1  引言

萊鋼1#1000m3高爐2005年投產(chǎn)，礦槽爐頂上料系統(tǒng)設(shè)計采用施耐德公司昆騰系列plc，該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對礦石、球團、燒結(jié)、焦碳等原料的自動稱量，并完成稱量誤差的自動補償；實現(xiàn)了爐頂各閥門的順序自動開關(guān)，α、β、γ的角度自動設(shè)定以及其他相關(guān)輔助設(shè)備的自動控制；實現(xiàn)了對高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)控制。該系統(tǒng)投運以來，運行穩(wěn)定，效果良好。

2  高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)工藝流程

2.1 槽上控制工藝流程

高爐槽上設(shè)計13個料倉，4個燒結(jié)礦倉(3#、4#、5#、6#)，2個焦炭倉（7#，8#），3個球團倉（9#、10#、11#），2個雜礦倉（1#、2#），1個焦丁倉。槽上有3條打料皮帶機，每條皮帶機對應(yīng)一輛卸料小車，采用卸料小車可以將膠帶機輸送的原料卸至不同的料倉，當(dāng)采用卸料小車進行卸料時，卸料小車先開至所選擇的料倉上方，然后啟動膠帶機，原料就經(jīng)卸料小車卸到小車下方的料倉內(nèi)。

2.2 槽下控制工藝流程

高爐槽下設(shè)兩個大燒結(jié)礦倉，兩個小燒結(jié)礦倉，兩個雜礦倉，三個球團倉，一個備用倉。每個礦倉下都有振動篩，篩除小于5mm的碎礦，大燒結(jié)礦倉的礦經(jīng)過篩分后分別進入料坑的左右中間稱量斗，小燒結(jié)礦倉的礦經(jīng)篩分后分別進入各自配套的稱量斗，然后經(jīng)礦石皮帶機集中運送，經(jīng)料坑上方的翻板進入料坑中的礦石中間斗，經(jīng)篩分后的5mm燒結(jié)礦經(jīng)返礦皮帶機運到碎礦倉。焦炭設(shè)左右兩個焦倉，倉下裝有振動篩和振動給料機，焦炭經(jīng)篩分后，大于20mm的塊焦，分別直接進入料坑內(nèi)的左右焦炭稱量斗，篩下小于20mm的碎焦經(jīng)sj1、sj2膠帶機倒運到sj3碎焦膠帶機上，送至碎焦倉上振動篩，將碎焦分級成8mm以上和8mm以下兩種產(chǎn)品，大于8mm的焦丁由sj4膠帶機運至焦丁倉，再經(jīng)焦丁給料機到焦丁稱量斗，然后到供料膠帶機與燒結(jié)礦一起進入料坑中間斗。小于8mm的碎焦落入焦粉倉等待汽車外運。當(dāng)料車到底后，相應(yīng)的礦石中間斗或焦炭斗向料車裝料。

2.3 爐頂控制工藝流程

   萊鋼1#1000m3高爐爐頂采用無料鐘串罐式爐頂，分為受料斗、料罐、氣密箱等組成部分。在上料過程中，爐料先投進受料斗里，隨后放入料罐中，在這個過程中，由于高爐不能和大氣相通，通過控制爐頂放散閥、均壓閥、上密閥、柱塞閥、下密閥的順序開關(guān)來實現(xiàn)高爐的正常下料，通過控制α、β、γ來實現(xiàn)高爐布料。料面檢測設(shè)備采用機械探尺與雷達探尺相配合。

2.4 裝料流程

焦炭、燒結(jié)礦等各種入爐原料由料車運到爐頂，倒入受料斗中，受料斗最多可裝4車料。料罐放散完畢后打開上密閥和柱塞閥向料罐裝料。裝料完成后料罐進行均壓。一旦高爐準(zhǔn)備接受下一批爐料就進行布料，首先打開下密閥并將料流調(diào)節(jié)閥打開至設(shè)定開度，料罐中的爐料通過料流調(diào)節(jié)閥流到旋轉(zhuǎn)的布料溜槽上。在布料期間，通過γ射線探測料流，該裝置可發(fā)出料罐清空信號。一旦料罐清空，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥和下密封閥，打開放散閥進行放散，準(zhǔn)備下一次裝料。

2.5 布料流程

一批料中，允許焦礦設(shè)定兩個不同的料線位置。當(dāng)探尺達到規(guī)定的料線位置后，自動提升到位，發(fā)出布料信號，下密封閥打開，布料溜槽進行啟動。β角旋轉(zhuǎn)到設(shè)定速度并且到達布料位置，開啟料流調(diào)節(jié)閥，按照批重及規(guī)定的布料程序，調(diào)節(jié)料流調(diào)節(jié)閥開度和溜槽傾角，使每圈料流均勻、重量相等和首尾相接的向爐喉任意布料。為了減少料頭料尾不均勻現(xiàn)象，每批料布完后，布料角度自動步進60度。

高爐上料系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1  高爐上料系統(tǒng)工藝流程圖

3  上料自動化系統(tǒng)設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)硬件配置

整個上料系統(tǒng)采用一套plc系統(tǒng)，兩臺上位機完成對整個上料系統(tǒng)的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集等。自動控制系統(tǒng)采用schneider tsx quantum 系列plc硬件組成基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)。采用mp7監(jiān)控軟件，編程軟件采用concept2.6，WINOOWs 2000作為系統(tǒng)平臺界面，組成計算機化的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)人機通訊。

控制器與上位機之間采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。主機控制單元接受由i/o接口收集的信號進行開關(guān)量和模擬量的處理后,將信號經(jīng)i/o接口實現(xiàn)對設(shè)備的控制，與監(jiān)控站及上位機通訊。這個系統(tǒng)配置如圖2所示。

其中處理器采用昆騰系列140-cpu-534-14a，電源模塊采用140-cps-114-20，遠(yuǎn)程通訊模版采用140-noe-771-01，i/o模板配置如下：數(shù)字量輸入模板為140-dai-753-00、140-ddi-353-00；數(shù)字量輸出模板為140-ddo-353-00；模擬量輸入模板為140-aci-040-00；模擬量輸出模板為140-aco-130-00，遠(yuǎn)程i/o模版采用140 crp 931 10、140 cra 931 00。

3.2 槽下控制功能設(shè)計

（1）槽下控制范圍及內(nèi)容：實現(xiàn)對礦石、球團、燒結(jié)、焦炭等入爐原料的自動稱量，并完成稱量誤差的自動補償；實現(xiàn)槽下12個礦倉、12個稱量斗、2條成品帶、2條碎礦皮帶、12臺振動篩、4臺給料機、1個翻板及碎焦系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)自動備料和放料；可使用監(jiān)控畫面對上料系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，對設(shè)備的運行進行軟手/自動切換及手動啟停設(shè)備，進行料單設(shè)定及更改等；對裝料超時、放料超時、超滿及設(shè)備運行故障等情況在“工藝流程畫面”進行報警顯示。

圖2  控制系統(tǒng)硬件配置

（2）礦石稱量斗的稱量控制：當(dāng)排料程序發(fā)出后，礦石稱量斗閘門開，料排出。當(dāng)稱量值為控制值（初始時為設(shè)定值的95%）的5%時，發(fā)出料空信號并關(guān)閉閘門，當(dāng)閘門關(guān)好并稱空好后，振動篩或給料機開始啟動。稱量值到控制值（經(jīng)補正）時，振動篩或給料機停機，進行滿稱量。若達110%控制值（經(jīng)補正）時發(fā)出聲光報警信號。振動篩或給料機啟動ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號，就發(fā)出上卡料報警信號。

（3）礦石稱量斗的排料順序：根據(jù)預(yù)先選定的裝料程序，礦石中間稱量斗一“空”且閘門關(guān)好，槽下翻板翻到位，礦石皮帶機啟動后，開始排料。

排料順序：球團、雜礦單裝時按料單內(nèi)所填倉號的先后順序進行排料（礦石稱量斗排料最多不同時超過三個）。混裝時先排一斗的球團或雜礦（排料單內(nèi)球團或雜礦對應(yīng)倉號的第一個斗），再排小燒或振大燒。當(dāng)前一個稱量斗閘門開啟，發(fā)出空信號后，發(fā)出下一個斗排料指令。排料斗的閘門開到位延時ts后，還未發(fā)出斗“空”信號，則發(fā)出下卡料報警信號。

（4）礦石中間稱量斗稱量控制：礦石中間稱量斗稱量控制分三種情況：

● 大燒結(jié)礦振動篩供料：當(dāng)?shù)V石中間稱量斗“空”，閘門關(guān)好，設(shè)定好則發(fā)出同側(cè)燒結(jié)篩運轉(zhuǎn)指令，稱量值達到控制值（初始時為設(shè)定值的95%）時，燒結(jié)篩停機，稱量結(jié)束。稱量值達110%控制值時發(fā)出音響報警信號。振篩啟動延時ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號，則發(fā)出“上卡料”信號。

● 礦石皮帶機供料：當(dāng)?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機運轉(zhuǎn)指令，當(dāng)排料斗均放過料后，發(fā)出礦石中間斗裝好信號，并發(fā)出皮帶機停機指令。

● 礦石皮帶機和大燒結(jié)振動篩完成混裝：當(dāng)?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機運轉(zhuǎn)指令，當(dāng)相應(yīng)的一個礦石排料斗放過料后，發(fā)出大燒結(jié)振篩啟動指令，同時發(fā)出皮帶機停機指令。當(dāng)稱量發(fā)出“滿”信號時，發(fā)出礦石中間斗裝好信號。

（5）焦炭稱量控制：當(dāng)焦炭稱量斗一“空”，閘門關(guān)好并設(shè)定好后，發(fā)出焦炭振動篩運轉(zhuǎn)指令，開始稱量，稱量值達到控制值時（初始時為設(shè)定值的95%），發(fā)出振動篩停機指令，稱量結(jié)束，若達110%控制值時，發(fā)出報警信號。振篩啟動延時ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號，則發(fā)出“上卡料”信號。

3.3 爐頂控制功能設(shè)計

（1）爐頂控制范圍及內(nèi)容

● 爐頂上至料罐下至探尺各設(shè)備的順序控制。

● 無料鐘串罐式爐頂?shù)难b料及均壓、放散控制。

● 料流調(diào)節(jié)閥開度（γ角）、布料溜槽傾動角（α角）、布料溜槽旋轉(zhuǎn)角（β角）的控制。

（2）爐頂裝料控制：上次布料結(jié)束且下密閥關(guān)到位后，程序發(fā)出申請裝料信號，料車開始裝料，受料斗滿且料罐空，放散閥打開，在放散過程中，一旦打開放散閥并料罐內(nèi)壓力等于大氣壓力，則認(rèn)為放散ok。放散ok后開上密閥，上密閥開到位后開柱塞閥，料車開始下料。延時一定時間后柱塞閥關(guān)閉，關(guān)放散閥，關(guān)上密閥，爐料裝入料罐中后開均壓閥開始均壓。這時受料罐發(fā)允許料車上行信號。

（3）爐頂布料控制：料罐滿且上密關(guān)到位后，程序發(fā)出申請布料信號，此時探尺探測到設(shè)定料線后提探尺至零位。均壓好后關(guān)均壓閥。探尺提到零位后開始轉(zhuǎn)動α、β。布料溜槽傾動的正常工作角度范圍是13-53度。就地操作可以使溜槽傾角達到70度以便于拆卸溜槽。當(dāng)溜槽傾角小于12度或大于54度時,溜槽停止移動和轉(zhuǎn)動并發(fā)出報警,只有在報警清除后才可以繼續(xù)移動。一旦降下探尺或探尺在高爐中時，溜槽傾角如果大于45度，必須鎖定溜槽。為了使溜槽的定位精度達到±0.2度的要求，在程序中對溜槽的傾動速度進行處理，溜槽開始以最大速度傾動，當(dāng)與目標(biāo)位置只相差2度時，以最大速度的三分之一傾動，這樣可以精確的定位到目標(biāo)位置。溜槽的旋轉(zhuǎn)由變頻器驅(qū)動的交流電機驅(qū)動。正常情況下溜槽不停的旋轉(zhuǎn)，如果溜槽的傾角位置達到了上限或下限，或者探尺在爐內(nèi)時溜槽傾角大于45度，溜槽要立即停止旋轉(zhuǎn)并報警。溜槽每4小時改變一次旋轉(zhuǎn)方向，這樣可以確保溜槽磨損平衡。plc根據(jù)爐頂料單和槽下傳送來的布料代號給出料流調(diào)節(jié)閥γ的設(shè)定開度，控制料流調(diào)節(jié)閥打開到設(shè)定開度開始布料，當(dāng)接受到料罐清空信號，料流調(diào)節(jié)閥首先完全打開才能關(guān)閉。清空信號由射線檢測和plc的定時器共同完成，如果在料流閥打開后規(guī)定的時間后發(fā)出清空信號，則認(rèn)為料罐已經(jīng)清空，如果在規(guī)定的時間之前發(fā)出清空信號則認(rèn)為是料罐堵塞，plc將發(fā)出報警信號，該信號一直保持，只有料流閥完全打開并且確保料罐完全排空后才能解除。料流閥關(guān)閉后關(guān)下密閥，降下探尺檢測料面，布料結(jié)束。

4  結(jié)束語

本文討論了基于施耐德昆騰系列plc的高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制情況。控制系統(tǒng)已經(jīng)在高爐生產(chǎn)得到了實際應(yīng)用，滿足了現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝要求。操作畫面簡單方便，通過對料單設(shè)定畫面的修改可以實現(xiàn)對礦石、焦碳配料參數(shù)及布料參數(shù)的設(shè)置與修改，并顯示工藝所需要的數(shù)據(jù)。操作方式靈活，操作方式有自動、畫面手動和現(xiàn)場就地操作。在該系統(tǒng)中，plc充分發(fā)揮了其配置靈活、控制可靠、編程方便和可現(xiàn)場調(diào)試的優(yōu)點，給整個系統(tǒng)的穩(wěn)定給整個高爐生產(chǎn)帶來了較大的作用。