西門子plc及TK6100iV5用在豎爐系統(tǒng)

    豎爐球團(tuán)生產(chǎn)是一個(gè)集制氣、潤(rùn)磨、配料、烘干、造球、布料、燒結(jié)、卸料等于一體的復(fù)雜過(guò)程。首先,來(lái)自原料廠粉末狀鐵精礦與膨潤(rùn)土,按照一定的配比,經(jīng)過(guò)配料系統(tǒng)后形成混合物料,由皮帶機(jī)運(yùn)至烘干機(jī)，經(jīng)過(guò)烘干機(jī)除濕并混合均勻后送入圓盤造球機(jī)，使原料形成一定大小的圓球(生球)。然后,生球經(jīng)過(guò)布料車布料后進(jìn)入豎爐,對(duì)生球按照一定的規(guī)律進(jìn)行燒結(jié),形成的成品球輸出到成品球料場(chǎng),作為煉鐵的爐料。生產(chǎn)中最主要的控制環(huán)節(jié)為采用西門子plc控制的豎爐本體工段，其工藝流程如圖1 所示。從造球工段來(lái)的生球通過(guò)布料車送到烘干床上;烘干后的生球送入豎爐后,要經(jīng)過(guò)預(yù)熱、培燒和均熱帶,生球在這三個(gè)溫度帶中進(jìn)行熱交換，所需要的熱量均來(lái)自于豎爐本體的兩個(gè)燃燒室;高溫熟球經(jīng)冷卻后,通過(guò)齒輥的轉(zhuǎn)動(dòng),排出到電磁振動(dòng)給料機(jī)上;最后振動(dòng)給料機(jī)將熟球送至出料小車運(yùn)至料場(chǎng)。

三、系統(tǒng)要求

從功能上看,豎爐系統(tǒng)由四個(gè)環(huán)節(jié)組成,各環(huán)節(jié)工藝過(guò)程和影響因素如下:

3.1溫度控制環(huán)節(jié)

豎爐內(nèi)溫度分布是球團(tuán)礦質(zhì)量的決定因素之一,一般認(rèn)為豎爐焙燒球團(tuán)礦存在五個(gè)帶,分別為干燥帶、預(yù)熱帶、焙燒帶、均熱帶和冷卻帶,理想的溫度分布曲線大致如圖2 所示

實(shí)際上,豎爐溫度分布往往很難形成明顯的溫度帶,因此想要直接精確地控制其溫度是不可取的。通常采用控制燃燒室的溫度來(lái)間接控制豎爐中的溫度。影響燃燒室溫度的主要因素是煤氣和助燃風(fēng)的流量,所以在溫度控制TK6100iV5環(huán)節(jié)中,主要是控制煤氣和助燃風(fēng)的流量。

3.2空氣控制環(huán)節(jié)

它是非常重要的,不僅是溫度控制環(huán)節(jié)中的助燃風(fēng),而且研究和應(yīng)用表明,改變氣流成分和分布(主要是冷卻風(fēng)) ,可以一定程度上改變爐內(nèi)部溫度分布。

3.3布料控制環(huán)節(jié)

布料均勻?qū)?yōu)化焙燒和爐況是非常重要的。造成布料不均勻的因素主要有:生球來(lái)料不均勻、布料車的工作機(jī)制等。在此系統(tǒng)中假定生球來(lái)料均勻,針對(duì)布料車的工作機(jī)制,我公司通過(guò)引入西門子PLC邏輯控制，以達(dá)到料車的動(dòng)作要求。

3.4卸料控制環(huán)節(jié)

影響均勻卸料和保持物料平衡的主要因素有:爐內(nèi)物料的結(jié)塊狀況和卸料機(jī)制等。如果在卸料機(jī)制方面做到勤排或連續(xù)排料,對(duì)改善爐況是比較有利的。卸料口的物料檢測(cè)非常重要,一方面可用于物料平衡控制,另一方面可用于預(yù)警和報(bào)警,如果爐內(nèi)有燒結(jié)現(xiàn)象,在卸料過(guò)程中會(huì)有反映,威綸觸摸屏TK6100iV5預(yù)警功能會(huì)提醒崗位工人馬上處理,把故障消滅在萌芽狀態(tài)。

四、系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上對(duì)豎爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、工藝通過(guò)分析, 采取控制方案如下:

4.1自動(dòng)化系統(tǒng)組成

自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)功能設(shè)置為：原料系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、造球系統(tǒng)、生篩布料系統(tǒng)、豎爐本體系統(tǒng)，分別對(duì)本系統(tǒng)內(nèi)的電氣、儀表參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制.原料配料部分主要由單片機(jī)構(gòu)成的皮帶秤控制系統(tǒng)、生篩布料系統(tǒng)分別由信捷PLC進(jìn)行工藝控制；豎爐本體系統(tǒng)由研華數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行工藝控制，以上各系統(tǒng)配用網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，保證TK6100iV5威綸觸摸屏與西門子PLC的正常通訊及便于在線監(jiān)視及在線修改，由威綸觸摸屏進(jìn)行監(jiān)控和發(fā)布指令，完成對(duì)豎爐的整個(gè)工藝生產(chǎn)過(guò)程的控制。

4.2控制功能

該系統(tǒng)主要完成以下四種功能:

4.2.1數(shù)據(jù)采集

ADAM數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集煤氣、助燃風(fēng)、冷卻風(fēng)的流量、壓力及豎爐各部位的溫度,經(jīng)過(guò)處理后,把對(duì)應(yīng)的有效工藝參數(shù)通過(guò)通訊模塊傳給豎爐工段工控機(jī)，由MT8101iE威綸觸摸屏根據(jù)設(shè)定的算法來(lái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

例：壓力測(cè)量的變換單元均采用精度0.2級(jí)的電容式壓力變送器，變送器產(chǎn)生一個(gè)與實(shí)際壓力相對(duì)應(yīng)的4～20mA信號(hào)再由研華模擬量采集模塊接收，在組態(tài)畫面上顯示實(shí)時(shí)的壓力值。

4.2.2閥門控制

閥門控制主要是對(duì)各個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度量大小進(jìn)行控制。閥門控制器的輸入控制信號(hào)為4～20mA 電流信號(hào),電動(dòng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生4～20mA的閥位反饋信號(hào)輸出。閥門控制系統(tǒng)由伺服調(diào)節(jié)器和ADAM模塊構(gòu)成,控制信號(hào)通過(guò)工控機(jī)發(fā)送給控制模塊，控制模塊輸出控制信號(hào)給操作器,操作器輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥達(dá)到指定開度,并反饋閥位開度信號(hào),通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊傳給工控機(jī)。

4.2.3生產(chǎn)過(guò)程控制

控制的主要對(duì)象是布料車和卸料機(jī)、造球工段圓盤給料機(jī)、造球工段圓盤造球機(jī)、皮帶等。考慮到生產(chǎn)過(guò)程中各設(shè)備之間的配合與聯(lián)鎖,及控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和可靠性要求,采用西門子300CPU和億維的分布式I/O系列模塊進(jìn)行控制

4.2.4用戶界面

用戶界面功能主要包括:處理來(lái)自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝參數(shù),形成生產(chǎn)中的用戶界面;根據(jù)工藝參數(shù),采用相應(yīng)的控制策略和算法,形成合理的控制量輸出給閥門控制系統(tǒng)或生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng);各生產(chǎn)過(guò)程工藝流程圖顯示;重要工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示、歷史趨勢(shì)圖顯示;故障報(bào)警和事件記錄顯示、煤氣用量報(bào)表顯示等。

4.3控制系統(tǒng)的組成

4.3.1豎爐系統(tǒng)的控制

豎爐系統(tǒng)的控制主要包括：原料控制系統(tǒng)、造球室系統(tǒng)、烘干控制系統(tǒng)、生篩布料、焙燒系統(tǒng)、成品系統(tǒng)；輔助系統(tǒng)：循環(huán)水泵房、軟水站系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)站系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、煤氣加壓系統(tǒng)等幾大系統(tǒng). 以下將對(duì)各部分分別予以闡述

4.3.2原料控制系統(tǒng)

原料系統(tǒng)主要由圓盤給料機(jī)、皮帶秤組成，設(shè)備采用變頻調(diào)速對(duì)圓盤進(jìn)行控制，可以根據(jù)需要的料流隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。控制方式：集中控制和機(jī)旁手動(dòng)相結(jié)合的方式，機(jī)旁時(shí)可以根據(jù)需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)速，并與機(jī)旁箱上的速度顯示表進(jìn)行對(duì)照達(dá)到速度要求，集中時(shí)可在威綸觸摸屏通過(guò)組態(tài)畫面進(jìn)行料流速度設(shè)定，在MT8101iE威綸觸摸屏畫面中輸入相應(yīng)的參數(shù)，系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)調(diào)整圓盤給料機(jī)與皮帶秤之間的匹配速度，配好的原料由1#皮帶送至烘干機(jī)。此系統(tǒng)主要由單片機(jī)自動(dòng)控制的邏輯過(guò)程來(lái)完成。

4.3.3烘干機(jī)控制系統(tǒng)

由1#皮帶機(jī)送進(jìn)的原料，經(jīng)振動(dòng)給料斗送入烘干機(jī)。烘干機(jī)系統(tǒng)由烘干機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)、加料皮帶、倉(cāng)壁振動(dòng)器、儀表組成，用于原料廠粉末狀鐵精礦與膨潤(rùn)土按照一定比例混合的原料,經(jīng)過(guò)烘干機(jī)去除多余的水份并使原料混合均勻。烘干機(jī)采用軟啟動(dòng)進(jìn)行控制，減少電流沖擊。

烘干機(jī)控制的聯(lián)鎖條件為：2#皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)→烘干機(jī) →1#皮帶

儀表監(jiān)測(cè)點(diǎn)如下

溫度測(cè)量：共有兩點(diǎn)，燃燒爐出口溫度1點(diǎn)、烘干機(jī)尾罩溫度1點(diǎn)。

壓力測(cè)量：共有兩點(diǎn)，分別為助燃風(fēng)總管壓力、煤氣總管壓力。

流量測(cè)量：共有1點(diǎn)，煤氣總管流量。

儀表柜上配有手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)儀，進(jìn)行對(duì)煤氣總管壓力和燃燒爐出口溫度的調(diào)節(jié)。

4.3.4造球系統(tǒng)

圓盤造球機(jī)把烘干混合均勻后的生料制成一定大小的圓球(生球)。系統(tǒng)中的圓盤給料機(jī)均由變頻控制，造球機(jī)由軟啟動(dòng)控制，因生產(chǎn)中對(duì)原料中的水份難以控制且要求球的大小均勻，需操作工對(duì)此進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察并采取相應(yīng)的措施，因此控制方式采用自動(dòng)的PID不太適用而多為手動(dòng)，在每臺(tái)圓盤造球機(jī)處配有機(jī)旁操作箱，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)控制圓盤給料機(jī)的速度及電振、造球機(jī)的啟動(dòng)停止。造好的生球由4#皮帶運(yùn)至生篩機(jī)。

4.3.6本體焙燒系統(tǒng)

需要控制的對(duì)象主要包括:煤氣總管、支管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,助燃風(fēng)總管、支管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,冷卻風(fēng)總管流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,布料車和卸料機(jī)。為了充分發(fā)揮設(shè)備的性能,保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程安全可靠,自動(dòng)控制系統(tǒng)采用兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制方案,上位機(jī)采用工控機(jī),下位機(jī)采用西門子PLC和億維的UNIMAT的I/O模塊。

對(duì)于自動(dòng)布料系統(tǒng),主要是開環(huán)控制,控制布料車來(lái)回行駛的速度,以實(shí)現(xiàn)布料均勻。對(duì)豎爐溫度控制環(huán)節(jié),采用PID和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的控制方法。

豎爐溫度控制環(huán)節(jié)主要是控制燃燒室的溫度在工藝要求范圍內(nèi),可運(yùn)用兩個(gè)閉環(huán)PID調(diào)節(jié)回路構(gòu)成煤氣、助燃風(fēng)比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)以控制燃燒室的溫度。

其中PLC控制器設(shè)計(jì)為單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器,可動(dòng)態(tài)地調(diào)整PID 控制器的3 個(gè)參數(shù),以滿足實(shí)時(shí)控制的要求。

4.4各控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面如下

通過(guò)此畫面可以對(duì)焙燒各點(diǎn)溫度、壓力、流量、閥門開度進(jìn)行監(jiān)控，并可以對(duì)各調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。畫面還包括汽包液位、軟水泵的啟停、運(yùn)行狀態(tài)等。

4.4.2生產(chǎn)中對(duì)煤氣的用量要進(jìn)行報(bào)表記錄，以方便對(duì)煤氣的使用情況進(jìn)行定時(shí)統(tǒng)計(jì)，給生產(chǎn)調(diào)度帶來(lái)方便。

4.4.3溫度曲線有兩部分：<溫度曲線一>主要為燃燒室各點(diǎn)溫度、焙燒帶溫度、均熱帶溫度。<溫度曲線二>主要為烘干床、排料、煙罩溫度。通過(guò)此曲線可以分析生產(chǎn)中各段溫度。使各點(diǎn)溫度與工藝要求對(duì)比，給生產(chǎn)操作帶來(lái)依據(jù)。

4.4.4報(bào)警畫面：包括TK6100iV5主畫面中所有的點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置上限、下限或狀態(tài)可對(duì)采集的參數(shù)進(jìn)行有效的報(bào)警，提醒操作人員及早發(fā)現(xiàn)以便對(duì)問題及時(shí)進(jìn)行處理。也可在發(fā)生故障后通過(guò)報(bào)警記錄對(duì)問題進(jìn)行分析，防止以后類似問題再次發(fā)生。