采用QUANTUM系列PLC完成轉爐上料系統自動控制

1 引言
轉爐上料系統負責給轉爐的輔原料高位料倉、鐵合金中位料倉、鐵合金爐后料倉及LF爐精煉料倉提供各種合格的冶煉輔料，滿足煉鋼過程中造渣、脫氧、合金化及成分微調、爐外精練的需要。

2 上料系統工藝簡介
上料系統包括輔原料和鐵合金上料系統兩套上料設備組成，系統設計的任務就是要求充分利用輔原料、鐵合金兩套上料系統設備，完成輔原料A1、A5流程及鐵合金A2、A3、A4、A6、A7、A8流程的操作。在自動化功能上要實現各流程皮帶機的手動、自動、非常手動和現場本地操作四種運行方式和卸料小車的自動準確定位、振料機的自動啟動停止，為此需要在卸料小車、皮帶機、振料機等流程設備存在的相互連鎖關系基礎上，以清料時間為基礎實現單一流程的順起、順停及換料操作，為了避免不必要的皮帶機停止操作，以提高上料系統運行效率，需要實現輔原料A1、A5流程之間及鐵合金A2、A3、A4、A6、A7、A8流程之間的轉流程操作。各流程主要設備逐項介紹如下。
2.1 輔原料上料系統
(1) A1:地下料倉振料機FVF01-FVF08;輔原料上料皮帶機FBC01-FBC03;輔原料卸料小車FXC1;輔原料高位料倉FGC01-FGC10、FGC201- FGC210、FGC301- FGC310
(2) A5:石灰窯輸送皮帶機;輔原料上料皮帶機FBC02-FBC03;輔原料高位料倉FGC01-FGC10、FGC201-FGC210、FGC301-FGC310
2.2 鐵合金上料系統
(1) A2:鐵合金地下料倉振料機TVF01-TVF14;鐵合金上料皮帶機TBC01-TBC03+TBC04正轉、TBC04T推桿正限位+TBC05;鐵合金中位卸料小車及推桿TXC1、1TXC1T1T、1TXC1T2T;鐵合金中位料倉:TZC01- TZC06、TZC201-TZC208、TZC301-TZC308
(2) A3:鐵合金地下料倉振料機TVF01-TVF14;鐵合金上料皮帶機TBC01-TBC03+TBC04正轉、TBC04T推桿反限位+TBC06-TBC07;鐵合金爐后卸料小車及推桿TXC2、TXC2T;鐵合金爐后料倉:LHC01-LHC06、LHC201-LHC206、LHC301-LHC306
(3) A4:鐵合金地下料倉振料機TVF01-TVF14;鐵合金上料皮帶機TBC01-TBC03+TBC04反轉;1#精煉上料皮帶JBC01;1#精煉鐵合金卸料小車及推桿:1JXC1、1JXC1T;1#精煉料倉:SBN01-SBN16
(4) A6:石灰窯輸送皮帶機;鐵合金上料皮帶機TBC02-TBC03+TBC04反轉;1#精煉上料皮帶JBC01;1#精煉鐵合金卸料小車及推桿:1JXC1、1JXC1T;1#精煉料倉:SBN01-SBN16
(5) A7:鐵合金地下料倉振料機TVF01-TVF14;鐵合金上料皮帶機TBC01-TBC03+TBC04正轉、TBC04T推桿正限位+TBC05;2#精煉上料皮帶2JBC01;2#精煉鐵合金卸料小車及推桿:2JXC1、2JXC1T;2#精煉料倉:JGC01-JGC216
(6) A8:石灰窯輸送皮帶機;鐵合金上料皮帶機TBC02-TBC03+TBC04正轉、TBC04T推桿正限位+TBC05;2#精煉上料皮帶2JBC01;2#精煉鐵合金卸料小車及推桿:2JXC1、2JXC1T;2#精煉料倉:JGC01-JGC216
其中A1和A5流程之間以及A2、A3、A4、、A6、A7、A8流程之間的共用皮帶機很多，如何實現在不停共用皮帶機的條件下，各流程的正常切換操作是上料系統實現自動化的關鍵。

3 程序設計的主要工藝依據
3.1 外部控制
(1) 皮帶機要求順著到所上料倉的上料方向逆起順停。
(2) 皮帶機控制從屬于流程選擇方式:自動、手動、非常手動。
(3) 當皮帶工作機在自動方式時，振料機、卸料小車及推桿根據需要可以工作在手動或非常手動方式。
(4) 進行更換料種、轉流程操作時，卸料小車及流程都要選擇自動方式，而振料機可以根據需要工作在自動或手動、非常手動方式，只有在自動和手動方式下振料機和所上的料倉之間有連鎖關系, 以免因操作失誤造成混料。
3.2 連鎖控制
(1) 振料機在自動、手動、非常手動等上位操作方式下，只要振料機下的皮帶機未運行，振料機不運行。
(2) 當所設定的上料重量完成后，振料機自動停機。
(3) 振料機在自動、手動操作方式下，當所選擇的上料料倉到達高料位或高高料位時，振料機自動停止。
(4) 無論皮帶機在什么操作方式，只要所選擇的上料料倉到達高高料位，皮帶機都執行急停操作，但經操作工確認后可以繼續啟動皮帶機清料，以便清空皮帶上的余料，為下次上料做好準備。

4 控制系統設計
4.1 硬件配置設計
為了實現以上功能，我們采用了施耐德公司的QUANTUM系列PLC, 包括一個本地的16槽機架，一個16槽遠程機架, 一個16槽擴展機架，由于上料系統所涉及的設備分布較為分散，按照常規的電氣設計，從現場設備到PLC的信號模塊將需要很多控制電纜，無論給電氣施工還是維護都帶來很多不便，為此我們采用了TURCK公司的PROFIBUS DP遠程I/O模塊，解決了現場設備信號的可靠傳輸問題，系統硬件配置原理如圖1所示:

圖1 系統硬件配置原理圖

4.2 典型上料控制流程圖設計
無論在自動、手動還是非常手動方式，都需要實現卸料小車的準確定位，這也是一個典型的利用接近開關進行多點定位的應用，為此利用QUANTUM系列PLC CONCEPT編程軟件的子程序功能，針對輔原料系統和鐵合金系統小車定位的不同特點，編制了專用的定位子程序，并在子程序中考慮了小車定位過程中可能發生的各種異常情況如:小車移動超時、接近開關失靈、鐵合金小車推桿不能正常到位、小車移動極限位置保護等，即優化了程序結構，又保證了程序運行的安全性。以較為復雜的更換流程為例，程序控制方框圖如圖2所示。

圖2 程序控制方框圖

5 結束語
轉爐上料系統涉及設備多、操作方式多，如果用常規的操作臺進行操作，設計將非常煩瑣，為此我們采用了根據Monitor Pro上位監控軟件編制的上位操作和監控系統，包括輔原料高位料倉、鐵合金中位料倉、鐵合金爐后料倉、精煉鐵合金料倉的上料操作及上料系統設備的運行監示、故障診斷及報警，料位機、皮帶稱、料位開關等上料系統儀表的顯示，實現了設備運行的可視化，Monitor Pro工作在普通的PC機上，運行于Windows 2000或XP操作系統，采用Client/Server結構，網絡功能強大, 具有超大容量實時數據庫，對實現上料系統的操作監示起到了重要作用。
通過采用QUANTUM系列PLC和Monitor Pro上位監控系統實現了我公司轉爐上料系統的自動化，并通過多種操作方式的實現，提高了系統運行的可靠性和對各種現場設備狀況的適應能力，提高了上料系統的運行效率，減輕了操作工的勞動強度。