施耐德Quantum PLC在安钢360m2烧结机自动控制系统中的应用方案

［摘要］：
［关键词］： 电机 pid 流量计 直流调速
　本文介绍了Quantum PLC在烧结机自动控制系统中的应用，及自动控制系统的组成、特点和功能。
　　
1 前言
　　
烧结矿作为高炉冶炼的主要原料，其质量直接影响高炉生产。安钢360m2烧结机于2005年6月投产以来，运行一直很平稳，该系统主要向安钢2200m3高炉提供优质烧结矿。该系统自动化控制系统采用先进的网络结构和PLC软硬件设备，并应用先进的烧结工艺优化控制软件技术，实现烧结生产过程自动控制、监控及管理，为安钢烧结生产走向大型化迈出了一大步。
2 自动控制系统构成
　　
自动控制系统实现对整个烧结机生产设备的联锁控制，实时数据的采集与分析，过程与设备状态的监控与报警，过程趋势数据的采集与处理，报表打印，画面显示。完成了生产设备的基础自动化及过程计算机控制。各个PLC站、上位监控机、工程师站之间采用双环路光纤配置的TCP/IP工业以太网连接，构成了烧结生产的综合监控网络。
根据烧结工艺对自动化系统的要求，360m2烧结机计算机自动控制系统采用施耐德Quantum 140 系列PLC（CPU模板：140 CPU 53414A；通讯模板：140 CRP 93200，140 CRA 93200，140 NOE77101；输入模板：140 DAI75300，140 ATI03000，140 ARI03010，140 ACI03000；输出模板：140 DRA84000，140 ACO02000）可实现配混系统、烧冷系统、成品整粒系统、主抽风系统、主粉尘系统及电除尘卸灰系统的逻辑顺序控制，对主抽风机、点火炉等生产工艺的数据采集处理及回路控制。系统网络配置简图如图1。
系统由5台PLC、3个工程师站和10个监控站组成。基础控制层采用Quantum 140 系列PLC，PLC主站与分站之间采用远程I/O方式扩展。各PLC站通过网络通讯模板、交换机、TCP/IP工业以太网与工程师站或监控站可进行通讯，传输速率为100M pbs，传送介质为超五类屏蔽双绞线。系统具强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、电源和底板等。监控系统（HMI）采用Intellution公司的iFIX3.5监控软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。操作系统为Windows 2000，编程软件采用Concept2.6，它支持５种IEC标准语言，系统提供了派生功能块（DFB），并可在Concept2.6应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。

３　系统功能　　
　　
３．１电气控制
　　
根据工艺要求和现场实际情况，系统从整体上分为机旁操作和计算机联锁运行。机旁操作是指操作人员在现场操作箱上进行设备的启动、停止及设备运转速度设定。当一台设备于机旁操作状态时，不再参与系统的其它联锁。计算机联锁运行是指处于自动运行的所有设备每一时刻都参入各自联锁条件，如运行安全联锁、工艺参数联锁、启动或停止顺序联锁等，有效地防止因下游设备故障而引起上游皮带堆料。以配混系统为例，阐述控制原理。如简图2。

图2
在圆盘配料系统中，给料量主要由圆盘的转速决定，并且与圆盘的转速成线性比例关系。处于机旁手动操作方式时，操作工可手动调节操作箱上电位器来控制变频器频率，从而控制圆盘给料机的转速。处于自动运行方式时，中控室操作工可从上位监控机设定流量给PLC，同时电子皮带秤测出一个实际流量信号反馈回PLC参加PID运算，最后，得到一控制量，通过MB+网控制变频器，从而控制圆盘给料机的转速。达到控制物料流量的目的。配1、配2、混1等皮带机自动控制程序上做了严格的连锁控制，避免了下游设备故障停机引起上游皮带堆料问题。
3．2仪表控制　　
　　
（1） 信号的采集与处理
　　
利用Concept 2.6软件特有功能，针对不同的模拟量输入信号和不同参数需要，分别编制了工程量转换、偏差、上下限报警等各种信号处理的DFB，在控制程序中可直接调用这些功能块。实现了混合料矿槽料位测量及上下限料位报警，煤气流量、空气流量的累计及瞬时显示，煤气与空气压力测量，低压煤气切断，负压测量与显示，烧结料层厚度检测。实现了主抽风机入口流量检测，进口废气负压、温度测量，高压电动机的轴承、定子温度测量及风机轴承、温度、振动的测量及超限报警和停车等。
　　
（2） 点火炉温度控制
　　
点火炉燃烧控制是烧结工艺的重要环节，该系统可分为点火流量控制和点火温度控制两种方式。流量控制为操作员在上位监控机设定一流量值，给PID调节器的SP端，反馈信号给PID调节器的PV端，然后经PID运算后输出一开度信号来确定调节阀的开度。点火温度控制为操作员在上位监控机设定一温度值，经PID调节程序输出一煤气流量值，最终达到调整煤气流量的目的。
4 系统特点
　　
（1） 故障报警及自动生成报表。当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便。
（2） PLC电源模板冗余，并采用UPS供电，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间。
（3） 上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，可靠性高，操作简便，控制功能和精度满足生产工艺要求。
5 结束语
　　
该系统自2005年6月投产以来，运行一直很平稳，没有出现过事故故障，故障率低，可靠性高，完全满足了大型烧结机的自动化生产要求。
参考文献：
　　1、 Modicon Tsx Quantum 硬件手册
　　2、 Modicon Concept V2.6 编程软件手册
　　3、 廖常初 《PLC编程及应用》 北京机械工业出版社 2002
　　4、 陈伯时 《自动控制系统》 中央广播电视大学出版社