基于PLC 控制的高炉自动化上料系统的应用与分析

2020-03-29李思远

中国金属通报 2020年18期

李思远

（承德钢铁集团有限公司，河北承德 067000）

在高炉的日常生产过程当中，最重要的一个部分就是上料系统，主要是对供料的补充，筛分以及运送等工作。而筛选部分当中，最主要的就是对高炉需要的矿料做出筛选，将合适的部分通过运送送到高炉中进行炼制。使用单片机可以改变高炉料单相关物料参数设定，有效数据能够清晰显示出来。

1 工艺流程

图1 高炉上料系统示意图

高炉冶炼工艺流程中将预先准备好的物料，投放到设备中，高炉上料机内部结构如图1 所示：概括来讲，高炉自动化上料系统包括了烧结矿仓、球团矿仓构成，这两个部分通过振动作用经过杂矿仓的给料机之后，按照事先所配备好的料单，比如说焦炭和烧结矿等物料送入道称量的料斗中，然后再进行放料，通过传送皮带，将这些物料全部送到称量漏斗中。除此之外，焦炭仓的下面都有一台振动筛，但是中间没有放置称量漏斗，它是通过振动筛的辅助作用，送到专门设置的焦炭称量漏斗之中。大多数的情况下，地坑一个有四个称量斗，分别是左右两个矿焦。等到物料到达之后，空头就会将物料放入倒料车，物料装满之后就会启动。两台料车分别按照相关的生产要求进行槽下物料运输，最终通过料车卷扬机将不同的物料上升到高炉的顶部，在将所有的物料一一分布到不同的炉内。

2 高炉自动上料系统的PLC的组成

2.1 自动化控制的硬件设计

针对上文提到的高炉上料工艺流程，将国内和国外的大型钢厂使用的高炉自动上料系统进行了对比研究。在单片机控制下对高炉自动上料系统进行深入研究，对上料系统的硬件设备进行优化。450m3高炉基础自动上料系统可导入13 个模拟量、72 个数字、115 个数字量传出。要使得自动化控制系统所采集的数据能够满足使用要求，主机架被单片机所控制，采用西门子Wincc 组态监视软件和S7－300 卡件控制上料进程。

单片机可以对中央机架进行有效控制。矿石漏斗是高炉供料系统一个重要部分，有专属的称重设备称量焦炭坑斗和坑斗中物料重量，同时可以及时将数据传送出去。而高炉上料工作过程中供电装置和设备的变频设置可以辅助完成上料，电机主动轴可加设一个测速装置，旋转编码器以及能够进行发出指令的控制台。炉鼎内的物料装置利用了变频器做出操作，而对于单环以及多环的物料供应，大多数都是通过PLC 系统来进行完成。通过PLC 进行控制的硬件系统是现在最常见的，而且它能够满足高炉自动化操控系统以及运行的全部条件，是当前应用的最多的自动化控制系统。

2.2 软件部分

2.2.1 控制软件

（1）上位工控机。在这一部分，它能够对高炉上料的全部过程很好地进行展示，不仅能够交替性的对流程做出记录，还能够保证高炉上料过程中的稳定。除此之外，它还能够对配料的称重名称以及标准的参数等进行输入，确保整个上料系统能够按照相关的设计方式来进行执行。上位工控机可以对高炉之中的所有参数进行详细记录，而且还能够做好保存，为后续高炉的持续维护和保养奠定了基础。

（2）CPUS－315－2DP 单元，它能够对系统中发出重要的信号做出采集数据，进行计算和控制，从而实现高炉进行自动上料的自动控制，让系统有一个很好的操作性。

（3）模拟量输入单元，通过将模拟信号进行详细处理后，将电流转变成为二进制的详细数据，能够让相关系统进行识别的一种数据线，将不存在的功能进行补偿等，这样可以将炉顶的温度，热风温度以及炉顶具备的压力形成信号发出。

（4）对开关量的输入输出单元。能够完成对开关信号的收集，为开关量的输入模块奠定了基础。可以控制高炉上料系统所有开关，保证系统能够持续良好运行，确保了系统的安全性和稳定性。

2.2.2 监控软件

（1）上料的控制和监控画面都需要进行全自动以及手动两种模式，这样可以在需要的时候，进修手动操控，将上料过程进行停止。

（2）监控软件中加设一项料单选项，目的是为了达到矿物冶炼的实际需求，依照现实的生产情况，设定符合标准的料单，冶炼高炉有足够料单后，高炉自动上料系统运行能够达到较高的安全等级。

（3）称量情况画面，主要是在称量的全部过程中进行实时监控，通过各种基本状况的画面，可以对物料的料单以及各种数值的确定做出显示，让相关的技术人员能够获得较为准确的数据参数，同时，保障高炉运转过程中的有效性和安全性。除此之外，通过对称量情况的画面显示，能够将具体的数值进行修改，保证称量的结果更加准确。

（4）测试画面，主要是在控制系统还没有完全进入工作状态之前，对系统的完整性和功能性做出测试，这是将过去人工测试的应用完全取代的一个途径，能够让高炉自动上料控制系统在实际应用过程中得到更好的保障。

（5）自动控制网络，通过对物联网，传感器等内容的查验，将高炉中所有用到的仪表设备做出连接，保证仪表中显示的数据能够很好地做出采集，并且将数据完整地传到工控机上，相关的数据要在数据库当中进行存储，确保以后需要查询时能够更加方便，从而也为高炉稳定运行的相关参数做出一个保障。

3 高炉自动上料系统的PLC的具体设计

3.1 称量控制

（1）矿石称量斗。在收到排尿的指令之后，矿石称量斗就会根据指令自动打开匣门，并且将物料排出。再撑两支，没有达到控制值的5%时，相关的系统就会根据已经监测到的信息做出料空的信号，同时关闭阀门。对应要做的就是料机和振动筛选就会运行，直到称量的数值再次达到即定控制数值为止。同样的，如果称量的值超过了控制值的10%，系统就会发出报警的信号。与此同时，给料机和振动筛在启动的五秒之后，没有传出斗满的信号，那么就出现了卡料问题。当然，这样的情况也会产生警报，让相关的管控人员进行问题处理。

（2）中间称量斗。其在高炉当中运行的控制方法有以下的几种运料形式：①烧结矿振动筛进行供料。如果中间的称量斗有显示是空的信号，闸门就会进行自动关闭，在系统的相关设置完成之后，会下达出烧结筛运转的指令，称量值完全达到即定控制值之后，烧结筛就会停止运行。同样的，如果称量值超过了控制值的10%，同样系统会产生警报。如果依然在振动筛启动的五秒之内，会发出斗满的信号，就说明出现了卡料问题，依然会给相关的管控人员发出警告。②皮带机供料。中间称量斗的信号，如果是空，闸门和朝下翻板就会自动进行关闭和翻整，然后会对皮带进行运行指令下达，直到称量斗完全装满为止，这时皮带机就会收到控制系统的停止信号。③将振动筛和皮带机联合进行应用来提供物料。具体的控制运作流程和上面的两个供料方式是同样的。

（3）焦炭称量。焦炭称量和中间称量斗的工作流程是完全相同的。只不过中间称量斗换为了焦炭称量斗，其他的工作流程以及相关的数值表达是同样的，并没有什么变化。但值得注意的是，只要出现了卡料状况，就需要及时的发出警报告诉相关工作人员进行及时的处理。

3.2 卷扬机炉顶自动化

卷扬机的工作负荷较大，通常都是多台电机来对它进行带动工作，卷扬机还要通过它给料的顺序来进行自动化的控制；在进行设备安全的保证工作时，还要加强联锁控制，当料车到坑底时，系统会通过自身的检测来发出信号告知，再然后就会根据流程来选仓，这时，闸门是开启的，到闸门关闭时，系统就会按照收到的信息自动下达指令，物料运输的过程当中，首车物料在到达密封阀的时候，就需要对它的密封状况进行详细的检查，确定满足相关的要求规定之后才允许按照指令继续前行，否则就需要做出详细的调整和问题处理。所有物料填满，并且达到了相关的预期标准之后，要将泄压工作进行提前准备，整个装调工作结束之后，就可以将所有相关的阀门进行关闭。

3.3 上料监控

在进行高炉上料PLC.自动化控制系统的过程中，要加强对这个上料过程的监督和管理，要时刻对物料和设备等进行检测，避免发生质量问题，要通过对既定参数和标准参数进行比较，要加强对上料过程的关注，要善于发现问题，并及时解决，例如，要注意焦炭称量值、皮带运输机的运行、料仓出料和存料等情况，确保整个上料过程能够顺利进行。