1、1基于西门子 PLC 的转炉上料系统摘 要：详细介绍了福建三安钢铁有限公司转炉上料的自动控制系统，包含其工艺流程，硬件配置，系统组成及各个系统中 PLC 的应用，重点突出一些先进的功能，实现转炉散装的远程自动控制，可靠、高效、安全的实现转炉的上料。 关键词：PLC；自动控制；上料 中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.15.102 0 前言 转炉上料系统具有高温、高粉尘、流程跨度大的特点，三安公司原有的是一个纯电气控制的上料系统，需要人员到现场操作，工作环境差，上料效率低，且控制电缆错综复杂，难以排查故障。现采用西门子300CPU，从站
2、采用 IM153-1、GKDP、GCI-DP、图尔克 2RFID-S 等通过profibus dp 总线协议组成一个 PLC 控制系统，实现在操作室电脑远程控制现在设备的运行，使矿料快速、精确的到达指定下料口。 1 工艺流程 如图 1 所示，料矿由地面堆料室经地下受料槽通过闸阀下到 1#皮带，经转运站到 2#皮带、3#皮带到达卸料小车，进而进入下料口，存储在转炉上位料仓中，料仓设有料位计，实时监控料位情况。由于下料过程粉2尘大，使用一个新型的移动式通风槽除尘系统对准卸料小车进行除尘。 2 整体设计 控制系统包括一个有 351-2DP，CP343-1 组成的一个 300PLC 主站，八个地下受料
3、槽操作箱，3 个皮带操作箱，一个除尘器从站柜，一个IM153-1 从站，一个小车定位箱，一台 440 变频器，3 个料位计仪表箱，两台电脑，一台交换机组成。Profibus DP 走向如图 2 所示，其中由于距离较远且为了简化线路，在下料平台电气室设置一个图尔克中继模块，作用为放大信号和一入三出的功能，由 2#皮带分别去往 3#皮带操作箱，小车定位箱和 IM153 从站。控制程序和上位机界面分别由西门子STEP75.5 和 WINCC6.0 完成。 3 系统组成 上料主体由地下受料槽、皮带卸料小车组成，主画面如图 3 所示，受料槽选择某个料槽可以一键启动，皮带也是一键启动，卸料小车选择某个指定
4、仓位点启动，小车自动开到指定位置后停止，图中浅灰色原定为 RFID 定位显示，具体炉号、仓号、位号显示在画面中。3 个转炉总共30 个仓，每个仓需要的料种可在画面中选择显示。 3.1 地下受料槽 地下受料槽需要远程控制的有震动给料机和闸阀，控制要求为震动给料机启动的时候开启闸阀。控制模式分为手动控制与远程控制，手动为纯电气控制。远程控制时主要控制闸阀。闸阀设有 4 个接近开关限位，分别为关到位、位置 1、位置 2、开到位，其中位置 1 和位置 2 是操作工根据经验设定出来，平时生产位置 1 可以满足下料速度的需要，当需要3更快速度时使用位置 2，画面操作为先选择位置，再点开发，闸阀开到指定位置
5、后停止。 3.2 送料皮带 总共设有 3 条皮带，皮带手动控制为单个启动。远程控制时，皮带为流程启动，即启动时有 10s 的启动预告，之后先开 3#皮带，然后开 2#皮带，最后开 1#皮带。停皮带时先停 1#皮带，再停 2#皮带，最后停 3#皮带，当皮带有故障时，如重跑偏、拉绳等，有故障的皮带和送料方向之后的皮带立马停，之前的皮带继续运行 10s 后停止。在画面皮带控制窗口中也可选择连锁启动与解锁启动，解锁时，也可控制单条皮带启停。3.3 卸料小车及小车定位 卸料小车主要控制小车的精确定位，本系统采用了 RFID 技术来使小车精确定位。无线射频识别技术（Radio Frequency Iden
6、fication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。其包含 3 个组件分别为图尔克 2RFID-S 网关模块，读写头和载码体。网关模块和读卡器固定在卸料小车上，载码体固定在料仓正上方。 三安公司有三座转炉，每个转炉 10 个仓，每个仓设计固定在角钢的三个载码体对应三个仓位，中间为停车位，旁边两个为减速位。选择转炉的某个仓位，则目标仓位值为该仓位的停车位。具体设计如下： （1）要把仓位、炉号、仓号、位号写入载码体。把载码体置于读卡4器上，在画面上点击写入按钮，写入程序如图 4 所示。 （2）
7、读取的仓位为实际仓位，画面给定仓位为目标仓位（每个仓的中间仓位） ，通过比较两者的差值给定变频器的频率，实际仓位大于目标仓位时小车正向，小于为反向，当当仓位差大于 2 时，小车 40Hz 运行；当仓位差等于 2 时，小车 20Hz 运行；当仓位差等于 1 时，小车 10Hz 运行；当仓位差等于 0 时，小车 0 速。经测试，这种方式可以精确进行定位，误差不超过 2cm。流程图如图 5 所示。 （3）当仓位不是连续变化时，画面提示仓位故障，如非目标仓位，小车继续运行，如为目标仓位，小车来回行走两次后停止。 3.4 料位计 采集的料位数据通过 GCI-4AI/I 模块进入 PLC 进行处理，显示在
8、画面中，并做趋势，操作工通料位数据判断需要上料量，准确、及时的进行上料。 3.5 除尘系统 本系统采用的是一种新型的除尘系统移动式通风槽除尘系统。吸风管在总风管轨道上滑动，滚动皮带密封通风槽。当卸料小车对准料仓时，密封皮带凸起，包住吸风管，形成一个相对密封的管路。经使用观察，风口开三分之一时，除尘效果就已达到要求。除尘器采用脉冲式袋式除尘器，总共 5 个除尘室，自动控制时，分为定压清灰和定时清灰两种模式。当 为定压清灰时，压力始终要保持在 0.8MPa 到 1MPa 之间。当为定时清灰时总共有 15 个清灰序列，每个除尘室 3 个清灰序列，图 6 为 1#除尘5室的控制程序，清灰开始时，先开启
9、离线阀 SV1，6s 后脉冲阀 SE1 开启0.1s，再过 240s 后转到下一个除尘室，依次动作到 5#除尘室后再过810s 回到 1#除尘室，一套动作时间为 30 分钟。 4 结论 采用自动化控制技术，使转炉上料由以前需要多人到现场操作变成一种简单、高效的一次上料方式。RFID 技术的使用，实现了卸料小车精确定位；新型除尘系统使上料扬尘量大大降低，工作环境得到改善；现场总线模块的使用，使得设备故障率大大降低，且易于排插故障。三钢钢铁转炉散装料系统现已投入使用，一直稳定运行，故障率低，明显提高了工作效率，降低了操作人员的工作量。 参考文献 1Finkenzeller K.射频识别技术M.陈大才，译.北京：电子工业出版社，2001. 2周美兰.PLC 电气控制与组态设计M.北京：科学出版社，1997. 3Hans Turck GmbH Co.图尔克 BLident 系列产品Z.Hans Turck GmbH Co.，2014，27（10）. 4钢铁企业采暖通风设计手册（第 1 版）M.北京：冶金出版社，1996. 5廖常初.S7-300/400 PLC 应用技术M.北京：机械工业出版社，2011， （12）.
