自动化系统在烧结工程中的设计

自动化系统在烧结工程中的设计

本文着重介绍了自动化系统在烧结工程中的应用实例，包括系统的总体布置、组态、硬件设计、控制要点等几方面的内容。

标签：自动化系统；组态；控制

1 前言

目前，自动化系统普遍应用于烧结工程中，对生产过程进行控制，对工厂的信息进行管理；从单回路的连续控制，到包括顺控功能的多回路复杂控制；能由操作站、上位计算机进行集中监视、信息处理以及集中操作。这种控制系统用CRT操作台作为人机接口的主要手段，其主要特点是，全部信息通过数据总线传递，由上位计算机监控，实现优化控制和管理；操作人员在操作台通过键盘集中操作，能同时进行多参数显示，图表和图像显示，从而可以统观全局。

自动化系统的设计一般分为三个阶段，下面以印度TATA工程为例，分别介绍自动化系统的几个设计阶段。

2 自动化系统的总体设计

首先，按工艺要求，根据工艺设备布置图和工艺流程图确定控制室的数量和位置。烧结工程中，主要的工艺设备一般集中在主厂房和配料室两个地方，所以在主厂房控制室内设工程师站HMI-1、主机设在主厂房，在配料控制室内设工程师站HMI-2，两个控制室的工程师站通过网络相互连接，实现对全厂设备的操作、监控和管理。

其次，I/O站的划分与布置图。烧结厂的生产过程是连续性的生产过程，在生产不间断的情况下，任一设备环节出现故障都会引起堆料事故的发生。在整个生产过程中有些设备并不是连续运转，而是按一定的时间间隔周期性动作，基于上述原因，生产中对烧结厂的设备启动、运转、停止就有许多时序和连锁的要求。连锁系统的划分原则是，在一个生产系统的设备中，某一个设备的启动、停止立刻对它前后的设备发生影响，这些设备必须连锁在一个系统中。系统划分以缓冲矿仓作界限。有了矿仓作缓冲，矿仓前后的设备一旦发生事故，并不会立即造成互相之间的影响，一般只要矿仓贮存时间达到5～10分钟，就可以作为连锁系统之间的界限。有些设备，如主抽风机的停、开，并不使烧结机发生事故，可以成为独立的I/O站。据此原则，整个工程分为原料受料仓、燃料熔剂破碎室、配料室、混合制粒室、带冷筛分室、高炉成品矿仓、主抽风机房、水泵站、机头除尘配电室等I/O站。

3 自动化系统的组态

确定控制系统组态，PC的选型是一个重要的环节。整个控制系统选用德国

SIEMENS公司产品，主机选用CPU-414-4H，并且CPU主机应冗余热备用；本地I/O和远程I/O均采用ET200M分布式I/O系统，选用ET200M远程站是因为当系统需要不断扩充、修改时，使用分散的I/O系统较为方便，而且，独立的远程I/O装置直接放在现场设备附近，不需要远距离敷设电缆，也是较为经济型的选择。CPU主机与各ET200M远程站通过PROFIBUS DP总线相互连接；并留有高层网络的通信接口。机头、机尾电除尘的PLC系统随电除尘设备成套供货，其PLC型号规格应随主PLC配套。

配置见图1。

图1

4 自动化系统的设备设计

设备设计包括硬件设计、运转方式类别、布置安装设计和配线设计等。硬件设计包括输入、输出模块的选择及点数的估算。输入、输出模块的电压等级可根据现场设备与模块之间的距离来选择，该工程设有多个远程站，设备与模块间距离较近，所以选择DC24V模块。控制系統的输入、输出点数可根据每个单体设备的I/O点数来决定，一般设备均有电源、运行、故障、选择开关、安全开关等输入点，胶带机还有跑偏、打滑、事故输入点，个别设备还有正反转、位置开关等输入点。最后按实际的I/O点数另加20%的备用量。系统的运转方式为连锁集中控制和机旁手动控制。系统的布置安装设计以合理，紧凑为原则，PC柜内布线应完美整齐，便于装卸I/O模块。端子排也要进行合理的安排，尽量把高电平电缆和低电平电缆的端子分开。系统的主机特别重要，选用不间断电源供电，其它地方供电电源选择稳压电源供电。冶金工业现场的环境比较恶劣，现场的各种动力线会产生干扰，这些干扰都将通过与现场设备相连的电缆引入PC柜，为抑制干扰，可选用屏蔽电缆，在敷设时，与电源电缆、动力电缆分开敷设。另外，接地也是抑制干扰的主要方法之一，柜体、屏蔽电缆均要求可靠接地，接地电阻不大于1Ω。

整个系统还要求通过上位机对整个的生产过程进行监视和显示，画面显示内容有：设备电源显示，设备运转状态显示，过程状态显示，设备故障状态显示。

5 烧结工程自动化系统的控制要点

控制的分类有连锁集中控制和机旁手动控制。连锁集中控制使各生产机械的电动机之间具有电气连锁关系，并集中操作，其运转程序有：1）顺序启动，系统启动时，自生产系统的最终设备开始，逆物料运输方向，依次延时启动，一直到最上游设备启动完毕后，启动才算完成。延时启动的延时时间对一般设备约3～5秒，但大型回转的设备，如一、二次混合机等，其顺序延时时间要适当加长。2）同时启动，当系统内的各设备因事故同时停止运转后，如再行启动，则按顺序启动对配料系统来说，就会产生被输送物料的组成发生变化，引起配料比的紊乱。为此，一般对从一次混合机起料流上方的设备，在同时停止运转后，启动时必须同时启动。3）顺序停止，生产过程停机采用顺序停止程序，即停机时，

先停物料流动最上游的给料设备，并顺物料流动方向，顺次序往下游停止各设备运转。4）同时停止，从配料仓起到烧结混合料仓止，为了保持配料比的稳定，要能实现同时停止。5）事故停止，对于连锁的设备，当由于某种事故原因而要实行事故停机时，操作中央控制室或机旁的事故停止开关，连锁设备可以同时停止。6）机旁运转，对于在中央控制室连锁的设备，要求能够在机旁进行单独运转的操作，便于调试和检修。操作程序是，把相应的机旁操作开关置于”机旁”，就可实现单机的启停。

6 结束语

可编程序控制器的应用，使烧结工程工业自动化水平有了明显的提高，经济效益显著，电气控制系统可靠性增强。而且，它具有更强的与工业过程相连的接口，更直接地适用于控制要求的编程语言，可以在恶劣的环境下运行等特点。随着超大规模集成电子技术和微型计算机技术的飞速发展，使得可编程序控制器在过程自动化、工厂自动化、计算机综合生产系统等自动化领域中得到了广泛应用，成为现代工业自动化的支柱。

参考文献

[1]李章兵.自动化与仪表[Z].1991，6.

[2]曹国栋.冶金自动化[Z].1991，6.