【導讀】舉足輕重的地位。在熟練掌握S7400梯形圖編程及特點和WinCC上位機編程的。前提下，對該系統(tǒng)進行全面設計，反復試驗。進一步完善和擴充功能也可作為基于計算機平臺控制技術的基礎。該項目的自動控制系統(tǒng)和傳動。燒、出料、除塵等系統(tǒng)的自動控制。本高爐系統(tǒng)按功能分為五個系。PLC設備、UPS電源、隔離器/配電器的設計。設計范圍的系統(tǒng)預留接口。西門子6ES7414-4H冗余控制系統(tǒng)+ET200M進行配置。理系統(tǒng)及水渣泵房系統(tǒng)采用S7400系列控制器進行配置。慮25%的富裕量,并可帶電插拔,允許熱更換。DI、DO要求使用DC24V. 每個PLC配1套UPS，正常焦批重為噸，相應的礦批重為噸。除焦炭配料皮帶和焦丁配料皮帶電子秤外，所有皮帶常轉。態(tài)和非工作狀態(tài)，處于非工作狀態(tài)的稱量漏斗不參與排料。獨設定，初始值為“0”。焦丁不進行稱量及誤差補正。各稱量漏斗的重量由電子秤稱量。樣，每次采樣為連續(xù)5次，取其平均值作為該次采樣的結果。空斗時稱量值非常接近0。次）至下次采樣間隔不得超過秒。

　　

【正文】 鎖操作。 圖 2 高爐立面設計示例 圖 3 高爐爐頂上料示例 在進入系統(tǒng)單步調試狀態(tài)后，除了在組操作畫面上操作外，也能直接在各個子畫面上，面向目標進行單步調試操作，如選中時目標為黃色，進行開機操作；如目標為綠色，則進行關機操作。 對高爐生產中的幾個關鍵過程，在相關的畫面中設計簡潔而醒目的動態(tài)顯示。如在高爐上料環(huán)節(jié)中，我們充分利用安裝在減速機輸出軸的絕對位置編碼器信號，在分畫面中動態(tài)顯示料車位置。在高爐布料過程中，根據(jù)布料和探尺相關設備的返回信號，動態(tài)模擬顯示高爐料層的實時位置。同時通過 Modbus總線將變頻器和 PLC連接起來，實時監(jiān)控 變頻器的運行狀態(tài)。如此直觀的畫面，再配合以工藝參數(shù)的監(jiān)測和報警狀態(tài)顯示，操作人員就能夠對高爐的主要實時運行工況一目了然，對提高系統(tǒng)安全性和可靠性提供了扎實的保證，并且在便于工人的操作方面也都是十分有益的。 過程控制 從實用的角度出發(fā)，本系統(tǒng)的模擬量輸出主要用于閥門的調節(jié)和閥位控制。并按工藝要求設置必要的單回路 PID自動調節(jié)回路，必須是到目前為止公認比較成熟和可靠的。高爐各系統(tǒng)生產過程檢測與控制項目如下： ⑴ 礦槽料位 每個礦槽上裝一臺料位計。礦槽料位信號作為上料控制用。在礦槽三樓控制室設有監(jiān)視儀 表盤，同時礦槽料位信號也遞至高爐主控樓計算機。 ⑵ 槽下稱量 槽下每個稱量斗設一臺電子秤，其信號送至高爐主控樓計算機，對稱量結果進行補償。 ⑶ 高爐本體、無料鐘爐頂及粗煤氣系統(tǒng) 高爐本體檢測項目主要有：爐基、爐底、爐身、爐喉、爐頂溫度、風渣口小套出水溫度和冷、熱風溫度；爐底、爐喉鋼磚冷卻水流量、壓力，爐體冷卻工業(yè)水流量、壓力，風渣口小套高壓水流量、壓力，沖渣水流量、壓力，壓縮空氣、氮氣、蒸汽流量、壓力；高爐全壓差及爐靜壓、爐身透氣性測量。 爐頂料罐內壓力、溫度檢測。料罐料空信號料位計測量；高爐料線測量 ，爐頂氣密箱溫度、氣密箱冷卻水溫度、流量測量。 粗煤氣系統(tǒng)有除塵器上部煤氣壓力、溫度測量；除塵器下部錐體溫度測量。 爐頂煤氣壓力自動調節(jié)；熱風溫度自動調節(jié)；爐頂?shù)庥玫獨鈮毫ψ詣诱{節(jié)等。 ⑷ 熱風爐 熱風爐系統(tǒng)拱頂溫度、煤氣溫度和含氧量，熱風爐煤氣量、助燃空氣量，熱風爐冷風閥前后差壓及煙道閥前后差壓，其均壓信號可送電氣聯(lián)鎖；冷風總管壓力、溫度、流量；煤氣總管溫度、壓力、流量。空氣預熱器前后煙氣溫度，壓力及空氣溫度。前置預熱器前后煙氣溫度、壓力，煤氣溫度、壓力，空氣溫度、壓力。冷卻水溫度、壓力、流量和出 水溫度。 燃燒過程可根據(jù)拱頂溫度控制煤氣調節(jié)閥，助燃空氣與煤氣采用配比調節(jié)。助燃空氣總管壓力自動調節(jié)等。 ⑸ 布袋除塵系統(tǒng) 布袋除塵系統(tǒng)每個箱體的出口支管，裝有煤氣流量測量：布袋除塵器下部錐體及中間灰斗設有料位檢測。 除塵器人口總管設有煤氣壓力、溫度測量；凈煤氣總管設有煤氣壓力、溫度、流量和含塵量測量。 ⑹ 礦槽除塵和出鐵場除塵 礦槽和出鐵場除塵器前溫度檢測。除塵器進出口差壓測量?；叶犯叩土衔贿B鎖及報警。除塵風機運行參數(shù)和報警等。 以高爐布料為例：高爐冶煉過程是連續(xù)的，爐內有壓力且產生大量煤氣 ，整個過程是和大氣隔絕的。在隔絕的狀況下如何源源不斷地把爐料加到爐內，對保證高爐正常冶煉至關重要。 目前普遍使用的無料鐘爐頂如圖 4所示。該成套設備為串罐式，用于高爐爐頂受料與給料及布料，布料工藝性能好，可實現(xiàn)多環(huán)或任意點布料。通常都采用料流調節(jié)閥加布料溜槽的控制方式，來確保礦石、焦炭在爐內的精確布料。工作過程簡述如下： ⑴ 受料斗空，擋料閥關，上密封閥關。上料； ⑵ 料罐空，料流調節(jié)閥關，滾筒停，下密封閥關。打開放散閥，料罐壓力降至大氣壓； ⑶ 打開上密封閥，打開擋料閥，由受料斗向料罐放料，放空后關 閉擋料閥、關閉上密封閥； ⑷ 關閉放散閥，打開一次均壓閥，料罐充壓，關一次均壓，開二次均壓至料罐壓力與高爐壓力相等或略高，關二次均壓，開下密封閥。 ⑸ 料線到達設定值，開始布料過程： a. 提料尺，溜槽運動到設定位置，開料流調節(jié)閥到設定的γ角并啟動給料滾筒，向高爐布料。 圖 4 下料閥調節(jié)工作示意 b. 料罐空，停滾筒，關閉料流調節(jié)閥，關閉下密封閥，放探尺。本次布料結束。再承接第⑵步，如此周而復始。 利用料流調節(jié)閥和布料溜槽控制布料原理如圖 5和圖 6所示： 圖 5 下料閥調節(jié)工作示意 圖 6 布料溜槽工作示意圖 高爐爐料經過礦槽配料工藝后，先進入到爐頂上料斗和下料斗，在高爐接到布料指令后，其下料斗的料流調節(jié)閥首先要按工藝要求開啟到給定的開度（即 γ角），爐料按一定的流量經布料滾筒后流到布料溜槽上，布料溜槽也按工藝要求升到一定的傾動角度（即 α角），同時，布料溜槽還在水平面方向上進行著勻速旋轉（即 β角）。這樣爐料就可以均勻的布到高爐的料面上了。 圖 7 下料斗調節(jié)閥開度控制流程圖 從上述基本控制原理可以看出，只要控制好 α、 β、 γ三個角度，就能把爐料按任意的形式布到 爐內。高爐布料方式一般有環(huán)形布料、扇形布料、螺旋形布料和定點布料等幾種，最多使用的還是環(huán)形布料，即一批料以不同的傾動角度布到爐內，形成以高爐中心為圓心的數(shù)個 圓環(huán)，使爐料均勻的布在爐內。如果在冶煉過程中出現(xiàn)爐內料面不均勻的情況，則可以利用扇形布料或定點布料來彌補?；蛘郀t長根據(jù)爐況需要，為改善透氣性、保護爐壁使其溫度不致過熱等等原因，也需要采用扇形或定點布料的方法來改善爐內爐料的分布狀態(tài)。 在布料控制過程中下料斗調節(jié)閥開度（即 γ角的控制）是至關重要的，只有精確控制好 γ角，才能有效地控制好下料流量，進而更準 確的控制好每批料布料的厚度、環(huán)數(shù)及布料的起點和終點。 由爐頂料流調節(jié)閥的實際開度返回值（采用自整角機或光電編碼器檢測轉換成實際角度），并接收爐頂控制系統(tǒng)發(fā)出的 γ角開度大小和動作指令。經分析處理后轉換成 4～ 20mA的電信號控制直流驅動裝置。為了使系統(tǒng)既有較快速響應特性，又能達到較理想的準確度，采用 PID調節(jié)和邏輯控制相結合的方法。其程序流程如圖 7所示。 PLC控制系統(tǒng)首先檢測 γ角的給定值和實際返回值，并計算出它們的差值 δ, 當 δ值大于某個角度（比如 2度）時，給定直流驅動裝置以較大的步長，使系統(tǒng)快速反應；當 δ值小于某個角度、即 γ角接近給定值時，系統(tǒng)自動進入 PID調節(jié)控制狀態(tài)，即隨著 δ值的減小，控制系統(tǒng)給定的調節(jié)幅度也按比例減小，直至為零。 PID調節(jié)的各項參數(shù)（比例、微分、積分系數(shù)，延時時間，偏移量等）必須反復調試才能達到最好效果，確保較高的控制精度。 高爐冷風閥自動調節(jié)和爐頂壓力自動調節(jié)，可根據(jù)用戶的需求酌情采用。 開關量報警 電機在運行過程中備妥消失，或在啟動以后沒有及時得到運行應答信號，或在運行過程中有過電流，或出現(xiàn)綜合故障時，系統(tǒng)就會發(fā)出報警。一旦檢查到開關量報警，屏幕上相應的目標變成紅 色閃動且有聲響。如報警目標不在當前畫面上，系統(tǒng)畫面切換按鈕上會顯示紅色閃動邊框，提示到該畫面中去尋找報警目標。對其進行操作即可確認此報警，確認后紅色不閃，聲響消失，目標的紅色一直要保持到報警狀態(tài)完全解除后才能消失。 在開關量報警列表中，計算機自動記錄報警的目標名稱，報警產 生時間、確認時間、解除時間等，分別以不同的顏色來表示。 . 模擬量報警 在系統(tǒng)主工藝畫面和各個分圖中可以動態(tài)實時顯示模擬量數(shù)值。此值在正常時以綠色顯示；超出設定上下限，且系統(tǒng)正處于正常運行狀態(tài)，就會出現(xiàn)模擬量報警，此時數(shù)值成紅 色閃動和發(fā)出聲響，并在屏幕頂端出現(xiàn)報警窗口，提示模擬量名稱、報警的發(fā)生時間、越限值和確認按鈕。經確認后報警窗口消失。模擬量報警列表與開關量報警列表相同。 . 實時趨勢 實時數(shù)據(jù)顯示包括實時曲線、棒形圖、電氣儀表圖三個子功能按鈕。按下某功能按鈕，可分別進入不同的圖形顯示。實時曲線窗口畫面分四個小顯示窗口，能同時顯示四條實時曲線。按下設置按鈕后屏幕上彈出一個選擇窗口，列出可供選擇的各個模擬量。 . 歷史曲線 在系統(tǒng)主菜單中按歷史曲線按鈕，可進入歷史曲線和趨勢查詢和打印功能。屏幕上可以單幅顯示也 可以用四個歷史曲線窗口，分別顯示四幅不同的歷史曲線。在選擇顯示或打印之前，歷史曲線的日期、起始時間、時間間隔都能進行設定，并能實現(xiàn)曲線的左右移動。 . 報表打印 在系統(tǒng)菜單選擇報表打印，就可進入報表打印功能。屏幕先顯示當前時刻的生產班報表，右下角有報表選擇按鈕。報表打印設有定時打印和即時打印兩種方式。在選擇打印功能后打印機自動通電。 . 系統(tǒng)維護 選擇主菜單中的系統(tǒng)維護，即彈出系統(tǒng)維護功能子菜單，對能改變系統(tǒng)運行狀況的維護功能，必須從鍵盤輸入密碼才能進入。各選項如下： 系統(tǒng)單步調試：用于 設置系統(tǒng)成單步調試狀態(tài)。 系統(tǒng)操作記錄：記錄上位機的權限轉換、狀態(tài)變化及運行操作。可詳細記錄當班人員的每一步操作，包括組操作、開停機，對報警的響應和調用的其它功能。可翻動查閱 500個記錄， 500個以前的操作 記錄在硬盤上，最多可記錄一個星期或更長的時間。 系統(tǒng)打印設置：用于設置系統(tǒng)的生產班報表、生產日報表、生產月報表的定時打印和即時打印。設置按鈕前有一指示燈，表示當前打印狀態(tài)。 系統(tǒng)健康 圖： 用于顯示下位機各模塊的運行狀況。當下位機某一模塊發(fā)生運行故障時 ， 該 圖 中 所 對 應 的 模 塊 就 閃 紅 報 警 ， 直 到 故 障 排 除 為 止 。 圖 8 PLC系統(tǒng) 圖 開關量和模擬量控制條件表：分頁顯示系統(tǒng)開關量和模擬量控制條件表。表中詳細列出設備名稱、 PLC接點位號、以及機柜內來去的端子號，儀表位號和量程，以及系統(tǒng)配電圖等。維修人員無須再去查閱圖紙，就能掌握現(xiàn)場信號的來龍去脈，一目了然，十分方便。模擬量控制條件表中的報警上下限參數(shù)，還可通過鍵盤修改。 班工作時間設置：可通過鍵盤或跟蹤球設置早、中、晚三班的起始時間，各個班按八小時間隔自動分配。 系統(tǒng)時間校正：可通過鍵盤或跟蹤球校正系統(tǒng)時鐘的時、分、秒。 系統(tǒng)密碼設置：用于設置系統(tǒng)的各級密 碼。 六、 結束語 高爐 系統(tǒng)自動化程度的高低是整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。由于實現(xiàn)了對監(jiān)控設備的自動控制、自動聯(lián)鎖保護控制和自動調速運行等，使整個系統(tǒng)有如下優(yōu)點 :系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，操作工人勞動強度低；短時間內達產達效，所生產的 鐵水 質量較好，在國內同類爐窯控制中達到了領先水平。 參考文獻 [1] 深入淺出西門子 ， 2021 [2] 高欽和 .可編程控制器應用技術與設計實例 .人民郵電出版社， 2021 [3] 陳永利，張中民 .可編程序控制器原理及應用實例 .機械工業(yè)出版社， 2021 [4] 深入淺出 WinCC. 北京航空航天大學出版社， 2021 [5] 廖常初 .S7200 PLC 的編程及應用 .北京：機械工業(yè)出版社 .2021 [6] 喬東凱 . 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