自动控制在八钢烧结料场的应用

自动控制在八钢烧结料场的应用

【摘要】本文介绍了八钢烧结料场自动控制系统的生产工艺、硬件组成和设计结构，及各个子系统的控制原理和主要功能。并进一步阐述了该自控系统的运行状况及应用体会。

【关键词】烧结料场；自动控制；PLC应用

0 引言

随着钢铁规模日益扩大，普通的汽车堆取原料方式已不能满足快速的生产节奏，安全性也受到了前所未有的挑战。科技的飞速发展，使得大型机械化和精确的自动控制精密的联系在一起。

八钢烧结料场为了可靠快捷的为烧结厂给及原料，引进了先进的自动控制系统。该系统的安全可靠，快捷方便。原料混均配料，有序的堆放到指定的位置，三条互为备用的取料流线是该系统的最大特点，也使该料场自动化程度达到了国内领先水平。

1 烧结料场工艺流程

八钢烧结料场有若干条地面皮带机、10个料罐、一台堆料机、两台取料机等设备组成。

堆料：从外面采购来的原料由汽车运送到汽车受料坑中，通过汽车受料系统将料运送到储料罐中，每个储料罐根据生产要求装入不同的料，通过圆盘配料按一定的配比进行配料，然后将配好的混均料通过自动堆料系统由堆料机堆放到指定位置。取料：选择不同的流线来取料，流线1、2是通过取料机来取料，流线3是通过汽车运送来取料。然后取来的料通过自动取料系统运送到烧结厂（如图1所示）。

图1 工艺流程图

2 硬件组成和人机界面（HMI）

2.1 硬件组成

西门子s7-300PLC采用模块化结构、适合密集安装，模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便。在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、接口模块ET200等模块，并且可以通过接口模块实现多个机架的扩展工作方式。

烧结料场自动控制系统由1台工程师站和2台操作站及4个S7-300PLC组成。通讯方式采用工业以太网，这些设备通过工业以太网连接到一台西门子交换机上，网络拓扑结构为星型结构。其中一台堆料机和两台取料机都是各自一个独立CPU控制，由于这三台堆取料设备运行环境复杂多变，移动距离大等缺点，所以它们的以太网连接是采用通过无线的DATA-LINK与交换机连接并且采用的点对多的方式通讯。

图2 网络拓扑图

本系统采用西门子300和200系列的可编程控制器，CPU1、CPU2、CPU3和CPU4都是西门子300系列的主控器，它们通过Industrial Ethernet连接。上位3台工控机也是通过Industrial Ethernet连接，对现场的设备进行运行状况监视和启停控制。堆料机CPU1有一个子站通过PROFIBUS连接（如图3所示）；料场系统CPU4有7个子站和1个西门子200系列的CPU通过PROFIBUS连接。

CPU1为堆料机的主控器，CPU2为1#取料机的主控器，CPU3为2#取料机的主控器，CPU4为料场的主控器。这4个CPU均是300系列的。通过Industrial Ethernet协议连接起来。CPU1、CPU2和CPU3通过无线通讯连接，通过无线的DATA-LINK与交换机连接，CPU4也连接到交换机上。3台上位工控机连接到交换机上。

图3 原理框图

2.2 人机界面（HMI）

工控组态软件WinCC（ControlCenter）是一个集成的人机界面（HMI）和监控管理系统，它真实的将工厂控制软件集成到自动化过程中。HMI人机界面系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示、故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。

八钢烧结料场HMI系统信息以友好方式与用户交互。通过自动化控制系统接收操作人员通过HMI输入的数据进行处理，处理后再将过程数据信息、设备状态信息和各种测量值以符号、数值、曲线、图表及历史记录的形式在HMI画面上显示。最终实现了在HMI操作站（上位机）上以最少的设备数量提供最大可能的信息，帮助操作人员和设备维护人员快速准确的了解系统当前状态及其相关信息的设计目标。

2.2.1 主画面

烧结料场的HMI系统的主画面主要是以设备的控制操作为主，堆料方式选择、取料方式选择以及混合配料配比的输入等。

2.2.2 报警系统

对于如皮带跑偏、失速、热继和拉绳等一些重要的开关量输入参数进行实时报警，当处于监控下的任何一个皮带或其他设备因故障停机时，报警灯就会立即闪烁，同时通过报警一览表对话框可以检查报警于哪个设备以及错误的出处，并对此采取相应的措施。

2.2.3 历史曲线

在此画面中除了实时显示变量的变化趋势，操作员还可以检查过去的过程数据记录，通过对过去历史趋势的比较进而可以对变量未来的发展趋势做进一步的预测。另外，还具有报警或变量记录档案库数据的运行报表。

2.2.4 报表系统

烧结料场的报表系统是基于Microsotf SQL Server来编写的。该报表是对10个圆盘给料情况进行了数据采集和记录，并且能够统计出每天每个班的产量及配料的种类。同时该报也对取料的流量和取料的流量累计进行了采集和记录，并且能够统计出每天每个班的取料产量等。

3 运行状况

烧结料场自控制系统自去年投产以来，运行至今，表现出了良好的稳定性、可靠性和先进性，具体表现在：

3.1 设备运行稳定可靠

该系统主要设备均采用德国西门子300系列PLC及美国的DATA-LINK的调制解调器，质量可靠、运行稳定、操作简便、手动，自动切换方便、故障率低。

3.2 自动化程度高

烧结料场采用先进的控制系统，实现了烧结料场的受料、配料、堆料和取料的自动生产。整个自控结构合理，技术先进。通过计算机对生产过程进行24小时实时监控，对生产数据自动进行统计处理，并能自由打印出生产报表，大大减轻了劳动强度。

3.3 混均矿质量大大提高

自动控制自投入运行以来，对稳定混均矿的质量起到了关键作用。出场的混均矿合格率高，为烧结厂生产合格的烧结矿提供了坚实的保证。

3.4 节能效果显著

由于实现了堆料取料的自动控制，从根本上改变了以往由汽车来运送浪费严重的落后状况，将汽车运送过程中洒落问题彻底解决。