数据进行记录、分析和整理，利于生产过程的总结和工艺的优化。本系统共设计了全局控制、参数设置、参数控制、趋势曲线、实时数据、历史数据、数据管理等10余幅界面，在每个界面都设置了数个自定义功能按键，在运行的过程中可以通过设置相应的功能按键便可切换对应画面并实现相应的控制功能。

3.2 PLC和组态王的通讯

组态王软件支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等，通过串口、USB接口、以太网、总线、GPRS等常规通讯接口方式进行数据通讯。组态王与PLC的通信采用PPI通讯协议，通过计算机的串行口与PLC进行通信，通过访问PLC相关寄存器来获得设备的状态，通过修改PLC相关寄存器来控制输出设备工作。在组态王软件中使用类C语言进行编程，对PLC寄存器和一系列变量进行定义，在定义了变量后，直接利用变量名就可对系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示进行读取和设置。

4 结语

通过采用西门子的一整套PLC设备与组态王软件对炼铁厂高炉槽下除尘设备进行改造，提高了矿槽周边除尘的效率和企业效益，保护了现场操作人员的健康，减轻了炼铁厂的污染。系统在除尘现场运转良好，基本实现了无人操作的高效率自动除尘。

参考文献

[1] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 韩晓新.从基础到实践—— PLC与组态王[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3] 王如松.组态软件应用技术[M].北京：机械工业出版社，2013.endprint