陳革峰

摘 要：中天鋼渣熱悶處理系統(tǒng)采用西門子S7-1500PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，減少職工的作業(yè)強(qiáng)度和人員結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)作業(yè)效率，增加產(chǎn)能。簡要說明西門子S7-1500 PLC控制系統(tǒng)的功能及其軟、硬件構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要控制功能等。

關(guān)鍵詞：S7-1500PLC；鋼渣；熱悶工藝；提效

APPLICATION OF SIEMENS S7-1500PLC IN STEEL SLAG HOT SEALING TREATMENT OF ZHONGTIAN IRON AND STEEL COMPANY

Chen Gefeng

（Zhongtian Iron and Steel Group （Nantong） Co.， Ltd.? ? Nantong? ? 226151， China）

Abstract：The Zhongtian steel slag heat sealing treatment system uses the Siemens S7-1500 PLC control system to achieve remote automation control， reduce the workload and personnel structure of employees， improve production efficiency， and increase production capacity. Briefly explain the functions， software and hardware composition， network structure， and main control functions of the Siemens S7-1500 PLC control system.

Key words：S7-1500PLC; steel slag; heat sealing process; efficiency improvement

0? ? 引? ? 言

中天鋼鐵集團(tuán)建設(shè)兩條鋼渣處理自動(dòng)化生產(chǎn)線，保證100%的各類鋼渣得到及時(shí)處理并達(dá)到環(huán)保要求，處理后的鋼渣可滿足煉鋼和其他工序使用的質(zhì)量要求及其他產(chǎn)業(yè)最大限度的高附加值循環(huán)利用。

其中一次處理生產(chǎn)線設(shè)計(jì)規(guī)模為年處理轉(zhuǎn)爐鋼渣132萬t，鑄余渣熱潑17萬t/a，一次處理生產(chǎn)線合計(jì)設(shè)計(jì)規(guī)模為149萬t/a。二次處理設(shè)計(jì)規(guī)模為年處理轉(zhuǎn)爐鋼渣198萬t，鑄余渣熱潑27萬t/a，二次處理生產(chǎn)線合計(jì)設(shè)計(jì)規(guī)模為225萬t/a。兩條鋼渣處理自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了鋼渣處理工序的安全性、可靠性、先進(jìn)性、環(huán)保性、完整性，對(duì)鋼渣的科學(xué)化處理和資源化利用，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減少職工的作業(yè)強(qiáng)度和人員結(jié)構(gòu)，貫徹了循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的方針。

1? ? 鋼渣熱悶工藝流程

鋼渣有壓熱悶工藝流程如圖1所示，首先采用輥壓破碎進(jìn)行處理，破碎完后的鋼渣進(jìn)入有壓熱悶罐進(jìn)行熱悶，熱悶后的大塊渣鋼通過振動(dòng)篩留在渣跨廠房后返回?zé)掍?，其余尾渣通過膠帶機(jī)輸送至篩分磁選線進(jìn)行二次磁選[1-2]。

輥壓破碎工序主要是完成熔融鋼渣的快速冷卻、破碎，此階段的處理時(shí)間約30 min。轉(zhuǎn)爐車間出渣后由過跨車將渣罐運(yùn)至鋼渣熱悶處理廠房，經(jīng)由鑄造起重機(jī)將裝有熔融態(tài)鋼渣的渣罐吊至渣罐傾翻機(jī)上。渣罐傾翻機(jī)行走至預(yù)定位置傾翻渣罐，輥壓破碎機(jī)反復(fù)輥壓破碎并打水處理。經(jīng)過此階段的處理，可將熔融鋼渣的溫度由1 600 ℃左右冷卻至700 ℃左右，最大粒度破碎至300 mm以下。有壓熱悶工序主要是完成經(jīng)輥壓破碎后鋼渣的穩(wěn)定化處理，此階段的處理時(shí)間約2～3 h左右。通過輥壓破碎后的鋼渣經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車送至鑄造起重機(jī)吊裝位置，經(jīng)由鑄造起重機(jī)吊運(yùn)至有壓熱悶罐內(nèi)，罐內(nèi)熱悶處理之后經(jīng)由鑄造起重機(jī)吊運(yùn)至卸料區(qū)卸料并經(jīng)皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至鋼渣磁選加工生產(chǎn)線。有壓熱悶處理后鋼渣的穩(wěn)定性良好，其整個(gè)過程基本都是在密閉體系下進(jìn)行，因此，較現(xiàn)有鋼渣處理技術(shù)相比，其潔凈化程度更高，更加環(huán)保，并為鋼渣余熱的回收利用創(chuàng)造了條件[3-5]。

2? ? 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

西門子PLC S7-1500系列是西門子PLC系列的高性能產(chǎn)品，它在運(yùn)行能力，通訊功能，擴(kuò)展性能，響應(yīng)速度，顯示功能等方面，相比西門子PLC S7-300系列，西門子PLC S7-400系列都有了大幅提升，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置中提供了更加完備的解決方案。西門子PLC S7-1500為用戶準(zhǔn)備了多種CPU，包括緊湊型CPU，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場需求進(jìn)行選擇，以便組成更加合理的控制系統(tǒng)。

S7-1500PLC的處理速度更快，診斷能力和安全性更高，不僅可節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，而且安全可靠，維護(hù)簡單方便。例如，相對(duì)于S7-300/400，S7-1500 PLC采用新型的背板總線技術(shù)，采用高波特率和高傳輸協(xié)議，使其信號(hào)處理速度更快；S7-1500 PLC的模塊集成有診斷功能，診斷級(jí)別為通道級(jí)，無需進(jìn)行額外編程，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可快速準(zhǔn)確地識(shí)別受影響的通道，減少停機(jī)時(shí)間，這是S7-300/400PLC所無法比擬的。

S7-1500PLC的組態(tài)和編程效率更高，信息采集和查看更方便，這也是工程設(shè)計(jì)人員的福音。由于S7-1500PLC是無縫集成到TIA博途軟件中，無論是硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接和上位組態(tài)，還是軟件編程，其操作均簡單快捷。而S7-300/400PLC專用組態(tài)編程軟件為經(jīng)典STEP7，上位組態(tài)軟件為WinCC，相對(duì)于TIA博途軟件，某些操作顯得繁瑣。

2.1? ? 系統(tǒng)硬件配置

在中天鋼渣熱悶處理生產(chǎn)線中，控制系統(tǒng)采用西門子S7-1500系列PLC，CPU選用CPU1515-2PN，30ns的位運(yùn)算響應(yīng)速度，2個(gè)PROFINET網(wǎng)絡(luò)接口，最大支持30Gb存儲(chǔ)卡，作為控制系統(tǒng)的核心滿足現(xiàn)場實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性要求。通過西門子IM155-5 PN接口模塊擁有2個(gè)RJ45以太網(wǎng)口，可將各個(gè)從站進(jìn)行連接，每個(gè)接口模塊可組件30個(gè)外圍擴(kuò)展模塊。其中擴(kuò)展模塊數(shù)字量輸入模塊SM521、數(shù)字量輸出模塊SM522、模擬量輸入模塊SM531、模擬量輸出模塊SM532，用于外部設(shè)備的連接。系統(tǒng)電源采用PS 60W 120/230V AC/DC，為 S7-1500 的背板總線提供+24V DC工作電壓，用于向CPU以及其擴(kuò)展模塊提供電源。

主站和從站均安裝在電氣室PLC控制柜內(nèi)，組成硬件組態(tài)網(wǎng)路，硬件組態(tài)如圖2所示。MCC柜內(nèi)控制信號(hào)、現(xiàn)場儀表信號(hào)等硬接線通信連接至各個(gè)PLC柜，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。主站通過光纜，將主站工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與現(xiàn)場熱悶遠(yuǎn)程站，泵房、風(fēng)機(jī)等現(xiàn)場遠(yuǎn)程站進(jìn)行連接，組成自動(dòng)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有良好的數(shù)據(jù)傳輸率，并能從鏈路故障中迅速恢復(fù)。在一條冗余鏈路被禁用的情況下，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)可有效形成一條線路，并能提供快速和有效的通信。在鏈路故障期間，沒有復(fù)雜的重新路由。相反，冗余鏈路激活也簡單——且所有其他鏈路繼續(xù)使用系統(tǒng)的默認(rèn)端口路由。

2.2? ? 系統(tǒng)編程和軟件畫面

控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用西門子博圖TIA PortalV17，博圖軟件的編程語言采用全符號(hào)編程，極大提高了程序的可讀性。博圖軟件通過控制器安全級(jí)別的保護(hù)機(jī)制，提高了系統(tǒng)安全，防止通過西門子HMI進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的訪問，對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃數(shù)據(jù)、固件文件以及安全通信進(jìn)行完整性和機(jī)密性保護(hù)，提高了設(shè)備的可用性。西門子PLC S7-1500系列為用戶帶來了更加完善的體驗(yàn)，它具有優(yōu)異的控制性能，通訊功能強(qiáng)大，為用戶提供了經(jīng)濟(jì)性好，品質(zhì)高的自動(dòng)化控制系統(tǒng)解決方案，工藝流程控制梯形圖如圖3和圖4所示。

PLC程序采用模塊化編程思路，將各個(gè)不同的功能邏輯封裝到不同的功能塊（FB）、功能（FC）中，在Main函數(shù)（OB1）循環(huán)執(zhí)行程序，用戶程序中可包含多個(gè)程序循環(huán)OB，程序循環(huán)OB以最低優(yōu)先級(jí)等級(jí)執(zhí)行，可被其他事件類型中斷。

程序中將不同功能的設(shè)備和電機(jī)進(jìn)行模塊封裝，例如將輥壓系統(tǒng)、熱悶系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、水泵電機(jī)等，對(duì)應(yīng)不同的FB功能塊和DB數(shù)據(jù)塊。利用博圖軟件中自帶的PID功能模塊PID_Compact，可以應(yīng)對(duì)大部分的工業(yè)閉環(huán)調(diào)節(jié)過程，本項(xiàng)目的液位控制、恒壓控制等，均采用PID功能模塊，設(shè)置好相應(yīng)的PID控制參數(shù)，對(duì)變量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。

應(yīng)用博圖軟件做上位機(jī)HMI繪制，可以將PLC的變量與上位機(jī)畫面變量直接關(guān)聯(lián)，不能用的變量和格式不對(duì)的地方，也會(huì)及時(shí)的出現(xiàn)報(bào)警提示，其尚未操作畫面如圖5所示。常用的變頻器等控制，直接在博圖里面就可以進(jìn)行配置、組態(tài)和調(diào)試，節(jié)省了調(diào)試時(shí)間，提升了調(diào)試效率。博圖中的軟件仿真，可以對(duì)程序?qū)懞煤螅梢赃M(jìn)行仿真測試，來排除程序中的Bug，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，緩解現(xiàn)場調(diào)試時(shí)的壓力。

3? ? 結(jié)? ? 論

目前，中天鋼渣熱燜處理生產(chǎn)線已全線投入運(yùn)行，并且運(yùn)營效果良好，應(yīng)用西門子S7-1500PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，減少職工的作業(yè)強(qiáng)度和人員結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)作業(yè)效率，增加產(chǎn)能，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無人化工廠和數(shù)字化管理打下基礎(chǔ)。鋼渣熱燜處理生產(chǎn)線的建設(shè)，也符合推動(dòng)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型的方針，強(qiáng)化固體廢物的治理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

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