高炉上料系统（共7篇）
高炉上料系统 篇1
引言
宝钢湛江钢铁有限公司一号高炉上料系统矿石取样装置由大峘集团有限公司设计供货, 此装置可实现全自动化取样, 将样品从正在运转的胶带机上取出, 并转运至地面的样品收集箱, 本文就其工作原理及设备组成作简单介绍。
1 取样装置设备简介
1.1 设备组成
矿石取样装置位于矿石胶带机的头部, 对入炉原料进行取样。装置包括取样小车、取样斗、上 (下) 活门、转运皮带机、下料溜管及转运桶 (含卷扬) , 设备布置如图1和图2所示, 图2为图1的右视图。
1.2 转运桶
转运桶装配图如图3所示, 转运桶出料口为自动活门, 由于配重块的作用, 其在转运过程中一直处于关闭状态。当转运桶到达地面时, 配重块被固定挡块抬起, 自动活门打开。
1.3 取样装置工作原理
取样装置非工作时期, 取样小车停留在矿石胶带机头轮的左边或者右边的停机位置上。取样小车开动前, 先通过电液推杆将上下活门打开, 小车沿轨道移动, 取样斗采集规定的料量, 经过头部出样溜槽流到转运胶带机上, 最后经转运胶带机头部下料溜管落入转运桶中, 再经卷扬装置运送到地面样品收集箱中。
当取样斗接近规定位置时, 通过无触点开关和限位开关使取样小车的电动机停电, 同时制动器动作, 使小车停在规定的位置。
在矿石胶带机头部设有取样小车行走轨道主体框架, 取样器通过支撑杆装配于取样小车上, 随取样小车在轨道上行走, 而在矿石胶带机头部漏斗的料流中直角横行移动。
取样小车与行走轨道间是齿轮齿条配合, 以保证取样过程的平稳和可控。
上 (下) 活门安装于矿石胶带机头部溜槽上, 由电液推杆驱动, 起防尘作用。上活门密封取样斗支撑杆活动口, 下活门密封出样溜槽出料口。
为了满足工艺规定的料量, 必须根据矿石胶带机的输送量调整取样器的横行速度, 故取样小车驱动装置采用变频电机。
2 取样装置特点
(1) 取样装置全流程自动化控制, 一键取样。单次取样作业可在10min内完成, 工人劳动强度低。
(2) 通过调节取样小车变频电机, 改变其行走速度, 从而实现单次取样量的变化, 以满足工艺要求。
(3) 由于取样器需要深入矿石胶带机内部, 且胶带机留有出样溜槽, 特增设上 (下) 活门, 在取样装置不工作时将敞口密封, 达到环保要求。
(4) 取样桶的自动活门结构使卸料方便快捷。
3 结束语
目前装配制造业正以信息化为支撑, 信息化与工业化深度结合的可持续发展模式。大峘集团此次为宝钢公司提供的取样装置, 在产品设计过程中, 也朝着这个方向努力, 尽量提高其自动化程度, 大大提高了取样作业效率。
摘要：介绍了宝钢湛江钢铁有限公司某高炉上料系统矿石取样装置的工作原理、设备组成及其特点。
关键词：取样小车,自动化,转运胶带机,转运桶
简述高炉上料系统自动化控制 篇2
在高炉的生产工艺中, 上料系统的稳定程度和计量是否准确将直接影响高炉的炉况及顺行。高炉的炉况及顺行又直接影响高炉的各项指标。所以上料系统在高炉炼铁工艺中十分重要。高炉上料系统包括矿槽、炉顶两大部分, 其中矿槽部分主要完成原料 (矿石, 焦炭) 的称量任务, 当炉顶料罐需要装料且矿槽具备排料条件时, 由主皮带将料送向炉顶, 通过受料斗闸门及上密封阀进入相应料罐内, 当料满且满足布料条件后, 罐内料经料流调节阀, 下密封阀, 按料单设定的布料溜槽倾动角度及旋转角度, 步入炉内, 经γ料位计检测到料空后, 关好料流调节阀及下密封阀, 探尺放下, 探测料面, 完成一次布料过程。
2、上料控制设备组成
矿槽系统包括两个主要子系统, 即矿石系统和焦炭系统。包括4个焦炭振动筛, 焦中斗转换溜槽, 2个焦炭中间称 (包括间闸门) , 4个球团矿给料机, 6个烧结矿给料机, 4个杂矿给料机, 6个烧结矿振动筛, 6个烧结矿称斗 (包括闸门) , 4个杂矿称斗, 2个矿石中间称斗, 矿中斗转换溜槽, 1条运焦皮带, 1条运矿皮带, 2条碎焦皮带, 2条碎矿皮带。
炉顶有两个料罐组成, 正常情况下, 交替工作, 如果其中一个出现问题, 可以单罐控制, 每个料罐有受料斗闸门, 上密封阀, 事故放散阀, 均压放散阀, 一次均压阀, 料流控制阀, 下密封阀。料罐下部为布料装置, 包括α (倾动) 和β (旋转) , 探测部分为两个探尺, 在布料完成时, 探测料面高度。
3、控制系统
3.1 矿槽配料系统运行方式共分两种
全自动操作方式:全自动方式为主要工作方式, 投入全自动后, 程序按照装料周期设定表, 按照设备动作时序进行自动上焦、上矿, 无需人工干预, 设备按连锁条件自动启动、停止。
CRT手动操作方式:CRT手动方式主要用于调试设备和设备出现故障时使用, 各设备有必要的连锁条件由人工操作键盘上的设备操作键或鼠标键来启、停设备。
矿石系统的每个矿仓下面各有一台给料器, 其中烧结矿仓给料器下面有振动筛。对矿石进行称量时, 矿石经给料器到各个矿称斗, 烧结矿经振动筛筛分后, 筛下碎矿经返矿皮带运到返矿仓, 筛上烧结矿装入烧结矿称斗。当所选的矿石称斗都满且矿石中斗空时, 称斗中的矿石排出, 排到运矿皮带上, 运到矿石中斗。通过矿石中斗溜槽的移动使矿石装入1号矿石中斗或2号矿石中斗。焦炭系统通过四个焦炭振动筛, 筛分出合适粒度的焦炭, 通过运焦皮带运送到焦炭中斗, 通过焦炭中斗溜槽的移动使焦炭装入1号焦炭中斗或2号焦炭中斗。
统共有四个中间称斗, 焦、矿各两个, 焦、矿中斗分别投入两个或单个中斗运行。每个中斗料批为一个Batch, 焦矿中间称斗装料、卸料都是按照装料周期设定表的料批顺序进行。四个斗都投入工作时, 装料和卸料顺序为先1#后2#, 焦 (矿) 中间称斗当1#、2#都空, 允许装料时, 则取出第一批焦 (矿) 数据, 开始把该批焦 (矿) 装入1#中间称斗, 第一批料装料结束, 则按周期设定表从前到后的顺序取出下批焦 (矿) 数据把该批焦 (矿) 装入2#中间称斗。当矿槽系统接到炉项发出的上料信号, 则先启动1#中间称斗卸料。卸料结束, 则再取出下批焦 (矿) 数据开始装入1#中间称斗, 周期结束后返回周期起始处开始下一个周期。
3.2 炉顶系统的运行方式共分三种
全自动方式:系统运行在全自动方式, 在外部设备正常的情况下, 不需要人为干预, 只需将所需参数设定正确, 系统自动按照工艺流程运行, 在运行过程中, 外部设备出现故障, 系统提示设备故障, 自动方式暂停, 全自动方式控制内容有:环形布料 (单环, 多环) 控制、装料控制、料流阀自学习、赶料控制、卡料控制、故障处理。全自动控制是高炉炉顶最高级的控制方式, 要求设备均处于良好状态。
半自动方式:半自动方式是根据工艺设备配置图, 将炉顶系统分为左右罐两个子系统, 该方式只要给出Charge自动或Batch自动指令, 系统自动按周期设定表进行Charg e或Batch布料, 半自动操作方式控制内容有:环形布料 (单环/多环) 控制、装料控制、料流调节阀自学习控制、卡料保护控制、故障处理。
CRT手动操作方式:CRT手动布料方式可进行“手动环布”, “扇布”, “点布”。手动环布将系统确定的料罐中的料批用环布设定的数据布入炉内, 布料完成自动清除。扇布在料面出现倾斜时, 用于对某一区域进行补料, 操作人员只需设定β起始角, 终止角, α起始角, 料流阀设定角即可。点布时, 操作人员只需设定β角度, α布料角度即可, CR T手动只用于在外部设备不正常或非常情况下的操作方式, 联锁条件与半自动相同, 需要人为干预, 正常生产中不宜采用。
(1) 装入控制;全自动由“料线”指挥上料, 当料线到设定料线后, 向槽下发上料允许指令, 槽下中斗按周期设定表排出料批, 当料头到2#检测点, 炉顶装入计时器启动, 首先打开均压放散阀, 受料斗闸门, 开上密, 计时器暂停, 当料全部装入料罐后, 重新启动计时器, 关受料斗闸门, 关均压放散阀, 关上密封阀, 开始均压, 等待布料。
(2) 布料控制;探尺到设定料线并均压ok后, 布料计时器启动, 提探尺, 转动α, β, 打开下密封阀, 料流阀按自学习角度打开, 开始布料 (多环/单环布料) , 当γ料位计发空信号后, 延时10秒钟, 停α, β, 关闭料流阀, 关闭下密, α上提, 放下探尺探测料面, 至此布料完成, 等待下一个周期工作。
(3) 赶料控制;当双罐投入运行时, 料线实际值低于设定值1m (数值可调) , 系统自动投入赶料程序, 向矿槽发赶料指令, 当料线实际值在设定值以下0.1~0.5m, 系统自动停止赶料, 操作人员可人为赶料。
(4) 料流阀自学习控制;料流阀自学习分为焦自学习、矿自学习, 由圈数设定值与实际料重在数据表中查找经验数据, 确定料流阀开度, 当实际布料圈数与设定布料圈树差值大于1时, 发出报警, 通知操作人员调整参数。
(5) 倒罐控制;当双罐投入运行时, 操作人员可发出倒罐指令, 程序自动寻找机会倒罐, 在赶料情况下, 禁止倒罐。
(6) 单罐快;当一个料罐出现故障时, 操作人员从系统中切除此罐, 为保证正常风量下料线值, 系统进入单罐快程序, 操作人员可决定是否启动单罐快程序。
4、与计算机管理系统通讯
当布料完成后, 系统应立即向计算机管理系统传送数据, 包括料种、料重、batch号、charge号, 布料信息等数据。计算机管理系统负责对其采集及处理, 将相应数据保存在数据库中, 并能够生成相应的趋势图和生产报表以便对高炉的炉况深入分析。
5、画面系统
高炉上料系统 篇3
PLC在当今工业自动化控制领域发挥了重要的作用, 它集自动化技术、计算机技术, 通讯技术于一体, 在工业控制领域得到了广泛的应用。高炉上料系统是保证高炉正常生产的关键。软件的稳定直接关系到高炉的可靠运行。本设计中运用Ste P7编程软件, 编制了下位机的上料控制程序, 实现了高炉上料系统按生产工艺自动完成配料、称重、上料、布料全过程, 满足控制要求。同时, 使用工控组态软件Win CC6.0对上料控制系统进行组态, 设计了具有Windows风格的操作画面, 可进行生产过程实时监控、动态模拟、数据统计、记录查询等操作。该控制系统工作效率高, 可靠性好, 故障率更低, 从而使高炉生产的技术层次和经济指标大幅提高[1]。
1 系统采用的软件及特点
系统采用的控制软件为西门子STEP7 V5.3[2]。
STEP7 V5.3是用于SIMATIC可编程控制器的组态和编程的标准软件包。该软件包支持自动化任务创建、实施过程的各阶段, 包括任务的建立和管理、对硬件和通信做组态和参数赋值、符号管理、程序块和程序的编制、程序的下载、系统测试和设备故障诊断。标准软件包组成如图1所示。
SIMATIC管理器:管理属于一个自动化项目的所有数据, 无论是为项目的哪个可编程控制系统设计的。编辑所选数据所需的工具由SIMATIC管理器自行启动。
符号编辑器:使用符号编辑器可以管理所有的共享符号。符号编辑器可为过程信号 (输入/输出) 、位存储和块设定符号名、注释和分类。
硬件组态:该功能可以为自动化项目的硬件做组态和参数赋值。包括:组态可编程控制器, 将所需的模块安排在合适的机架和槽上;组态分布I/O与中央I/O;设置模块属性及设置通道属性。
通信组态:该功能可以设置通信连接及连接地址:选择所采用的通信方式和模块;选择通信协议。
编程语言:STEP7集成了梯形逻辑 (LAD) 、语句表 (STL) 和功能块图 (FBD) 三种编程语言。梯形逻辑 (LAD) ;语句表 (STL) 是编程语言的文本表达方式;而功能块图 (FBD) 也是编程语言的图形表达方式, 但用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。
硬件诊断:该功能用来显示模块的概况信息;显示中央和分布式I/O站的模块信息;显示来自诊断缓冲区的报文及显示CPU、MPI的性能数据。
2 PLC工作程序设计
在S7-400中编写程序时一般有两种编程结构即线性化编程和结构化编程。线性化编程只有在编写简单程序并且需要较少存储区域时才考虑使用这种方法;结构化编程是将复杂的自动化任务分解为能够反应过程的工艺、功能或可以反复使用的小任务。
在进行PLC程序设计时, 为增强程序的可读性, 方便调试和维护工作和为能使数据库结构统一, 方便WINCC组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一显示, 采用模块式结构的程序, 即结构化编程。
1) 标准组控制块的设计:组的三种控制方式由上位机设定;设置组起动和停止、组内故障报警和综合输出、故障应答和复位;针对组起动命令、组停止命令、组起动完成、组停止完成信号、组运转信号、组起停连锁信号、故障信号分别输出不同的组状态字;除正常各种开停控制外, 设置了紧急组停。标准组控制块程序流程图如图2所示。
2) 控制设备的分组:主要是根据工艺要求将生产流程上的设备分为若干个工艺组。譬如料仓设备控制组、料车设备控制组、探尺设备控制组、液压与布料器设备控制组等等。
3) 设备控制组程序编制:调用标准组控制块并生成相应的背景数据块;将各组、各台设备的I/O点、各种连锁信号分别对应到标准程序块的变量上;分别设置各台设备的起停顺序、起停连锁、起停延时;逻辑控制线路及闭环控制的设计;设置组内设备报警信号。
3 工作站PC机程序设计
主监控图形画面上, 许多的操作图形均是与对象相连接的。但这些操作图形必须插入到主监控图形画面上, 在定义它们的显示属性时, 初始状态一般定义为不显示, 当与它相连的对象被击发时才显示, 譬如, 各个工艺参数的趋势窗口、各个程序组的操作窗口、各个电机的操作窗口、各个给定的调节窗口等等。
主监控图形画面可以是一个或多个, 一般以工艺流程图为基础, 控制操作方便为原则。图3是高炉操作监控图形画面。
Win CC监控程序完成以上组态后使操作站具有如下功能:
控制操作:在控制室里能对全控设备进行控制, 对各现场控制站的PLC的参数进行设定和修改, 具有良好的人机界面, 可方便地进行图形间的切换和各种功能的调用。设立不同的安全操作等级, 针对不同的操作者, 设置相应的加密等级, 记录操作员及其操作信息。
显示功能:用设计或实地图片的方法生成图形, 实时显示某参数, 可定义不同的颜色来表示被测参数所处的不同范围, 使参数的变化过程一目了然。对全工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化、百分比、色标填充、动画等多种直观方式动态显示。
数据处理及管理:记录并显示工艺参数、量参数的变化曲线或趋势图, 利用在线数据和数据库的数据进行分析、统计、计算、显示。
报警功能:当某一参数异常或设备故障时, 可根据不同的报警类别, 发出声光报警、屏幕报警、输入报警表、打印输出或播放事先录制的语言提示, 同时显示相应的提示信息, 并记录在报警数据库中, 且可分等级。
4 结语
本文研究了集散式控制软件系统的设计。PLC编程软件采用西门子STEP7V5.3, 实现设备之间的连锁, 系统的手动、自动控制。上位监控软件西门子监控软件Win CC 6.0的强大功能实现了系统的全面监控、变量存档、报警记录, 提供了很好的人机界面。该系统软件运行稳定可靠。
参考文献
[1]张君霞.高炉上料控制系统的研究[D].西南交通大学, 2007, 9.
高炉上料系统 篇4
高炉上料系统是保证高炉正常生产的关键。高炉冶炼原料必须通过上料系统的主卷扬料车输送到高炉炉缸内, 它的稳定直接关系到高炉的正常运行。通过对国内外高炉三电系统的分析, 高炉上料系统是一个复杂而繁琐的控制系统, 具有设备分散, 控制点多等特点。为了提高高炉上料的效率, 必须采用高效可靠的控制系统和控制设备。
2 高炉上料系统
高炉上料系统的构成如图1所示, 本图是某厂3#高炉监控系统主画面。
高炉上料系统主要由槽下备料系统、料车卷扬系统和上料液压系统组成。槽下备料系统由多个料仓组成, 这些料仓分别储备焦碳、烧结矿、球团矿等原料, 上料时通过主皮带送给中间斗;料车卷扬系统是把中间斗送来的原料送到高炉料钟里面, 再由料钟放到高炉内进行熔炼;上料液压系统就是通过程序控制, 在合适的时间打开槽下料仓和高炉大小均压阀及料钟, 分别把仓斗里的原料送入中间斗和把料钟里的原料送入炉内进行冶炼。
3 PLC硬件系统设计与配置
本控制系统采用集散控制系统, 用上位机集中配料并监控, 下位机采用PLC及其分站控制现场设备的运行, 从而达到可靠控制上料和集中管理的目的。
为综合PLC和PC机工作站各自的优点, 又降低成本, 本设计采用了在高炉上料生产线上使用PLC+PC工作站的集散型操作管理站的硬件组态[1]。这种配置的特点是控制可靠、设置灵活, 具有很好的人机界面及强大的图形、信息 (数据) 处理功能、网络系统简单, 各操作站之间互换性好, 是高炉上料控制系统的一种理想选择。
本系统由于现场设备分散, 不宜将所有PLC模块都集中到一起来控制, 这样将浪费太多的电缆, 运行过程中故障率也大大增加, 为此充分利用S7系列PLC的扩展功能, 将PLC模块分成4个分站来控制, 它们之间用IM接口模块, 通过Profibus协议进行通信, 4个分站的网络结构如图1~2所示。
1) 中央基板和PS电源CPU CP模块的设计
中央基板是用来安装CPU和CP模块的, 中央基板有UR1 UR2 UR2-H CR2等集中型号, UR1 UR2型基板作为中央基板时, 可安装除接收IM外的所有S7-400模块。UR2-H基板用于在一个基板上安装两个中央基板或两个扩展基板, CR2基板用于安装分段的中央基板。本系统中央基板主要用来安装PS电源模块、CPU模块和CP模块, 其余的模块都安排在分站上安装, 因此本系统选择UR2基板作为中央基板最为合适。UR1和UR2基板的技术特性如表1所示。
本系统控制的点数多, 程序复杂, 分站点也较多, 因此本系统选用CPU414-2DP型CPU, CPU414-2DP内置256K字节RAM, 可扩展64MB快闪存储卡FEPROM, 可扩展最大64MB存储卡RAM;带后备电池, 使数据在断电时不丢失;S7计数器256个, 计数范围从1到999;S7定时器256个, 计时范围10ms~9990s;OB块最大容量64K字节;FB和FC程序块最多256个;有一个MPI/Profibus通信接口和一个专为Profibus通信接口, 可组态两个DP网;额定电压24VDC, 典型电流总线消耗1.5A, 最大1.6A。
CP通信模块选用CP443-1, 它支持工业以太网和TCP/IP协议, 电源模块选用PS407-10A, 它足以满足本系统的要求。
2) 槽下备料分站PLC模块的设计
槽下备料分站主要控制各个料仓的振动筛和给料机的运行共有14个给料机, 8个振动筛, 因此需要, 还有主皮带的运行, 全都是数字量信号。它的输入点有各个振动筛和给料机的运行、故障信号, 共有14台给料机, 8台振动筛, 因此需要44个输入点;皮带跑偏信号, 有2条主皮带1条碎矿皮带, 需3个输入点;各个仓闸门的开位、关位信号, 共有12个仓, 需24个输入点;根据程序的设计, 每个料仓还设计有料空、料满、允上料、允放料信号, 这些信号由称量PLC发出, 共有12个料仓, 需48个输入点。因此槽下备料分站共需44+3+24+48=119个输入点, 本系统选用DI32×DC24V数字量输入模块, 一个模块有32个数字量输入通道, 为了留有一定的扩展余量, 本站用了6个DI32×DC24V数字量输入模块。它的输出点主要有各个振动筛和给料机的启动, 还有2条主皮带和1条碎矿皮带的启动, 共需要12+12+3=27个输出点, 本系统选用DO32×DC24V/0.5的数字量输出模块, 它有32个数字量输出通道, 为了给今后的扩展留有余量, 选用2个DO32×DC24V/0.5A数字量输出模块。
3) 槽下操作台分站PLC模块的设计
槽下操作台主要的功能是在PLC与上位机通信中断的情况下, 能手动上料, 它还负责各个仓门的开关。
输入点有各个振动筛和给料机的自动和手动选择, 需48点;皮带的自动和手动选择, 需6点;仓门的自动选择, 手动开, 手动关, 12个仓门需36点;探尺、料车、均压、料钟等的自动选择, 手动开和关, 共需要35点, 因此共需要48+6+36+35=125个输入点, 本站设计了4个DI32×DC24V的数字量输入模块。
输出点主要是控制各个仓门的开和关, 共需12×2=24个输出点, 还有卷扬和探尺的8到9个指示灯。因此本站设计了2个DO32×DC24V的数字量输出模块。
4) 液压分站PLC模块的设计
液压分站主要负责12个仓的开关、大小均压阀的开关、大小钟的开关和3台液压泵的启停工作。
输入模块的配置:12个仓的开和关信号需24个输入点, 大小均压及大小钟的开和关信号需8个输入点, 3台泵的运行和故障信号需6个输入点, 因此共需要24+8+6=38个输入点, 为此配置了2个DI32×DC24V的数字量输入模块。
输出模块的配置:12个仓的开和关需24个输出点, 大小均压及大小钟的开和关需8个输出点, 3台泵的启动需3个输出点, 因此共需要24+8+3=35个输出点, 为此配置了2个DO32×DC24V的数字量输出模块。
5) 卷扬上料分站PLC模块的设计
卷扬上料分站主要负责料车、探尺、布料器的运行;直流调速控制柜的运行状态的监视;料钟系统的运行状态。
数字量输入点有料车的状态点, 有减速、低速检查、上限、超极限、松绳、小钟检查、料车底部等信号, 由于是双料车, 因此需要7×2=14点;直流调速控制柜运行状态有系统进线合闸、系统输出合闸、系统故障、系统工作等信号, 本系统有一用一备两个控制柜, 因此需要4×2=8个输入点;料钟的开关信号有8个;探尺的运行状态有合闸、集中、故障、零位、上限、下限、超上限。本系统采用双探尺探测料面, 因此需要7×2=14个输入点;还有布料器的位置检测需要7个输入点, 为此本站设计了3个DI32×DC24V数字量输入模块。
输出模块主要用来控制料车、探尺、布料器的运行, 所需输出点不多, 本站设计了1个DO32×DC24V数字量输出模块。
本站还设计了1个AI8×12BIT的模拟量模块, 用来检测电机电流等信号。本站还需要检测料车和探尺的实时位置, 为此设计了3个FM365 COUNTER高速计数模块, 用来接收光电编码器发出的脉冲信号, 实时记录料车和探尺的位置。
4 结语
分析了某厂高炉上料系统硬件的设计, 包括系统硬件的组成、网络结构特点, 明确了系统所采用的PC+PLC的集散式控制的硬件组态配置;对项目的创建步骤、模块地址选择、模拟量信号的类型定义进行了说明。该硬件系统在使用过程发挥了DCS集散控制的优越性, 现场ProfibusDP网络数据传输稳定、运行可靠, 降低因线路故障带来的故障维修率的同时也减少了设备线路敷设的成本投资;PLC主站和上位操作站之间的通信也是利用技术成熟的工业以太网保证了大数据量传输的快速响应。
摘要：本文在分析了高炉上料控制系统结构的基础上, 对比当今高炉生产中几种常用的控制方式, 对高炉上料控制系统中的关键技术进行了研究, 上位机采用工业PC机进行集中配料并监控, 下位机采用PLC及其分站控制现场设备, 达到可靠控制上料的目的。该控制系统在某厂高炉上料生产线已经运行, 实际运行效果表明:该控制系统运行稳定可靠, 满足生产工艺要求。
关键词：高炉上料控制,PLC,工业以太网
参考文献
[1]唐建军, 李长荣, 洪新.PLC控制技术在钢铁工业中的应用[J].钢铁研究, 2003.8.
[2]张大尉, 王华强.PLC在高炉监控系统中的应用[J].仪器仪表用户, 2005.6.
[3]王华强, 高云, 郑莹莹.基于PLC的高炉槽下控制系统[J].仪器仪表用户, 2005.6.
[4]庄剑杰.新技术在3钢3号高炉检测与控制中的应用[J].基础自动化, 2002.4
高炉上料系统 篇5
关键词：高炉,多料线布料控制,装料制度多样化,双料钟
布料是高炉操作的关键工序, 好的布料方式可以增加高炉接受风量的能力, 改善顺行, 大幅降低燃料消耗, 提高高炉产量水平;炉内煤气分布是否均匀, 对下降炉料的阻力差别很大。利用不同的煤气分布, 减少对炉料的阻力, 从而保持高炉稳定、顺行。有了顺行, 就有可能提高冶炼强度, 增加产量。通过布料控制边缘气流, 保护炉墻, 能延长功率寿命, 边缘气流过分发展, 必然加剧炉墻侵蚀。通过布料还可以预防、处理一些类型的高炉冶炼进程发生的事故, 如高炉憋风、难行;渣皮脱落。
高炉布料的作用是通过不同的装料方法, 改变煤气流分布, 并影响软融带的形状。改变炉料位置及矿、焦在炉喉径向的比例, 是控制煤气流分布的有效手段。随着布料技术的发展, 无料钟布料可以通过改变溜槽角度, 将炉料布到任何位置, 并且有多种不同的布料方式。能够充分利用煤气, 提高焦炭的使用率, 得到了广泛的应用。而临钢的1#、6#高炉由于投入时间早, 还采用的还是双钟布料。大钟布料的炉料分布, 位置比较固定, 每批料的堆尖位置只能在炉喉间隙以内。这样势必影响了高炉的煤气分布, 无法充分利用煤气, 也大大增加了焦炭的使用。
为了能够达到无料钟布料的效果, 在双钟设备无法改变的情况下, 只有通过变动料线, 控制炉料在炉内料面的落点, 尽可能地布出平台加漏斗料面, 这样可以使炉内煤气分布合理, 减少对炉料的阻力, 从而保持高炉稳定、顺行。有了顺行, 就有可能提高冶炼强度, 达到一定增产节焦的效果。
按照工艺提出的要求, 我们在1#、6#高炉原上料自控程序基础上利用现有设备对原控制程序进行技改, 废弃以前的料尺控制程序, 效仿无料钟程序料线设定, 使装料制度多样化。
在原控制系统中所有料型均采用相同的料线控制方式, 技改后在PLC与Fix监控软件中实现对每个料型分别设定一个料线控制方式。以下是增加的设定料线的PLC程序及新增设定料线控制画面。
在功能FC 11编写如下程序实现探尺位置的检测:
探尺到达料线后并满足提探尺条件时自动提尺, 并准备开始下料。
经如上面PLC程序和图1 Fix监控软件的控制, 以西尺为例, 监控画面中的料线1中的各个设定点对应西探尺检测的信号点west_meter_0.7、west_meter_1.0、……、west_meter_2.5, 在画面上的选择设定点set_1_1、set_1_2、……、set_1_8后即选择了何时下料。料制为分装时, 可分别设定前半批料线1为A点 (A点为画面中设定点) , 后半批料线2设定在B点 (B<=A) 时, 当西探尺下降到A检测点时, 西尺自动提尺为下料做准备, 同时等待东尺料线2到达B点后自动提尺到0位, 满足下料条件后, 开大钟开始下料。这样在每个料型周期通过对下料点的不同选择, 可以使料下在不同的位置上, 形成工艺上所需要的料面形状。共有6个料型周期可以选择, 可以组合多种下料方式, 在工艺上可以给操作者不同的选择, 根据炉况, 选择合适的下料点。
通过对每个周期料线的设定, 使装料制度多样化, 如果每个周期都设定同样的料线, 效果可以等同没有改造前, 工长可以根据炉况灵活设定探尺合理控制下料, 安全合理的实现了工艺要求, 这一技术在这一领域是一次新的尝试和突破。据初步测算每吨铁约节焦2.5公斤, 1#高炉由于热风炉影响大约按每天1100吨铁计算, 焦炭按1400元/吨, 每天节省约0.0025*1100*1400=3850元, 月节约10余万元, 通过在1#高炉的试用, 效果比较显著。目前对6#高炉也进行了改进, 通过改进很好的提高了焦炭的使用率, 降低了成本, 对产量的提高有很大的帮助。
参考文献
[1]项钟庸, 王筱留, 等.高炉设计:炼铁工艺设计理论与实践[M].北京:冶金工业出版社, 2007.
[2]郝素菊, 蒋武锋, 方觉.高炉炼铁设计原理[M].北京:冶金工业出版社, 2003.
[3]云正宽.冶金工程设计第3册机电设备与工业炉窑设计[M].北京:冶金工业出版社, 2006
高炉上料系统 篇6
目前, 国内许多中小型高炉的上料形式主要是皮带上料。皮带上料作为标准上料设备是国内中小型企业采用的最原始的一种上料方法。生成中, 要求上料设备要具备足够的运送能力, 即上料速度要满足高炉生产的要求: (1) 运行可靠, 耐用, 保证高炉能连续生产; (2) 能够实现上料自动化; (3) 结构简单, 维护方便; (4) 一旦投产上料, 设备就不能中途暂停, 必须一直运行, 保证原料不断地运上高炉。否则, 系统因不稳定而造成慢风、休风、停产等问题。为了降低生产中可能出现的问题, 该设计通过M340 PLC和ABB ACS800型变频器的有机结合, 实现对上料系统精确、可靠的控制, 来提高卷扬上料系统的稳定性, 有效地解决了长期因卷扬控制系统不稳定而造成的慢风、休风、停产等问题, 降低上料系统的故障率。
该设计高炉卷扬机上料系统主要由主令控制器、变频电机、变速箱、抱闸、靠背轮和主卷扬组成, 如图1所示。卷扬机动力驱动主要依靠三相异步电机通过减速器带动钢丝绳卷筒转动, 料车分左车和右车, 左车、右车的上下移动由钢丝绳牵引。上料时, 各种原料经过槽下配料后进入中间料斗, 再送到料坑, 供料至料车, 此时, 中间料闸门关闭到位。当炉顶准备好后, 料车启动, 经过加速→匀速→一级减速→二级减速→到达炉顶停车、制动。牵引两个上料小车的钢丝绳由同一个卷筒驱动, 假如左车 (装料车) 上行时, 右车 (空料车) 下行, 左车到顶, 对应的右车到底, 没有空行程, 如图2所示。
1 总体设计
系统改进时采用施耐德M340 PLC和ABB ACS800型变频器来控制左右上料车。其特点:自带启动引导程序, 具有自定义编程功能, 即内置有可编程模块、滤波器、斩波器及电抗器, 是目前最先进的交流异步电机的控制方式。组态监控软件使用IFIX, IFIX的作用是采集和传递工业现场数据, 能实现集中显示和远程操作。其最大的优势就是具有强大的开放式功能和完善的通讯协议以及用户权限管理功能, 能够很好支持各类PLC。完善之后高炉上料系统组态监控实现的功能如图2所示, 由料车系统、探尺系统、皮带系统、小钟系统和大钟系统组成。
1.1 设计要求
以某公司某车间为例:该车间每天24 h都处于工作状态, 每小时上6批料, 每车料用时60 s, 其中料车运行时间为45 s, 料车停、运和槽下装料的时间为12 s。这样, 主卷扬电机反复启动→快速加速 (5~10 s) →高速运行 (30~20 s) →快速减速 (5~10 s) →低速运行 (5 s) →停止, 工作工况于正转、反转反复交换, 工作条件恶劣。主卷扬电机由变频器驱动, 变频器必须经受住每天20 h反复地启动时大电流的冲击和减速时的高电压冲击而不出现问题。根据产能和技术经验, 该设计时选用了2台重载功率为110 k W ABB ACS800型的变频器作调速装置 (一台备用) 。在运行过程中, 该装置通过矢量控制方式来实现精确的速度控制。同时, 系统还配置了制动单元和制动电阻来实现卷扬系统的制动。主传动部分由两台变频调速柜组成, 一台主用, 一台备用。在实际生产中, 通过主控制柜实现两个装置之间的切换, 来解决因系统故障不能运行而造成停产的问题。同时实现每个变频器的控制信号均通过双向切换电气设备来完成基本的联锁及控制功能, 在主PLC与切换柜之间、操作台与切换柜之间还有继电器相互隔离, 提高了整个系统的可靠性。
1.2 系统主回路控制电路的实现
两台卷扬变频器的主回路靠0DK倒闸切换来独立供电, 互不干扰, 彻底杜绝了供电主回路共用时主回路的自动空气断路器、接触器、快速熔断器任何一个元件损坏而导致上料停止的事故发生。两台主卷扬变频器的输出回路都接至双投隔离开关2DK上, 经2DK的倒闸切换可将任一台主卷扬变频器的输出回路与主卷扬电机接通, 如图3所示。
1.3 变频控制功能的实现
(1) 主卷扬变频器的启停控制 (以左车上行及停止为例, 右车与左车同) :变频器启动的前提条件为变频器无故障, 控制回路DC24V电源Z+、Z-正常且变频器主回路供电输入AC380V正常。左车上行, 继电器1001K、1002K得电后动作, 变频器的RUN FOR控制端子为高电平 (DC24V) , 则变频器启动并正向运转, 料车左车上行。左车上行到位, 主令控制器XK到位停车点 (第2点) 断开或左车上行位置检测绝对值编码器检测到左车上行到位, 而输出继电器1 014 K (自动停止左车上行继电器) 得电动作使左车上行继电器1 001 K、1 002 K失电, 变频器立即停止工作输出。当受料斗继电器1009 K得电动作, 此时, 料车禁止上行, 直至接收到解除料车禁止上行信号为止, 如图3所示。
(2) 抱闸制动器控制 (以1#变频器工作、左车上行到位后抱闸为例, 右车与左车同) :抱闸制动器打开, 保证控制线路电源正常得电21 k A, 即:变频控制回路 (1DK) 合闸正确, 变频输出回路 (2D) 合闸正确, 抱闸制动器供电回路 (3DK) 合闸也正确。在满足上述的条件后, 1#变频器正确合闸, 继电器1XLJ得电。当左车上行方向继电器1012K得电动作后, 1#变频器启动运行, 1RU N得电。1#变频器输出力矩继电器1TORQ也得电, 这时, 继电器26 k A得电自保, 抱闸制动接触器ZDC闭合, 抱闸制动器液压泵电机得电运转, 抱闸制动器打开。当左车上行到位, 主令控制器XK的到位制动点 (第七点) 断开或左车上行位置的绝对值编码器检测到左车上行到位, 该制动输出继电器1010K (左车自动定位抱闸继电器) 得电, 抱闸制动接触器ZDC便断开, 抱闸制动器液压泵电机失电停止运转, 则抱闸制动器抱闸, 实现抱闸功能。
(3) 变频器的速度控制 (以左车上行及停车为例, 右车控制同) :变频器左重车启动前4 k A、5 k A得电动作, 则变频器的SPEED SEL1控制端为低电平 (DC0V) , 1007K失电则变频器的SPEED SEL2控制端子亦为低电平 (DC0V) , 启动后变频器按重车高速:45~50 Hz的给定频率加速 (5~10 s) 到给定频率, 重车高速运行 (30~20 s) , 4 KA、5 k A相继失电, 则变频器的SPEED SEL1控制端子为高电平 (DC24V) , 变频快速减速 (5~10 s) 至重车低速给定频率:5~15 Hz, 直至到位停车。变频器左空车启动时1007K得电, 变频器的SPEED SEL2控制端子为高电平 (DC24V) , 变频快速加速 (5~10 s) 至空车高速给定频率:35~40 Hz, 空车高速运行 (30~20 s) , 5 k A一失电则变频器的SPEED SEL1控制端子为高电平 (DC24V) , 变频快速减速 (5~10 s) 至空车低速给定频率:5~15 Hz, 直至到位停车。
(4) 料车定位控制。主卷扬上料车定位控制有两种方式, 一是依靠与卷筒同轴转动的无触点主令控制器, 这种方式简单、可靠。另一种采用绝对值编码器控制方式, 该编码器采用现场总线传输至PLC控制站, 实现料车定位的数字化控制, 定位精度高 (±1 cm) 且调整、调试简单, 只须通过键盘就可更改定位点;另外通过键盘还可设定定位的最大、最小值, 这样就可避免料车冲顶而造成严重的事故。
(5) 系统安全联锁。 (1) 在N7 (料车主卷扬低压柜) 上设置有紧急停车按钮TA。 (2) 左 (右) 车上行方向超极限保护有XK的第1点、第9点。 (3) 当出现钢绳的松绳故障时, 松绳检测开关1SK或2SK动作, 变频器合闸主接触器断开, 变频器失电, 抱闸制动器失电抱闸。 (4) 抱闸制动器液压泵电机供电主回路空气开关跳闸, 则试变频器合闸主接触器无法合闸或跳闸, 变频器失电, 抱闸制动器失电抱闸。 (5) 当出现以下任一故障:制动系统故障、超速故障、运行方向故障、减速频率错误故障时, 16 k A均得电引起变频器合闸主接触器断开, 变频器失电, 抱闸制动器失电抱闸。 (6) 过流继电器1001GL1、1001GL2或非门1002GL1、1002GL2任一动作时, 均引起变频器合闸主接触器断开, 变频器失电, 抱闸制动器失电抱闸。 (7) 快速熔断器R1、R2、R3或R4、R5、R6任一动作时, 均引起变频器合闸主接触断开, 变频器失电, 抱闸制动器失电抱。
1.4 PLC控制功能的实现
PLC控制流程图如图4所示。该控制系统通过改造设计实现了振筛振动下料、各仓闸门的关与开、变频器工作与电机调速、料车的上下行、料车倒料和装料、大小钟的关闭与打开的自动控制。
(1) 振筛控制。
PLC的信号:料仓称重传感器为“0”, 表示仓闸门已关到位, 当震动下料, 料仓称重传感器为“1”时, 振筛的振动就停止。
(2) 仓阀门控制。
中间仓阀门关闭, 料仓称重传感器为“1”, 同时中间仓阀门称重传感器为“0”, PLC控制仓阀门打开;反之, PLC控制仓阀门关闭, 则料仓称重传感器为“0”。
(3) 变频器控制。
变频器正、反转由PLC控制实现。小车停在斜桥底部, 当料满载后, PLC控制变频器正转, 加速上行;小车空载且在斜桥顶部, PLC控制变频器反转, 加速下行。中间过程还有匀速和减速控制, 靠限位开关给PLC输入, 改变料车运行状态。
(4) 大小钟控制。
小车倒料完毕, PLC控制小钟开, 延时12 s后, 小钟关闭。小钟关闭后, PLC控制大钟开, 延时10 s后, 大钟关闭。
(5) 故障和报警。
为避免料车失控、变频器故障、松绳和设备异常等故障, 该系统设置了相应的检测等装置, 显示故障并采取了电机抱闸等安全控制措施。
2 结语
该设计通过PLC与变频器及编码器的有机结合实现了仓闸门的开与关、变频器调速、大、小钟的开与关的控制。通过一年多的生产运行, 无论是正常启动还是中途停车再启动, 均能实现高炉上料的平稳运行。同时, 能按照工艺流程完成从料仓经运矿皮带运至中间仓、从中间仓下落至料车、由料车运至高炉顶卸料至高炉进行冶炼的过程, 达到全自动控制的目的。年产值比改造前提升了20%以上, 对高炉稳产、高产, 降低成本起到关键作用, 确保较好的经济效益和社会效益。
摘要：该文以某公司高炉卷扬上料控制系统改造、设计为例, 把施耐德M340 PLC、组态监控软件和ABB ACS800型变频器有机结合起来, 以矢量控制方式实现了对上料小车的精确控制, 供电模式通过主回路上的倒闸来独立实现, 互不干扰, 提高了卷扬上料系统的稳定性, 对高炉稳产、高产, 降低成本起到关键作用, 确保较好的经济效益和社会效益。
关键词：PLC,变频器,卷扬,上料
参考文献
[1]朱安远.高炉料车主卷扬及探尺卷扬电力传动方式浅析[J].基础自动化, 1996 (1) :47-51.
[2]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[3]姬广盈, 祝兆华.设备管理与维修杂志编辑部[J].北京:设备管理与维修, 2006 (2) :31-32.
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[5]胡健.深入浅出西门子S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2011.
高炉上料仿真平台的研究与应用 篇7
仿真,也称模拟,是以计算机技术、网络技术、数字化建模技术、图形图像技术、仿真支撑软件技术等多学科技术为基础,根据被仿真对象的结构、原理、流程、特点,对真实的环境或过程进行模拟和再现。利用仿真技术所开发的产品可用来进行培训、设计、可行性论证、前期验证和实际运行状况分析及优化[1]。本文将对高炉上料仿真平台进行设计。
1PLC仿真程序
1.1 高炉上料工艺流程
1.1.1 槽下工艺流程
高炉1#～10#烧结矿仓分别和11#～20#球团块杂矿仓公用称量斗,槽下共配有烧结球团块杂矿称量斗、焦炭称量斗、焦丁称量斗、碎焦仓、碎矿仓,所有称量斗呈双排式布置。烧结、球团块杂矿仓中的物料经振动筛筛分,符合粒度要求的矿进入各自配套的称量斗,再分别经供料胶带机K1转运到上料主胶带机到炉顶;小于粒度要求的碎矿分别经SK1、SK2、SK3、SK4返矿皮带送入碎矿仓,再经机运系统的返-1皮带送走。焦仓流程与此类似。
1.1.2 炉顶工艺流程
焦炭、烧结矿等各种入炉原料由皮带运到炉顶,倒入受料罐中,称量料罐放散完毕后打开上密封阀和上料闸向称量料罐装料。装料完成后,关闭上料闸和上密封阀,称量料罐进行均压,一旦探尺到料线就进行布料。一批料中,允许焦/矿设定两个不同的料线位置。
1.2 控制程序
由于仿真平台运行在现场之外的环境下,该环境中没有现场的各种设备和仪器仪表,因此高炉上料系统中的各种输入输出信号都需要通过程序进行模拟。对于开关量信号,可以在PLC控制程序中模拟,但是对于模拟量信号,需要建立设备模型进行模拟。
根据上述的高炉上料工艺流程进行PLC仿真程序的设计与编写,实现生产过程自动化控制和开关量信号的模拟。PLC仿真程序运行环境的硬件为施耐德的机架和CPU模板,软件为施耐德的Unity。控制程序编写完成后下装到CPU模板里,即可运行,同时可以在Unity下进行变量监控。为避免PLC仿真程序在CPU模板上丢失或者重新下装程序后部分信号和数据丢失,在PLC仿真程序中增加了一个初始化料单程序,包括矿槽的初始化料单及炉顶布料的初始化料单。
2仿真监控画面
仿真监控画面运行环境为施耐德的Citect软件,监控画面主要用于对工艺流程进行实时监控,可显示初始数据、设定数据、仿真数据,可选择手动和自动操作方式,可对仪器仪表进行强制操作等。为了防止仿真系统终止运行后重新启动,引起监控画面上的工艺流程被卡住现象的发生,在画面中增加了初始化按钮。点击“初始化”按钮,使仿真监控画面程序能够自动运行。
在Citect软件的Cicode文件中编写函数,把监控画面的变量写进数据库,提供给仿真系统使用;同时把仿真系统提供的变量通过数据库读进Citect系统并显示在监控画面上。槽下工艺监控画面如图1所示,炉顶工艺监控画面如图2所示。
3基于MATLAB的数学建模[2]
本文根据现场采集到的各设备的历史数据,在MATLAB环境下对这些历史数据进行整理、分析、计算、拟合、仿真验证,最终得到符合现场实际情况的设备模型。
3.1 槽下部分数学建模
槽下部分的数学建模包括称量斗称重模型和料仓料位模型。图3为称量斗称重和料仓料位实测数据曲线图。
下面以称量值为例进行分析。对称量值的相关变量进行数据观察,找出与称量值有关的变量,然后进行变量筛选和数据整理,每个上料周期具有明显的下降、上升、等待状态,对每个周期内的各状态转换点进行标记,按照标记进行数据分割,得到多个连续曲线段。
对每个曲线段寻找样本中心,以样本中心的拟合曲线进行建模与仿真。建模步骤为:①样本归一化处理;②寻找样本空间的中心;③曲线拟合;④仿真。样本的归一化从时长和幅值两方面进行。时长归一化将同类波形处理成相同长度的波形,幅值归一化则将波形的数值映射到区间[-1,1]。使用K均值聚类方法对样本曲线进行聚类,获得样本中心。对各样本中心曲线进行拟合,获得可以满足精度要求的最小多项式系次数。
3.2 炉顶部分数学建模
炉顶部分的设备模型包括上料罐、称量罐、顶压、北探尺位置、南探尺位置、东探尺位置、西南顶温、西北顶温、东南顶温、东北顶温。图4为探尺位置曲线图。在MATLAB环境下采用曲线拟合方法建立各种设备模型。
4基于动态链接库的仿真系统
仿真系统的开发在Visual Studio 2005环境下进行,采用了C#开发语言。主要包括主界面的设计与开发、与数据库的通讯、数据库中变量的显示、设备模型开发与调用等。高炉上料仿真平台的数据流程图如图5所示。
考虑到设备模型的通用性和保密性,采用动态链接库的方法将设备模型的功能函数封装起来,其他系统只要引用该动态链接库,然后调用其中的函数就可以访问和使用设备模型了。数据库开发环境为SQL Server 2005[3],数据库的表用于存放矿槽工艺与炉顶工艺中监控画面与仿真系统需要交换使用的变量,实现两者之间数据的通讯。
5仿真平台的应用效果
高炉上料仿真平台的实现,使得那些需要了解高炉生产工艺但又不能到生产现场观看的人员在该仿真平台上观看到了与现场生产工艺一样的流程;对那些不熟悉现场操作、容易操作失误的新工人,利用该平台可以获得很好的培训效果;自主开发的基础自动化控制程序经该平台验证后应用到现场,优化了现场控制系统的重要参数,提高了生产效率和产品质量。
目前该平台硬件系统和软件系统运行都很稳定,没有出现系统故障和通讯故障,操作维护方便,系统界面友好,子系统之间通讯正常,响应速度快,仿真准确率高,达到了预期的性能指标要求。
摘要：对高炉上料仿真平台的设计过程进行了阐述。该平台包括PLC仿真程序运行环境、仿真监控画面运行环境、仿真系统运行环境。在该平台上可以实现高炉上料流程的仿真,可以对控制程序进行验证,还可以对操作工进行上岗前操作培训等。
关键词：高炉上料,仿真,监控画面,设备模型
参考文献
[1]张列刚,张建康,刘兴科.仿真实验设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2010.
[2]卓金武.MATLAB在数学建模中的应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.