施耐德PLC在钢铁冶炼中的应用

李兵

摘要：施耐德PLC是一种紧凑型可编程控制器，在目前生产和办公中主要用于各种设备的自动化控制系统，不仅具有其体积小、配置灵活、结构紧凑、功能强大、通讯丰富、编程软件丰富等优点，而且具有很高的性价比。

关键词：PLC;钢铁冶炼;应用

前言

高炉加料装置是生产中的一个重要环节。提高其自动化水平可以大大降低工人的劳动强度，提高生产效率。同时，准确的原料配比可以提高热金属的质量。新型1#3200m³高炉于2012年投产，矿槽顶装料系统由施耐德坤腾系列PLC设计。工业控制系统实现了对铁矿石、烧结矿、球团矿、焦炭等原料的自动称重，以及对铁矿石、烧结矿、球团矿、焦炭等原料的自动称重。并完成称重误差的自动补偿;每个阀的自动开关在炉、自动设置角α，β，γ，探针和其他辅助设备的自动控制是实现。实现了生产设备的数据采集、数据显示和联锁控制。该系统自投入运行以来，运行稳定，效果良好。

1 双冗余电源的使用

每个施耐德PLC背板都有一个电源模块。电源模块有两个功能为系统背板供电，保护系统免受噪声和额定电压摆幅的影响。所有电源模块都具有过流和过压保护功能。电源模块将输入电源转换为稳定的+5VDC，由CPU，本地I/O和安装在背板上的任何通信模块使用。但是，不能通过这些电源模块提供现场传感器/执行器和I/O点之间的电能。

在最初的设计中，在每个篮板的第一个插槽中安装了一个CPS电源模块。然而，在实际工作过程中，发生了CPS损坏。当CPS不能供电时，整个篮板上的模块就不能工作。或者基板中间的内部电路损坏，使插座远离CPS模块无法获得电源，插座上的模块不能正常工作，所有这些都有很大的安全隐患。

为了优化CPS电源，在每个背板上安装两个CPS冗余电源模块，即在每个模块的第一槽和最后槽安装CPS冗余电源。当电源出现故障时，正常电源将保持所需的功率，从而影响背板处理和主动通信部门。当背板中部发生内部故障时，两端的冗余电源模块可以作为独立电源使用，背板上残槽上的模块可以正常工作。每个冗余电源都有一个状态位，可以由CPU中的应用程序或监控系统监控，以实现对电源故障的快速响应。

这样，使用冗余电源将大大减少由PLC控制系统引起的电源故障，使损耗降到最低。

2  I/O框架的优化

施耐德PLC提供了一系列灵活的体系架构，可确保无论在何种配置下，均能获得成本适度且高性能的控制解决方案。其提供了三种主要体系结构：本地I/O、远程I/O（RIO）和分布式I/O（DIO）。RIO电缆系统包括一个线性干线，用分支器和引入电缆延伸到每个远程子站。

初步设计采用了里約同轴电缆系统。主站与子站之间的通信是以同轴电缆为基础的。它由CRP93100主通信模块和CR93200分站适配器组成。它的特点是可以通过使用分支和系统分隔符来创建不同的RIO布局。在最初的使用中，常发现同轴电缆接头松动或支路损坏，尤其是同轴电缆接头松动或金属线氧化，严重影响了主站与子站之间的正常通信，造成PLC系统的不可控性。

双绞线较之同轴电缆，其特点是：

①无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间。

②重量轻，易弯曲，易安装。

③将串扰减至最小或加以消除。

④具有阻燃性。

⑤具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

最重要的是，在双绞线电缆中使用的RJ45晶体头比同轴电缆连接器更不容易损坏，并且金属氧化现象会减少。双绞线连接，与同轴电缆相比，接头前不易松动。

如此一来，双绞线方案的运用会大大减少主站与子站断通讯的情况，保障生产。

3  I/O地址的合理分配

PLC系统中有大量的模拟I/O和数字I/O点。这些都是正常运行时运营商所关心的问题。并将一些重要部件作为联锁条件，实现设备的自动联锁。在最初的编程中，所有的I/O地址都是按照程序员定义的顺序分布的，没有向特定的I/O地址提供特殊的位置。因此，当链条件需要多个不确定的选择点（如温度53、振动32等）时，这些I/O点在同一个I/O模块上。通过这种方式，如果I/O模块损坏，这些I/O点不能通过该模块进入CPU，CPU会自动认为I/O点没有响应（将数字量转换为0，模拟量到-32767），这可能会导致程序以满足联锁条件和采取行动，导致主要设备生产事故。

在原程序的基础上，可以调整I/O地址的位置。连接条件所需的多个I/O点可以设置在不同的I/O模块上。例如：风机的四个轴承壳温度，当四个温度有三个或三个以上的温度降下来时，四个I/O地址分别设置在四个模拟I/O模块上的温度，会防止作为模拟I/O模块之一的损坏，造成异常的温度显示，但实际上并非如此，连锁行动计划。

经过对连锁条件中I/O地址位置的调整，就避免了引误信号或者模块的损坏引起的连锁动作。

4 控制功能

施耐德PLC在高炉上料系统中实现如下功能：

1）实现对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等入炉原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿。

2）实现槽筒仓的自动控制，振动筛，称重斗，皮带机、布多莉和分隔符，实现自动材料制备和放电，和运输带的原材料进料罐，卸料槽，并分布到炉体、联锁控制阀体开关的过程。

3）可使用监控画面对上料系统设备的运行状态进行监视，对设备的运行进行软件手/自动切换及手动启停设备，进行料单设定及更改等。

4）对装料超时、放料超时、超满及设备运行故障等情况在“工艺流程页面”进行报警显示。

5 应用效果

施耐德昆腾PLC控制系统已广泛应用于高炉工业企业。在北营公司炼铁厂两年的运行中，只有外部设备的机电接口出现轻微故障，其他运行平稳正常。装料控制系统的设计符合高炉生产工艺要求，应用效果良好，具体体现在以下几个方面：

1）PLC系统程序采用双机热备，并采用UPS供电，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间。

2）当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计很方便。

3）施耐德PLC的I/O模块及通讯模块支持“热更换”，维护简便，并增强系统可用性。

4）上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，可靠性高，操作简便，控制功能和精度完全能满足生产工艺要求。

5）施耐德PLC控制的上料系统稳定性较高，程序控制较严密，保证了北营公司高炉的安全生产顺行。

6 结语

介绍了施耐德量子系列PLC在炼铁厂高炉负荷控制系统中的应用。用户可以通过修改物料清单设置屏幕来实现铁矿、烧结矿、球团和焦炭的配料参数。该设置和更改，并显示加载过程所需的数据，操作灵活方便。系统投产以来，运行稳定，故障率低，可靠性高。充分满足高炉负荷控制的自动化生产要求，为高炉的稳定生产和高产创造了有利条件。

参考文献

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[2]王华强;高云;郑莹莹;基于PLC的高炉槽下控制系统，2005.6

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[4]方承远.工厂电气控制设备[M].北京：北京机械工业出版社，2000.

（作者单位：本钢集团有限公司北营炼铁厂）