施耐德PLC在攀鋼釩360+m2燒結(jié)機(jī)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

攀 鋼 技 術(shù) 37 施耐德 攀鋼 釩 360 自動控制系統(tǒng)中的 應(yīng)用 唐 煒 ， 杜斯宏 ， 于天齊 （ 攀 鋼釩煉鐵廠 ） 摘 要： 介紹了 攀鋼釩 360 結(jié)機(jī) 自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，及自動控制系統(tǒng)的組成、 系統(tǒng) 特點和 系統(tǒng)的 功能 ,并著重介紹了該系統(tǒng)在配料、 點火爐溫度控制、 機(jī)速度聯(lián)動等自動控制功能的實現(xiàn) 。 關(guān)鍵 詞 ： 燒結(jié)機(jī) ； 自動控制 ； 施耐德 ； 0 引言 攀鋼釩為了 促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，同時響應(yīng)國家環(huán)保政策，對 20 世紀(jì)七十年代 先后 建設(shè)的 一期 130 期分批進(jìn)行全面升級技術(shù)改造，以提高燒結(jié)系統(tǒng)整體裝備和環(huán)保水平， 攀鋼釩第一臺 360 008 年 4 月 15 日動工， 2009 年 6 月 1 日投料 點火 ， 并很快達(dá)產(chǎn) ，為高爐提供優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。該燒結(jié)機(jī)是國內(nèi)最大的釩鈦磁鐵礦燒結(jié)機(jī)之一，其自動化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和 硬件設(shè)備，并應(yīng)用先進(jìn)的燒結(jié)工藝優(yōu)化控制軟件技術(shù)，實 現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程自動控制、監(jiān)控及管理，為攀鋼 釩鈦磁鐵礦 燒結(jié)生產(chǎn)走向大型化邁出了一大步。 工藝概述 燒結(jié) 是 將含鐵粉狀料或細(xì)粒料進(jìn)行高溫加熱，在不完全熔化的條件下燒結(jié)成塊的過程， 作為煉鐵原料。燒結(jié)過程是根據(jù)煉鐵的要求 ， 將細(xì)粒的含鐵原料、熔劑、燃料進(jìn)行配料、混合造球、鋪料點火、抽風(fēng)燒結(jié) ， 而后再降溫固結(jié) ， 經(jīng)破碎、篩分、冷卻、整粒后把成品運往高爐。返礦重新參加配料、鋪底和燒結(jié)。燒結(jié)過程的基本原理就是把準(zhǔn)備好的混合料在燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行點火并通過抽風(fēng)的作用 ， 使混合料中的固定碳燃燒 ， 產(chǎn)生高溫混合物局部軟化或者熔化，發(fā)生一系 列的化學(xué)反應(yīng)，生成一定數(shù)量的液相，隨后由于溫度降低，液相冷卻而凝固成塊。 2 自動控制系統(tǒng)構(gòu)成 根據(jù) 新 號 360 結(jié)機(jī) 工藝流程特點及工藝要求，為滿足燒結(jié) 生產(chǎn) 工藝要求，提高自動化控制水平，提高燒結(jié)礦質(zhì)量、節(jié)能降耗、改善工人勞動環(huán)境，設(shè)置了完善的過程檢測和控制項目， 自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個 新 號 360 結(jié)機(jī)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，實時數(shù)據(jù)的采集與分析，過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報警，過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理，報表打印，畫面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動化及過程計算機(jī)控制。各個 、上位監(jiān)控機(jī)、工程師站之 間采用 冗余 配置的 P 工業(yè)以太網(wǎng)連接，構(gòu)成了 新 號 360 結(jié)機(jī) 生產(chǎn)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)燒結(jié)工藝對自動化系統(tǒng)的要求， 新 號360 結(jié)機(jī) 計算機(jī)自動控制系統(tǒng)采用施耐德40 系列 板 140 5150，140訊模板 140 3200， 140 3200,140 入模板 140 140 140 140 輸 出 模 板 140 140 可實現(xiàn) 原燃料接收系統(tǒng)、 配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、 鋪底料系統(tǒng)、冷返礦系統(tǒng)、 主粉塵系統(tǒng)及電除塵卸灰系統(tǒng)的 電控 邏輯順序控制 。 對 原燃料 接受 及 貯存系統(tǒng)；配混系統(tǒng)；燃料二次分加；生石灰配加；燒冷系統(tǒng)；成品篩分系統(tǒng)；主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；全廠物料及能源介質(zhì)計量；除塵器系統(tǒng)；余熱利用系統(tǒng)及其它輔助設(shè)施的 儀控 過程檢測與自動控制 。 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置如圖 1 示 。 控制系統(tǒng)中 責(zé)原料進(jìn)料系統(tǒng)、配料系統(tǒng)及燒冷系統(tǒng)的電控部分， 連接 有 14 臺變頻器， 38 2010 年第 33 卷第 4 期 負(fù)責(zé)整粒篩分、鋪底料、返礦系統(tǒng)的 電控部分， 連接 有 12 臺變頻器， 責(zé)配料系統(tǒng)、一混、生石灰、一次配加、外配煤儀控部分，連接有38 臺變頻器， 責(zé)燒冷系統(tǒng)、機(jī)頭、機(jī)尾除塵、外圍儀控部分， 余熱回收控制站， 主抽控制站。 圖 1 攀鋼釩 新 號 360 燒結(jié)機(jī)自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡圖 參加集中 控制的主工藝設(shè)備均采用以三電一體化系統(tǒng)為核心的可編程序控制 (成的計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制， 并應(yīng)用國內(nèi)先進(jìn)、成熟的燒結(jié)控制軟件技術(shù)實現(xiàn) 新 號 360 燒結(jié)機(jī) 生產(chǎn)過程自動控制。所有過程檢測、控制參數(shù)均納入到中控室計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過 程集中監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)處理及生產(chǎn)管理。 系統(tǒng)還應(yīng)用 過各變頻器相連。 在電氣樓設(shè)置中控室對整個燒結(jié)主工藝系統(tǒng)進(jìn)行操作、監(jiān)視、控 制、報警和管理。主控室設(shè)置了計算機(jī)控制系統(tǒng)操作站（含模型操作站 ）、打印機(jī)；工程師站、服務(wù)器、計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制柜、網(wǎng)絡(luò)柜、及其輔助設(shè)備設(shè)置于二級機(jī)房；配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)遠(yuǎn)程 I/O 柜、儀表盤等就近設(shè)置在電氣樓低壓配電室內(nèi)。 在配料值班室設(shè)置計算機(jī)操作站，以便調(diào)校配料秤，并可對配料系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控及管理。 在主抽風(fēng)機(jī)控制室設(shè)置計算機(jī)操作站、控制柜(成套設(shè)備 )，完成主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控 ,并將一些重要參數(shù)通訊送至主控室操作站進(jìn)行監(jiān)視。 在原料變電所、成品變電所設(shè)置遠(yuǎn)程 I/O 站，就近接收過程檢測控制信號，經(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳到主控室進(jìn)行監(jiān)視、控制、操作和管理。 計算機(jī)系統(tǒng) 配有以太網(wǎng)通訊接口與廠級計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 。儀表和計算機(jī)控制系統(tǒng)的信號交接在 I/O 柜的端子排上完成。 3 系統(tǒng)功能 電氣控制 電氣控制 根據(jù)燒結(jié)工藝流程可分如下控制系統(tǒng)： 原 燃 料接收系統(tǒng) 、 配料混合系統(tǒng) 、 燒結(jié)冷卻系統(tǒng) 、 成品整粒系統(tǒng) 、 鋪底料系統(tǒng) 、 冷返礦系統(tǒng) 、 主粉塵系統(tǒng) (包括機(jī)頭電除塵 )、 環(huán) 境除塵系統(tǒng) 、 相關(guān)輔助系統(tǒng) 等主工藝流程系統(tǒng)控制與監(jiān)視 等。 計算機(jī)控制系統(tǒng)采用多 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場實際情況， 控制方式主要分系統(tǒng)集中控制和機(jī)旁操作兩種方式。正常生產(chǎn)時：通過統(tǒng)的操作站 (行 新 1號 360 攀 鋼 技 術(shù) 39 中聯(lián)鎖控制和監(jiān)視。非正常生產(chǎn)時：在機(jī)旁可進(jìn)行單機(jī)控制，一般用于檢修試車。設(shè)備的集中控制和機(jī)旁操作選擇在中央控制室操作站上進(jìn)行。參加集中聯(lián)鎖的工藝設(shè)備聯(lián)動及單機(jī)遠(yuǎn)動運轉(zhuǎn)的設(shè)備都在該中央控制室控制（電氣樓內(nèi)）。參加集中聯(lián)鎖的工藝設(shè)備相關(guān)保護(hù)信號 如 電源、熱繼電器、事故開關(guān)、輕重 跑偏、打滑開關(guān)等都進(jìn)行采集。操作員通過設(shè)置在中央控制室內(nèi)操作站 面以鍵盤或鼠標(biāo)操作方式對全廠主工藝系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行操作及監(jiān)控。各控制站、遠(yuǎn)程站、和操作站通過網(wǎng)絡(luò)相連，以網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù) 通訊方式交換信息。 1） 以 配 料 系統(tǒng)為 例， 在配料系統(tǒng)中，給料量主要由 配料秤 的 速度 決定，并且與 速度 成線性比例關(guān)系。處于機(jī)旁手動操作方式時，操作工可手動調(diào)節(jié)操作箱上電位器來控制變頻器頻率，從而控制 配料秤 給料機(jī)的轉(zhuǎn)速。處于自動運行方式時，中控室操作工可從上位監(jiān)控機(jī)設(shè)定流量給 時電子皮帶秤測出一個實際流量信號反饋回 最后，得到一控制量，通過 制變頻器，從而控制 配料秤 的轉(zhuǎn)速 ， 達(dá)到控制物料流量的目的 ，最終使幾種煤料的瞬時下料流量與階段累計量都保持在用戶要求的范圍內(nèi) ， 第 i 號給料機(jī)的控制方框圖模型如圖 2 所示。 圖 2 第 2） 三機(jī)速度聯(lián)動控制 。 在正常生產(chǎn)時 ,燒結(jié)機(jī)、圓輥、環(huán)冷機(jī)三者之間的速度應(yīng)滿足一定的比例關(guān)系 ,為此 ,需對燒結(jié)機(jī)、圓輥 給料機(jī) 、環(huán)冷機(jī)的速度進(jìn)行三機(jī)速度聯(lián)動控制。當(dāng)調(diào)節(jié)燒結(jié)機(jī)速度時，圓輥給料機(jī)和環(huán)冷機(jī)的速度也要按一定的比例關(guān)系進(jìn)行自動變化 , 否則會影響生產(chǎn)的正常運行。 燒結(jié)機(jī)、圓輥給料機(jī)、環(huán)冷機(jī)三者之間的速度既可保持聯(lián)動關(guān)系 ,也可根據(jù)具體情況單獨對燒結(jié)機(jī)、圓輥給料機(jī)、環(huán)冷機(jī)的速度進(jìn)行手動控制 ,以滿足生產(chǎn)要求。 儀表控制 儀表控制 包括：原 燃 料接受及貯存系統(tǒng)；配混系統(tǒng)；燃料二次分加；生石灰配加；燒冷系統(tǒng)；成品篩分系統(tǒng)；主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；全廠物料及能源介質(zhì)計量；除塵器系統(tǒng)（主電除塵器、配料機(jī)尾電除塵器、整粒電除塵器）；余熱利用系統(tǒng)及其它輔助設(shè)施的過程檢測與自動控制。 廠際間計量點加隔離器，分為兩路分別進(jìn)入公司計量系統(tǒng)和燒結(jié)控制系統(tǒng)，并根據(jù)需要設(shè)置溫壓補(bǔ)正信號，進(jìn)入 攀鋼釩 公 司計量信號 預(yù) 留接口。 1）信號的采集與處理 利用 施耐德 軟件特有功能，針對不同的模擬量輸入信號和不同參數(shù)需要，分別編制了工程量轉(zhuǎn)換、偏差、上下限報警等各種信號處理的 控制程序中可直接調(diào)用這些功能塊。實現(xiàn)了 過程控制基礎(chǔ)功能 。 2）點火爐溫度控制 點火爐燃燒控制是燒結(jié)機(jī)控制的重要部分，該系統(tǒng)控制的精確、穩(wěn)定直接關(guān)系到燒結(jié)礦石的質(zhì)量。 可分為點火流量控制和點火溫度控制兩種方式。 點火爐溫度控制 如圖 3 所示。 流量控制為操作員在上位監(jiān)控機(jī)設(shè)定一流量值，給 節(jié)器的 ，反饋信號給 節(jié)器的 ，然后 經(jīng) 算后輸出一開度信號來確定調(diào)節(jié)閥的開度。 點火爐溫度控制可根據(jù)實際情況在畫面選擇串級控制系統(tǒng)或單回路控制 ， 手 動 自動轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無擾動切換 ， 點火溫度控制 如圖所示。 當(dāng)采用串級控制時，根據(jù)工藝要求，操作員在上位機(jī)溫度調(diào)節(jié)器輸入點火爐設(shè)定溫度，溫度調(diào)節(jié)器的測量值 用點火段高值溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行 算，溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器設(shè)定。自動控制煤氣流量調(diào)節(jié)閥門的開度。而單回路控制則是操作工根據(jù)實際情況輸入煤氣流量調(diào)節(jié)閥設(shè)定，與測量值進(jìn)行 算使?fàn)t溫穩(wěn)定在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)?？諝饬坑刹僮鞴じ鶕?jù)實際 情況在上位機(jī)上輸入。此外，要進(jìn)行煤氣、空氣流量溫壓補(bǔ)償計算。 專家控制系統(tǒng) 二級計算機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)采用服務(wù)器 /客戶機(jī)模式，以大型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為核心 ,外掛接口統(tǒng)一且功能獨立的系統(tǒng)服務(wù)組件為主體，分布式組件為客戶的體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)運行于一級自動化系統(tǒng)之外，但緊密結(jié)合一級控制功能，為一級控制系統(tǒng)下達(dá)專家控制指令，并形成控制互補(bǔ)。 家控制系統(tǒng)與一級自動 化系統(tǒng)之間信息交換采用實時數(shù)據(jù)通信 給定 偏差 對象 執(zhí)行器 反饋 測量變送單元 節(jié)器 40 2010 年第 33 卷第 4 期 圖 3 點火爐溫度控制示意 方 式 ,其通信接口協(xié)議為當(dāng)今流行的 硬件連接系統(tǒng) 見圖 4。 應(yīng)用軟件涉及配料系統(tǒng)、物料平衡系統(tǒng)、添加水系統(tǒng)、燒結(jié)過程控制系統(tǒng)、報表輸出系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。軟件分別位于模型服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、以及客戶端之中，各部分之間相互協(xié)同工作，共同完成燒結(jié)綜合控制專家系統(tǒng)的所有功能。 圖 4 硬件連接系統(tǒng) （ 1） 以配料系統(tǒng)為例， 儀 表控制 原料采用成分及對應(yīng)初始配比的處理 配料系統(tǒng)采用 參與配料的原料品種是通過人工選擇或配方設(shè)定獲取，系統(tǒng)根據(jù)燒結(jié)工藝過程確定同時參與配料的原料品種最多為 11 種（鐵精礦、1#4#混勻礦、高爐返礦、冷返礦、燃料、熔劑、生石灰、粉塵等）；原料初始配比是通過訪問系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定存貯在數(shù)據(jù)庫中的表獲得，也可從預(yù)先設(shè)定的配方中獲得。系統(tǒng)以干配比的形式來處理 ,其配比為 13 個（鐵精礦、 1#4#混勻礦、高爐返礦、冷返礦、燃料、熔劑、一 二 次配加生石灰、粉塵、外配煤）；各種原料的采用成分是通過數(shù)據(jù)庫中的原料化驗單按照一定的算法 獲得。其它相關(guān)初始化參數(shù)也是來自數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對應(yīng)的參數(shù)表（如：各種原料的 配比上限、配比下限、配比初始值 ） ?？蛻舳丝蓪υ铣跏蓟磉M(jìn)行維護(hù)。 系統(tǒng)每次啟動時，自動加載初始化表中原料成分信息以及其他初始化參數(shù)，供其它模塊使用。 （ 2） 原料配比湊試計算處理 系統(tǒng)提供原料配比湊試計算功能。系統(tǒng)根據(jù)操作人員設(shè)定的參與原料品種，以及系統(tǒng)中保存的原料化學(xué)成分，提供人工調(diào)整原料配比的處理方法，并自動計算出燒結(jié)成品礦的預(yù)計成分供操作員參考。其計算公式為： 成品的主要成分計算公式如 式 (1) (5)： = ( / ( (100 * 100%) (1) = ( / ( (100 * 100%) (2) = ( / ( (100 * 100%) (3) = ( / ( (100 * 100%) (4) (5) 在 式 (1) (5)中 ： i = 1 n 種原料 ； 客戶機(jī) 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 模型服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò)打印機(jī) 交換機(jī) 攀鋼釩信息網(wǎng) (化驗室 /統(tǒng)等 ) 一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng) 設(shè)定 節(jié)器 煤氣流量 流量變送器 度變送器 溫對象 比較 攀 鋼 技 術(shù) 41 第 i 種礦的燒損； 第 i 種礦的干配比； (以 100%為干料配比 ,不含返礦，粉塵等 ) 第 i 種礦的 量； 第 i 種礦的 量； 第 i 種礦的 量； 第 i 種礦的 量； 計算的成品礦 量； 計算的成品礦 量； 計算的成品礦 量； 計算的成品礦 量； 計算的成品礦堿度 。 返礦、粉塵配比在 100%以外單獨計算。 4 系統(tǒng)特點 1） 新 1 號 360 結(jié)機(jī) 采用 施耐德 算機(jī)對主要工藝生產(chǎn)線進(jìn)行自動控制。 綜合了計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及自動化控制這些高新技術(shù) ,形成兩層控制管理系統(tǒng)。與以往的控制系統(tǒng)相比 ,在完成生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制的基礎(chǔ)上 ,增加了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析管理功能 ,使實時數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合在一起 ,既能夠?qū)崟r數(shù)據(jù)直接用于生產(chǎn)管理 ,又能將管理數(shù)據(jù)經(jīng)處 理變換成控制信息直接控制生產(chǎn)設(shè)備 ,對提高勞動生產(chǎn)率 ,提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,降低能源消耗 ,降低生產(chǎn)成本以及改善企業(yè)管理起著非常重要的作用。 2） 故障報警及自動生成報表。當(dāng)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控畫面將以警示色提醒用戶，以便操作 人員 及時處理。系統(tǒng)能實時地將歷史數(shù)據(jù)記錄在上位機(jī)中，對數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計和打印 較 方便。 3） 用單獨 電， 單獨接地極， 并采用 電源模板冗余，保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，有效地減少故障停機(jī)時間