焦爐的PLC自動控制系統

1 引言
國內自行設計的6m焦爐移動機械已實現機械化作業，但由于其電控系統采用繼電器-接觸器控制，使用的繼電器數量多，線路復雜，投產后故障頻繁，很難保證機械設備功能的全面實現。我們在廣泛吸取國內外經驗的基礎上，在武鋼7#、8#焦爐推焦車、攔焦車上采用了PLC控制，進行了硬件和軟件自行開發和設計，實現了分單元的自動化操作。
推焦車生產過程按照工藝流程劃分為12個作業單元，攔焦車為10個作業單元，均采用“5-2串序推焦”和“一次對位”工藝。推焦桿或導焦柵對準爐位后，既可控制爐門又可清掃爐框。這種工藝與原有“9-2串序”工藝相比，由于減少了車輛移動次數，每出-孔焦可縮短3～4min，雖然增加了控制系統的難度，卻提高了作業效率。為滿足多種作業同時進行的復雜操作，控制系統設計采用了“單元自動操作”和“手動操作”兩種方式。
2 焦爐PLC控制系統的構成
推焦車、攔焦車電控系統均選用美國MODICON公司的984-680PLC控制器，采用800系列模塊、智能I/O模塊、S908遠程I/O驅動器、J890遠程I/O接口處理器和打印機等設備。
推焦車控制部分由1個本地站構成，配置有4個I/O機架和31個I/O模塊,如圖1所示。攔焦車控制部分由1個本地站和1個遠程站構成，各配置有2個I/O機架和17、11個I/O模塊。供電系統設計采用了隔離變壓器和UPS電源。

3 推焦車、攔焦車控制系統功能
3.1 基本控制功能
焦爐移動機械的檢測元件，由于受高溫、粉塵的條件限制，基本上采用限位開關、行程開關，而液壓系統用的電磁閥也不具有位置信號反饋功能，無法直接判斷輸出信號的執行情況，因此在軟件編程時采用了重做、跳步、時間檢驗等設計技巧。按照行程或時間原則，以間接的方式實現這一目的。其程序由設備狀態檢測、聯鎖檢查、控制方式選擇、單元自動控制、單步手動控制、信號顯示、故障部位和過程數據檢測、數據打印8個程序塊組成，層次清晰，結構簡單，便于調試和維護。這里以推焦車控制為例進行說明,攔焦車控制功能基本相同,不再重復。圖2示出推焦車自動控制系統流程。

(1) 單元自動控制
按照作業性質劃分單元，實現取門、推焦，平煤、爐框清掃等分單元的自動操作。單元間彼此獨立，也可通過可靠的聯鎖控制，實現多單元的同時操作。
(2) 手動控制
每一作業單元又劃分成若干控制步，通過單獨的操作按鈕，實現控制步驟的獨立手動操作。
(3) 重做功能
在單元自動方式操作時，可能由于某種原因，代表一個動作完成的開關未能按規定的行程或時間動作。為了正確判斷這些開關是否屬于不可恢復的故障，根據自動重做申請后的人工確認，將自動執行重做功能，如重做成功則程序向下執行，否則進行故障報警。
(4) 跳步功能
運行過程中，有些控制動作雖未能在規定的行程或時間內完成，但對整體功能的實現并沒有太大的影響，則采用跳步方式跳過這段程序，繼續向下執行。
(5) 時間校驗功能
用時間原則來判斷一個動作指令是否完成。根據設備運行的速度和移動的距離計算出校驗用的時間設定值。動作指令發出后，如在此時間內完成即為正常，否則判斷為設備故障．時間校驗功能又因同一控制過程中控制因素的變化而分成單時間和雙時間校驗功能。
(6) 減速校驗
推焦桿運行至前進端或后退端時，減速環節是否能正確投入，對推焦桿和焦爐爐體的安全是至關重要的。減速校驗就是根據減速校驗開關的動作狀態，判斷渦流制動是否投入，如未投入，即迅速切斷控制回路。
(7) 平煤次數選擇功能
根據工藝要求分為長行程和短行程平煤兩種方式，每種方式又可有若干種不同的選擇。程序設計上采用了長、短行程各有0～9種，可任意組合．只要事先選擇好開關位置，程序即可按規定的方式和次數自動進行平煤。
3.2 監控功能
(1) 設備狀態監控功能
程序中利用“STAT”功能塊來檢測控制器中的各種設備運行狀態信息，這些信息有CPU運行狀態、存儲器保護狀態、后備電池工作狀態、AC電源狀態等，當這些設備狀態正常時，程序允許執行各種控制功能，如異常，立刻產生報警，切斷控制回路，并進行數據打印。
(2) 聯鎖檢查
聯鎖檢查分單元自動初始條件檢查、單元自動運行條件檢查和單步運行條件檢查。通過聯鎖檢查，將確保在多單元同時作業時的可靠運行，杜絕設備事故的發生。
(3) 推焦電流數據采集、處理和記錄功能．
(4) 狀態顯示和報警功能
生產過程中設備運行狀態，可通過燈光和音響按正常、重故障、輕故障狀態分別進行顯示，并在故障發生時，根據故障性質采取相應的控制措施。
(5)過程數據檢出和打印功能
向操作和維護人員提供準確的操作信息和維護數據是操作穩定和系統可靠運行的重要保證．在每次作業中，當“重做”、“超時”、“跳步”、“聯鎖欠落”等故障發生時，均實時將發生故障部位的各種信息檢出，并通過內部總線傳送到智能I/O模塊中，進行數據處理后，自動打印出相關數據．這些數據包括運行方式、單元號、數據類型和具體故障部位的設備代碼．
4 運行效果
本系統在武鋼7#、8#焦爐一次試車投產成功，實現了全部軟件設計功能，僅投產2個月就達到了推焦間隔10min的綜合設計指標，創造了國內同型號焦爐開工順產、達產的新水平。與國內設計的繼電器控制的6m焦爐相比，具有下列優點:
(1) 推焦車每爐位動作時間為405s，其作業效率提高了10%。
(2) 清門、清框、爐臺清掃、頭尾焦處理均實現了自動化操作，大大降低了工人的勞動強度。
(3) 系統可靠性高，投運以來運行正常，與本廠4.3m焦爐相比，其月平均電氣故障時。
間比為1:10，故障率大大降低。
5 結束語
實踐證明，PLC控制系統在武鋼7#、8#焦爐移動機械系統使用中具有顯著的經濟效益和社會效益，并具有較高的推廣價值，為今后焦爐移動機械全面采用PLC控制創造了條件。