PLC与变频器在烧结配料控制系统中的应用研究

吴元修

(莱芜职业技术学院，山东莱芜271100

摘要：烧结生产作为高炉炼铁顺利进行的前提，在冶金生产中起着相当重要的作用。配料是烧结的重要工艺环节之一。为了达到降低烧结矿成本，提高烧结矿产量和质量的目的，提高配料系统的管理和控制水平很重要简要阐述了PLC与变频器在烧结配料计算机控制系统中的具体应用，重点介绍了以PLC和变频嚣为王的控制系统的硬件组成、硬件选择，以及系统主要控制程序。该系统的准确性和可靠性很高，现场运行表明，较好地改变了配料系统的质量控制，取得了满意的使用效果。

关键词：PLC；变频器；计算机控制系统；应用

中图分类号：TP273 TM921.51    文献标识码：B

    1前言

 

    烧结配料过程的准确与否决定了烧结矿的化学成分是否稳定，进而直接影响高炉炼铁的经济技术指标，尤其是在高炉容积不断增大，冶炼强度不断强化，熟料比大幅度增加的情况下，更要求提高各种含铁原料、熔剂、燃料的配料准确性。烧结生产中配料发生偏差将直接影响到烧结过程的进行和烧结矿的质量，据生产实践统计，灰石配比产生1％的误差就会影响烧结矿的碱度0.04，燃料配比波动1％将会影响烧结矿中FeO含量2-3％，进而使烧结矿的还原性及强度都受到影响。又如同定碳含量偏高，不但浪费燃料而且还会使FeO增高；固定碳含量偏低，烧结过程热量不足。生产实践指出，混合料的固定碳由4％升至5％时，脱硫率相应地从90.5％多降至88.3％，同时烧结矿的FeO也跟着上升。特别是烧结高硫矿粉时，同定碳、碱度的波动对脱硫的影响尤为显著。因此，实现配料系统的自动化控制，确定精确的配料比进行配料对烧结矿的产品质量起着关键作用[1]。

 

    2烧结配料系统的组成

 

烧结厂为确保整个生产线安全可靠的运行，一般都配备两套相同的配料系统，每个配料系统如图1所示。

    图1中(1)表示圆盘电机，转速可调。(2)表示皮带秤电机，前4台为定量皮带秤电机，转速可调，后8台为称量皮带秤电机，转速不可调，H1为集料皮带。其中01号、03号料仓中的原料为石灰石，05号料仓中的原料为白云石，07号料仓中的原料为生石灰，09号料仓中的原料为煤，11号至19号料仓中的原料为不同厂家的精矿，21号料仓中的原料为返矿，23号料仓中的原料为高炉灰[2]。

 

    配料系统的给料设备有定量皮带给料机和圆盘给料机两种．定量皮带给料机是通过改变定量皮带电机的速度控制物料流量；圆盘给料机是通过控制网盘电机转速来控制物料流量：这两种给料设备的控制系统基本相同。其向动调节原理如图2所示。

    可见，每一配料系统都配有一台上位机和一台下位机，通过数据公路DH+彼此相连。上位机可采用工业控制机IPC-610，机箱内插入1784-KT DH+网络接口板，同时接有工程师键盘和操作员键盘。下位机具有两个DH+和远程I／O通讯接口，通过DH+和上位机进行通讯，利用远程I／O控制各个变频器。各变频器通过频率输出控制各电机转速来控制配料过程。

 

    3配料系统电机控制方式

 

    配料系统电动机的运行方式分为联锁方式和单机方式。实际生产过程中，整个系统的电机均处于联锁运行方式。在联锁方式下运行时，电机可以顺序起动、顺序停止、同时起动、同时停止以及单机起动和单机停止。

 

    顺序起动是指系统起动时，从最下游设备开始，逆流程顺次延时起动。即先起动集料皮带H1，延时起动23号料槽的给料设备，然后再延时起动21号给料设备，以此类推直至完成0号给料设备的起动。需指出的是在起动09号至23号圆盘给料机时，要先起动称量皮带电机，延时后再起动圆盘电机。

 

    在集中控制室内的仪表具有各给料机和称重皮带机联锁控制功能，所有自动定量给料设备，都可以在控制室内进行远程控制和集中操作控制。其中圆盘电机的控制电路如图4所示。

 

    图4中0s为空气开关，ZJ为交流接触器，SD为手动／自动控制转换开关，MI为交流电机，1336和1305为变频器，1203GMl为通讯模块。

 

    接触器吸合控制由PLC发出命令，同时接触器吸合信号和手动／自动信号又送给PLC做为其它控制的控制信号。对于定量皮带电机和圆盘电机，其变频器的工作信号也将传给PLC作为其它控制的控制信号。

 

    4控制系统硬件选择

 

    在实际工程应用中，系统硬件选择需根据控制对象而定，其中包括控制对象的T艺要求、设备状况、控制功能、I／O点数等。

 

    (1)PLC机型的选择

 

    控制系统构成后，根据CPU参数、I／O点数、响应速度和指令系统功能等性能指标要求，控制设备选用PLC-5系列可编程控制器，作为下位机对配

料系统进行自动控制。它的CPU模板采用PLC-5／

30，此模板内存为32k，具有1024个I／0点，程序扫描速度为2ms／千字．具有两个DH+和远程I／0通讯接口。PLC-5／30的这些性能指标完全能满足控制系统的要求。

    (2)I／0模板的选择

 

    本系统使用的I／O模板主要包括数字量输入模板、数字量输出模板和模拟量输入模板。

 

    对于本配料系统，数字量输入模板1771IMD，数字量输出模板选用】771-OBD，选用1771-IFE作为模拟量输入模板，各I／O模板都插入下位机的框架内，下位机以访问本地I，O的方式访问各I／O模块。

 

5控制程序简介

 

    编程时，遵循软件工程规范，根据结构化、模块化的原则，把功能相对独立的部分编制为一个子程序，尽量减少子程序之间的联系，主程序依据不同的条件调用各个子程序，完成相应的功能。下位机软件结构如图5所示。

    下面简单介绍主程序与电机运行控制子程序

 

    5.1主程序

 

    主程序完成对整个系统的控制。编程时，把功能相对独立的部分编制为一个子程序，主程序依次调用各个子程序来完成其控制功能。主程序流程如图6所示。

 

    5.2电机运行控制子程序

 

    联锁运行方式和单机运行方式都是由上位机置其命令位，通过调用下位机主程序中的不同模块得以实现。

 

    以联锁运行方式下顺序起动为例。系统起动时，如有些设备的转动惯量大，则起动时间长，所有设备同时起动的话就可能会过载。另外，同时起动时起动电流比较大，所以要设延时计时器，从最下游没备开始，逆流程顺次延时起动。

 

    顺序起动时，各槽电机之间有一段延时,对于圆盘给料系统，起动称量皮带电机和起动圆盘电机之间也要延时一段时间。起动顺序如图7所不。

 

    为了避免各台电机运行发生混乱，颐序起动和同时起动加联锁．即顺序起动和同时起动不同时有效。且在顺序启动和同时肩动各给料设备前首先驱动电铃以提醒工作人员注意。

    6 结语

    本系统经过实际运行证实，控制精度及自动化水平都有相当大的提高，操作简单直观，操作环境大大改观，维护量大大降低，运行可靠、稳定，各项设计功能基本满足要求

 

    当然，该系统与其他控制系统相比还有一定的差距，如果增加料位控制、水分控制、以及原料成分分析处理等功能，将会构成更加完善的控制系统，更好地完成配料过程的自动控制，这些都有待于今后的进一步改进和完善。

 

     参考文献：

 

    [1]王光提高混匀矿质量的方法[J].钢铁，1997，32(增刊)：313-316．

    [2]张石等烧结配料PIC系统的设计[j].烧结球团，1997，22(3)：60-62

    [3]范晓慧烧结生产自动控制新技术(上)[J].烧结球团，2002，27(1)：28-35．

    [4]张石等．鞍钢烧结总厂i烧车间配料系统PLC控制[J]．冶金自动化，1995(3)

    [5]沈平马钢烧结配料微机控制系统[J].冶金自动化，1996(3)．

 

    作者简介

 

    吴元修，男，大学学历，硕士学位，副教授职称，现任教于山东省莱芜职业技术学院，主要从事机电一体化专业的教学与科研工作。主讲课程有电路与电工技术、微机控制技术及应用、可编程序控制器原理及应用、自动控制原理、机电一体化技术等．已发表论文二十余篇。