PLC控制系統(tǒng)在豎爐生產(chǎn)中的應(yīng)用

西鋼煉鐵廠10m3豎爐于1994年建造并投產(chǎn)，生產(chǎn)煉鐵所需的球團(tuán)礦。豎爐在煉鐵工藝中起著舉足輕重的作用，其中布料系統(tǒng)是豎爐生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，對(duì)球團(tuán)質(zhì)量起著決定性的作用。原布料系統(tǒng)的電氣控制部分采用繼電器控制方式，2臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，使用各類中間繼電器89個(gè)，時(shí)間繼電器62個(gè)，控制線路錯(cuò)綜復(fù)雜，故障率極高，嚴(yán)重影響豎爐的生產(chǎn)和球團(tuán)質(zhì)量，如何減少設(shè)備故障率，提高設(shè)備作業(yè)率，確保豎爐達(dá)產(chǎn)達(dá)效，是重大技改課題。

2、豎爐控制系統(tǒng)的研制

2.1 設(shè)備技改路線分析

（1）在國(guó)內(nèi)很多小型豎爐中，仍然普遍采用繼電器式控制方式。該控制方式的優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)方式容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)含量低，崗位工人容易接受。其缺點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：所用電器元件較多，成本較高；故障點(diǎn)較多，線路復(fù)雜，維護(hù)困難，故障處理時(shí)間長(zhǎng)；可靠性差，難以適應(yīng)惡劣的環(huán)境；電能損失大。

（2）采用小型PC一體式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。小型系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是：體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格較低。其缺點(diǎn)是：硬件固定，靈活性較差，整機(jī)備件，相對(duì)地提高了成本。

（3）采用大型PLC系統(tǒng)。整個(gè)豎爐采用一套大型的PLC系統(tǒng)，布料系統(tǒng)是其中一部分或一個(gè)遠(yuǎn)程站。

該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是：控制靈活可靠，功能強(qiáng)大，適用于較大的系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是：價(jià)格昂貴，對(duì)于小系統(tǒng)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

2.2 技改方案的確定

通過(guò)對(duì)豎爐控制系統(tǒng)故障原因分析，造成豎爐設(shè)備電氣故障的原因主要有以下幾個(gè)方面：由于采用繼電器控制方式，各類繼電器達(dá)150多個(gè)，故障點(diǎn)較多；由于環(huán)境惡劣及元件本身質(zhì)量的影響，工作可靠性大大降低；由于控制線路的復(fù)雜性，使維修產(chǎn)生一定的困難，造成故障處理時(shí)間的延長(zhǎng)；由于煤氣及粉塵的影響，給維護(hù)帶來(lái)不便。

在保證生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我廠實(shí)際情況，提出了用PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制的方案。這樣，不僅可以大大簡(jiǎn)化控制線路，減少故障點(diǎn)，而且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，具有很高的性能價(jià)格比，對(duì)于降低成本，減少運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都有積極意義。

2.3 設(shè)備選型

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有兩種。一種是一體式結(jié)構(gòu)，另一種是模塊式結(jié)構(gòu)。前一種具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但是備件只能整機(jī)備件，相對(duì)而言成本較高；后一種模塊式結(jié)構(gòu)，具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活、擴(kuò)展功能強(qiáng)等特點(diǎn)，又不需整機(jī)備件，但一次投入費(fèi)用較高。我們著眼于全局考慮，為了方便以后的改造和擴(kuò)建工作，決定采用模塊式。該產(chǎn)品具有較高的性能價(jià)格比，且系統(tǒng)構(gòu)成靈活，技術(shù)支持完備，售后服務(wù)較好。

3、項(xiàng)目研制

3.1 硬件部分

（1）系統(tǒng)的硬件設(shè)備：電源模塊1塊；CPU模塊1塊；數(shù)字量輸入模塊4塊；數(shù)字量輸出模塊4塊。各模塊之間由地址總線連接，由現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的操作及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)4個(gè)輸入模塊進(jìn)入CPU，由CPU進(jìn)行邏輯運(yùn)算后，把結(jié)果送至輸出模塊，直接控制各驅(qū)動(dòng)設(shè)備的接觸線圈，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。

（2）系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)：9點(diǎn)接收操作臺(tái)起停信號(hào)；14點(diǎn)接收設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)；9點(diǎn)接收事故信號(hào)。輸出32點(diǎn)：11點(diǎn)用于設(shè)備狀態(tài)及故障顯示；18點(diǎn)用于啟動(dòng)設(shè)備指令；3點(diǎn)用于故障報(bào)警及顯示。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線路清晰，體積小，可完成兩個(gè)繼電器柜所能完成的一切控制功能。可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式對(duì)12臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的連鎖控制，同時(shí)增加了系統(tǒng)安全停機(jī)、故障報(bào)警、燈光顯示等功能。

3.2 軟件部分

主要功能：實(shí)現(xiàn)兩種工藝要求，正常生產(chǎn)和調(diào)劑爐況兩條不同的流程。其最大特點(diǎn)是：

（1）確保按工藝流程啟動(dòng)，防止誤動(dòng)作。

（2）提高故障判斷、顯示及處理能力。

（3）實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)重大故障時(shí)全線安全停機(jī)功能。

（4）節(jié)約能源。

（5）增加了皮帶檢測(cè)功能，包括斷帶、撕裂、跑偏、安全啟動(dòng)等功能。

（6）為了防止誤操作，設(shè)計(jì)了按鈕的確認(rèn)功能。

原來(lái)的布料系統(tǒng)中，在某一設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，只有該設(shè)備和前序設(shè)備同時(shí)停機(jī)，后序設(shè)備仍然運(yùn)行，而且，系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)，線路控制自鎖，當(dāng)解除故障后，該設(shè)備又自動(dòng)啟動(dòng)。由于該套設(shè)備是流水線作業(yè)，當(dāng)系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)發(fā)生重大故障時(shí)，后序設(shè)備沒(méi)有必要也不應(yīng)該運(yùn)行；一方面，可能造成原料的堆積和散落，使事故擴(kuò)大化，另一方面也是能源的浪費(fèi)，還有故障解除后，設(shè)備又自動(dòng)啟動(dòng)，不僅容易造成安全事故而且可能引發(fā)新的設(shè)備事故。為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中考慮兩方面的問(wèn)題，一是增加對(duì)故障點(diǎn)的報(bào)警和顯示，給維護(hù)和操作人員提供方便，盡可能減少故障處理時(shí)間，另一方面，一旦某一設(shè)備出現(xiàn)重故障時(shí)，后序設(shè)備立即按流程自動(dòng)停車，不僅有效地防止事故擴(kuò)大而且節(jié)約了能源。

3.3 初期投入發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

（1）系統(tǒng)改為PLC自動(dòng)控制以后，操作人員和維護(hù)人員一時(shí)難以適應(yīng)，出現(xiàn)故障后手忙腳亂，無(wú)從下手。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們多次加強(qiáng)崗位人員和維修人員的培訓(xùn)，提高他們處理問(wèn)題的能力。

（2）由于豎爐風(fēng)機(jī)負(fù)荷較大，它的啟動(dòng)、停車對(duì)電網(wǎng)影響較大、PLC系統(tǒng)因電網(wǎng)干擾有時(shí)誤動(dòng)作，為此，我們?cè)赑LC供電部分增加了隔離變壓器濾掉電網(wǎng)尖峰干擾。

通過(guò)對(duì)上述方案的補(bǔ)充、完善、保證了PLC控制系統(tǒng)的可靠性。

3.4 實(shí)施效果

該控制系統(tǒng)自2004年11月投入生產(chǎn)后，效果顯著，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，較好地滿足了8立方米豎爐生產(chǎn)的工藝要求。

（2）該控制方案功能齊全，系統(tǒng)靈活可靠，在國(guó)內(nèi)同類豎爐中達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

（3）本系統(tǒng)與具有相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，線路清晰直觀，便于維護(hù)，縮短了故障處理時(shí)間，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，深受工人好評(píng)。

（4）該系統(tǒng)對(duì)惡劣的環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)，抗干擾性能好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，降低了故障率，提高了設(shè)備作業(yè)率，從而提高了豎爐產(chǎn)生能量。

4、結(jié)束語(yǔ)

用PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制系統(tǒng)，使豎爐電氣故障明顯減少，處理故障時(shí)間也大大縮短，從而有效地提高了豎爐布料系統(tǒng)設(shè)備作業(yè)率，使豎爐很快達(dá)產(chǎn)達(dá)效