薛軍 靳誼 韋慶志 徐翀

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

上料是煉鋼廠精煉冶煉過程中的重要環(huán)節(jié)，安鋼第二煉軋廠二期精煉上料系統(tǒng)擔(dān)負(fù)給兩個LF爐上料的任務(wù)。3#LF爐建設(shè)時，兩個LF爐的高位料倉由于工藝需要，空間位置進(jìn)行了互換，上料工靠手動目測操作進(jìn)行兩個精煉爐的上料。不僅勞動強(qiáng)度大，影響上料效率，且對人身及設(shè)備安全也是很大的隱患。為了提高精煉爐上料效率，改善操作人員作業(yè)環(huán)境，本著可靠性與效率兼顧，同時盡可能滿足操作舒適度的原則對二期精煉上料控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，實現(xiàn)了對兩個精煉爐上料的全自動控制。

1 精煉上料系統(tǒng)簡介

兩個LF爐高位料倉共32個，為東西兩排對稱分布共16對。每次上料時，地下料倉通過快慢振選擇將料振到提升斗式皮帶上，動力強(qiáng)勁的提升機(jī)將料提升到幾十米高的料倉平臺上的大傾角卸料器，料滑到水平2#皮帶上，再通過一個溜槽又下到帶移動下料口的1#皮帶。上料小車帶著下料口移動對準(zhǔn)2#或是3#精煉爐上高位料倉再配合小車上翻板閥的動作即可實現(xiàn)對相應(yīng)料倉的上料。這一系列設(shè)備動作在上料時都是逆向啟動的。當(dāng)要給某一料倉進(jìn)行上料時，上料小車電機(jī)先驅(qū)動小車到相應(yīng)料倉上方，同時電液推桿帶動翻板閥動作對應(yīng)好相應(yīng)料倉口(翻板動作是為了選擇接通對準(zhǔn)東西側(cè)料倉的溜槽)，小車和翻板到位后，啟動1#皮帶電機(jī)，再啟動2#皮帶電機(jī)，然后是提升皮帶電機(jī)，最后地下料倉電振振動將料振到運轉(zhuǎn)的皮帶上，再輸送到相應(yīng)料倉里，上料過程結(jié)束。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

地下料倉電振有高低速的要求，采用變頻器控制，速度值及控制命令都來自硬線控制。提升皮帶電機(jī)負(fù)荷較大，采用軟啟動控制。1#皮帶機(jī)、2#皮帶機(jī)、卸料小車行走電機(jī)及三通翻板閥的電液驅(qū)動電機(jī)均由普通接觸器控制。上料控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 上料控制系統(tǒng)示意圖

由圖1可以看出，用一套400PLC作為控制中心，通過硬線與MCC盤形成控制回路，操控各驅(qū)動設(shè)備的啟停。主控室操作臺及卸料小車、提升機(jī)、皮帶機(jī)、地下料倉電振等設(shè)備的機(jī)旁就地操作箱通過硬線與PLC交換操作指令及狀態(tài)指示，檢修或事故時可以就地操控設(shè)備啟停。卸料小車在倉頂?shù)奈恢眯盘柤叭ǚ彘y到位信號均由接近開關(guān)傳遞給PLC，以實現(xiàn)小車自動定位控制。

3 全自動控制功能設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 信號接入及畫面完善

針對新增料倉與老料倉功能互換問題，對新料倉安裝了控制上料小車定位用接近開關(guān)并將信號可靠引入上料PLC。通過修改控制程序及HMI畫面，實現(xiàn)了畫面與所有實際料倉位置一一對應(yīng)，將輸入3#LF爐控制系統(tǒng)的料位信號通過以太網(wǎng)通訊方式引入上料PLC。所有料倉的位置信號及料位信號得以完善。

3.2 料倉選擇及倉位編碼設(shè)計

畫面上每個料倉底部都有一個選擇按鈕，操作工根據(jù)上料需要可在畫面上點擊選定想要上料的料倉，選中的料倉下方按鈕相應(yīng)變?yōu)榫G色。畫面上方顯示被選中料倉的數(shù)字編碼，同時此編碼被傳遞給PLC。PLC通過監(jiān)視上料小車所在實際料倉頂部行程開關(guān)的觸發(fā)，利用MOVE語句，可得到小車實際所在倉位編碼。有了目標(biāo)倉位和實際倉位，啟動自動上料后，PLC指揮小車移動到目標(biāo)倉位，翻板自動打到需要的一側(cè)，再指揮后續(xù)皮帶及電振動作，即可實現(xiàn)自動上料控制。因此，合理的編碼規(guī)則及控制邏輯是實現(xiàn)上料小車及翻板溜槽自動定位，乃至實現(xiàn)自動上料控制的核心。

兩套LF爐的料倉東西兩排對稱分布共16對，在料倉上方小車行進(jìn)軌道旁邊設(shè)計安裝16個行程開關(guān)從1到16編號，來定位從南到北16對料倉。在程序中利用一系列MOVE指令，當(dāng)小車觸發(fā)某個行程開關(guān)時，將相對應(yīng)編碼傳到一個記憶字當(dāng)中存儲，同時小車也恰好停在相應(yīng)料倉頂部。其中一個小車位置編碼賦值邏輯如圖2所示。

圖2 小車位置編碼賦值邏輯

上料小車觸發(fā)行程開關(guān)，把相應(yīng)倉位編碼傳給MW6。MW6字中存儲了小車的實際倉位。通過點擊選擇按鈕選定料倉后，上位組態(tài)軟件WINCC將被選定的料倉編碼傳遞到PLC記憶字MW2中。同樣是按從南到北16對料倉從1到16編碼。

3.3 差值法小車定位控制設(shè)計

PLC中用另外一個記憶字MW4用來存儲實際倉位和目標(biāo)倉位差值，語句表指令如下：

控制邏輯設(shè)定為，當(dāng)MW4大于0時，說明小車在目標(biāo)倉位南側(cè)，自動上料前向北開(前進(jìn))，當(dāng)MW4小于0時，說明小車在目標(biāo)倉位北側(cè)，自動上料前向南開(后退)。當(dāng)小車位置在目標(biāo)倉位南側(cè)，自動上料開始時，系統(tǒng)檢測到MW4大于0，則驅(qū)動小車前進(jìn)，小車前進(jìn)過程中因為觸碰相應(yīng)料倉頂?shù)男谐涕_關(guān)，MW6的值一直在增加，直到觸碰了目標(biāo)倉位行程開關(guān)，MW6=MW2則MW4=0。MW4大于0的條件終止，小車停止前進(jìn)，剛好停在了目標(biāo)倉位以上。

控制小車前進(jìn)的那行指令中串入MW4大于0的條件，只要系統(tǒng)打到畫面集中操作，不管是自動還是畫面手動控制，都可以將小車開到目標(biāo)倉位自動停下。

3.4 三通翻板閥自動控制

目標(biāo)倉位與實際倉位編碼差值法，可實現(xiàn)小車到某一對倉位的控制，正確選擇東西料倉還需要三通翻板閥自動打到需要上料的料倉一側(cè)來實現(xiàn)。

設(shè)一個與畫面連接的記憶位，它是由畫面按鈕賦值的，如果操作工選擇了西側(cè)料倉，則在WINCC中一律給記憶位賦1，因為畫面與現(xiàn)場料倉位置一一對應(yīng)，在畫面組態(tài)時很容易區(qū)分。將記憶位串入三通閥向西側(cè)打通的控制命令行中，當(dāng)系統(tǒng)自動啟動時，如果選擇了西側(cè)的料倉，而三通閥不在西側(cè)導(dǎo)通狀態(tài)，會自動向西側(cè)打到位。

為了避免自動時小車和翻板同時動作導(dǎo)致翻板閥殘余料漏到平臺上，在小車前進(jìn)后退控制指令行里加上三通閥到位延時控制。延時到位信號可以通過兩個時間繼電器實現(xiàn)，如圖3所示。

圖3 三通閥到位延時信號

三通閥本身不是在東側(cè)位就在西側(cè)位，如果不加延時到位信號，則一有自啟動信號，三通閥本身到位信號(西側(cè)通或東側(cè)通)是接通狀態(tài)，小車會同時前進(jìn)或后退。而有了延時到位信號，一開始給了三通閥2 s啟動時間，小車保持不動，10 s內(nèi)三通閥到位信號一來，再啟動小車行進(jìn)。三通閥打到位后再啟動小車前進(jìn)，不影響連鎖動作，避免小車行進(jìn)過程中三通閥殘余料漏料。

3.5 自動上料連鎖設(shè)計

在單體設(shè)備控制功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上對自動連鎖控制進(jìn)行設(shè)計，需要上料時，操作工從HMI畫面上點選相應(yīng)的料倉選擇按鈕，將操作方式打到自動，再點擊“連鎖啟”。在自動模式下，PLC控制各設(shè)備啟停都是靠連鎖條件。首先系統(tǒng)判斷操作工點選的是西側(cè)料倉還是東側(cè)料倉，再比較三通閥實際位置，如果不一致則驅(qū)動三通閥到需要的一側(cè)。三通閥到位后，系統(tǒng)根據(jù)實際倉位編碼與目標(biāo)倉位編碼差值MW4的正負(fù)，驅(qū)動小車前進(jìn)或后退，直到MW4=0，即小車到了目標(biāo)倉位。然后PLC再發(fā)指令給馬達(dá)控制中心，依次啟動1#皮帶、2#皮帶、提升皮帶及地下料倉電振(快慢振是操作工提前設(shè)置好的)，上料的物理通路全部運轉(zhuǎn)，料自動上到需要的料倉里。操作工判斷料流全部加入目標(biāo)料倉后，在畫面上點擊“連鎖?！?，PLC會自動指揮從地下料倉電振到1#皮帶依次停止運轉(zhuǎn)(停止順序與啟動順序相反，是為了防止堆料事故)，整個自動上料過程結(jié)束。

4 效果分析

1)精煉上料全自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使得上料生產(chǎn)工在操作室內(nèi)即可完成對兩個LF爐上料系統(tǒng)的監(jiān)視和全部操作，從根本上改善了操作人員的勞動條件和工作環(huán)境，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度。

2)上料自動控制功能的實現(xiàn)，加快了精煉爐生產(chǎn)與后道工序之間的生產(chǎn)節(jié)奏，提高了生產(chǎn)效率。

3)實現(xiàn)全自動后，正常生產(chǎn)時上料設(shè)備都是連鎖運行，人為干預(yù)很少，大大增加了設(shè)備運行可靠性，減少了維修工作量，保障了操作人員及設(shè)備安全。

4)系統(tǒng)實現(xiàn)了連鎖啟動時上料小車與三通閥的延時動作，避免了殘余料漏到平臺上，有效保障了清潔生產(chǎn)，體現(xiàn)了以人為本的生產(chǎn)理念。

5 結(jié)語

全新設(shè)計的精煉上料控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對兩個精煉爐上料的全自動控制，控制邏輯設(shè)計合理，經(jīng)過自主研發(fā)，調(diào)試投運，使得精煉上料控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，為安鋼第二煉軋廠二期精煉爐冶煉工藝環(huán)節(jié)順行打下了堅實的基礎(chǔ)，在同類企業(yè)上料自動控制系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中具有很好的推廣價值。

［1］ 馬竹梧.鋼鐵工業(yè)自動化—煉鋼卷［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003：215-220.

［2］ 郭艷萍.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2010：37-40.