摘要：主要介紹了新區(qū)燒結廠265m2燒結機計算機控制系統(tǒng)的三電一體化設計思路和設計特點，主要包括儀控設計、計算機控制系統(tǒng)設、電控設計以及控制功能的實現(xiàn)。 關鍵詞：265m2燒結機;三電一體化設計;自動控制;FCS； 1、引言 新區(qū)燒結廠的1#265 m2燒結機采用計算機對主要工藝生產(chǎn)線進行自動控制。該控制系統(tǒng)采用三電一體化（EIC）控制方式，該設計主要包括儀控設計、計算機控制系統(tǒng)設計、電控設計三個部分?？紤]到了燒結機各系統(tǒng)的先進性準確性和穩(wěn)定性，選用施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列控制系統(tǒng)。在吸收了燒結廠原有3座105 m2燒結機的設計優(yōu)勢的同時，不僅避免了前3座燒結機在設計上出現(xiàn)的不足，而且還對控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化，確立輸入、輸出信號后建立控制模型，并確定其工藝控制關系，提高了燒結機的控制水平和控制精度。下面將儀控設計、計算機控制系統(tǒng)設計、電控設計三個方面詳細論。 2、儀控設計 根據(jù)265m2燒結機的技術要求，在儀控設備選型、設計等幾個方面進行了嚴格的論證。主要設計內(nèi)容包括： 2、1點火爐溫度控制系統(tǒng) 點火爐燃燒控制是燒結機控制的重要部分，該系統(tǒng)控制的精確度、穩(wěn)定性直接關系到燒結礦石的質(zhì)量。點火爐溫度控制可根據(jù)實際情況在畫面選擇串級控制系統(tǒng)或單回路控制,手/自動轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無擾動切換。當采用串級控制時，根據(jù)工藝要求，操作員在上位機溫度調(diào)節(jié)器輸入點火爐設定溫度，溫度調(diào)節(jié)器的測量值PV選用點火段高值溫度，與設定溫度進行PID計算，溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器設定。自動控制煤氣流量調(diào)節(jié)閥閥門FV-701（FZ）的開度。而單回路控制則是操作工根據(jù)實際情況輸入煤氣流量調(diào)節(jié)閥設定，與測量值進行PID計算使爐溫穩(wěn)定在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)?？諝饬坑刹僮鞴じ鶕?jù)實際情況在上位機上輸入。此外，要進行煤氣、空氣流量溫壓補償計算。 [align=center] 圖1 點火爐溫度控制示意圖[/align] 2、2助燃風流量控制系統(tǒng) 助燃風流量控制采用了HV-701（HZ）閥，操作員可通過計算機畫面上的手操器，參照畫面顯示的助燃風流量值（FI-701），根據(jù)生產(chǎn)需要手動控制HV-701（HZ）閥門的開度，調(diào)節(jié)助燃風流量的大小。當實際風流量小于一定數(shù)值時，將自動切斷煤氣壓力切斷閥，煤氣低壓切斷閥。 2、3煤氣壓力控制系統(tǒng) 為保證點火爐燃燒平穩(wěn)，對煤氣總管壓力采用負反饋控制。其操作方式分為手動/自動兩種操作方式。 -手動方式（M）：操作員可通過計算機畫面上的手操器，參照畫面顯示煤氣壓力值（PI-701），根據(jù)生產(chǎn)需要手動控制PV-701閥門的開度，調(diào)節(jié)煤氣壓力的大小。 -自動方式（A）：操作員在計算機畫面上輸入煤氣壓力的給定值SP，計算機則根據(jù)煤氣壓力的測量值PV（PI-701）與給定值SP的偏差進行PID計算，自動控制閥門PV-701的開度，保持煤氣壓力穩(wěn)定在給定值的范圍之內(nèi)。下圖為煤氣壓力調(diào)節(jié)控制示意圖: [align=center] 圖2 煤氣壓力調(diào)節(jié)控制示意圖[/align] 注：PIC-壓力PID控制功能塊；PIK-壓力調(diào)節(jié)執(zhí)行器；PT-壓力變送器； SP-壓力設定值；PV-壓力測量值；e-壓力偏差。 3、計算機控制系統(tǒng)設計 采用計算機控制，可以極大的提高了生產(chǎn)效率，通過遠程控制，節(jié)約生產(chǎn)時間，加快了生產(chǎn)節(jié)奏。1#265 m2燒結機采用計算機對主要工藝生產(chǎn)線進行自動控制。該控制系統(tǒng)采用儀電合一方式，由Modicon TSX Quantum系列PLC完成全過程的順序控制和回路控制?？刂普九c監(jiān)控站之間，通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通訊，從而實現(xiàn)燒結機各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換穩(wěn)定、準確。 3、1硬件結構 為了更合理地組態(tài)和利用硬件系統(tǒng)，首先仔細熟悉了Quantum PLC產(chǎn)品，對硬件模塊作了詳細的研究，合理地選擇了各種模塊，使構成的系統(tǒng)技術先進、功能齊全，擴展方便，通訊聯(lián)網(wǎng)能力強。該系統(tǒng)設置5個客戶端，二臺服務器。其中燒結主控室設置三臺客戶端，一臺服務器，配料室設一臺客戶端，一臺服務器?？梢酝瓿蓪θ剂喜糠?、配料部分、燒結冷卻部分、成品篩分部分進行監(jiān)控。通過交換機統(tǒng)一掛在工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上。 其中： 硬件配置：※ DELL計算機，PIII/1G/256/80G/40DVD ※ 顯示器，21″DELL，1248×1024 ※ 以太網(wǎng)卡，10/100Mbps自適應 軟件配置：※ 監(jiān)控軟件，MP7 ※ 操作系統(tǒng)，Windows 2000 Pro 中文版 ※ 編程軟件，Concept 2.6 sr2 3、2網(wǎng)絡通訊 整個網(wǎng)絡分控制級和監(jiān)控管理級兩級控制?？刂萍壨ㄟ^光纖將4套PLC連接構成工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率100Mb/s；燒冷系統(tǒng)和配料系統(tǒng)通過同軸電纜下掛遠程分站；所有變頻器通過MB+網(wǎng)連接到PLC上，構成MB+子網(wǎng)。監(jiān)控管理級采用C/S結構，通過交換機與4套PLC進行實時通訊。并考慮預留出另一臺燒結機接口和二級系統(tǒng)的接口。若增設廠級信息管理網(wǎng)絡，則可采用光纖以太網(wǎng)，通過數(shù)據(jù)庫服務器與生產(chǎn)管理網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的快速查詢與共享。 3、3控制系統(tǒng)的軟件編制 本系統(tǒng)控制軟件的功能分為幾大部分：設備連鎖控制、PID調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊、參數(shù)采集監(jiān)控、故障報警處理。整個燒結機的工藝生產(chǎn)過程控制的計算機軟件由Concept2.6完成，利用MP7監(jiān)控軟件完成了工藝監(jiān)控畫面的制作，具體工作如下： （1）硬件系統(tǒng)組態(tài)，確定模板的槽位，以及各個模塊的I/O地址。 編程的首要工作是對PLC的硬件配置，確定各個模板在Quantum PLC站中的位置，對I/O模板分配地址，并確定以太網(wǎng)地址，以及網(wǎng)站間通訊信息的定義。 （2）編制梯形圖以及功能塊圖程序，完成各種設備的控制。 根據(jù)工藝要求進行編程，實現(xiàn)工藝提出的控制功能。采用模塊化思想，利用了軟件的派生功能塊將重復性較強的部分編寫在獨立功能塊（DFB）中，便于查找問題，也節(jié)約了PLC的存儲空間。采用梯形圖完成開關量的動作，用功能塊圖模擬量的工程量轉(zhuǎn)換，PID回路控制等。 （3）操作界面組態(tài)設計： 根據(jù)工藝要求編制工藝監(jiān)控畫面，對主要數(shù)據(jù)：點火爐燃燒溫度、煤氣總管壓力、煤氣總管流量等建立歷史趨勢；實現(xiàn)對各個設備的操作運行情況的監(jiān)控、參數(shù)報警、閥門調(diào)節(jié)等功能。 3、3系統(tǒng)實現(xiàn)功能 萊鋼1#265m2燒結機優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)燒結機燃料部分、配料部分、燒冷部分、成品篩分部分、主風機房部分，五大部分13個子系統(tǒng)的自動控制，完成按系統(tǒng)流程的順序啟動、停止、聯(lián)瑣控制及CRT畫面監(jiān)控。每個系統(tǒng)全自動、半自動、遠程手動三種控制方式之間在邏輯控制上存在互鎖，每次僅且只有一種控制方式存在，避免了操作上不必要的混亂。每個系統(tǒng)運行中，若出現(xiàn)單個設備的故障，其上游設備齊停，下游設備順停，并有聲光報警。 4、電控設計 電控部分的主要設計內(nèi)容包括熔劑燃料系統(tǒng)設計、配料系統(tǒng)設計、燒結冷卻系統(tǒng)設計、成品篩分系統(tǒng)設計等幾個部分。 4、1熔劑燃料系統(tǒng)設計 包括燃料上料、燃料破碎二個部分分別控制。燃料上料系統(tǒng)主要是將來自原料場的原料分不同的料線送入燃料破碎系統(tǒng)。遠程方式下分為全自動方式、半自動方式、遠程手動方式三種。 在畫面上選擇全自動方式，根據(jù)料位系統(tǒng)自動選倉，根據(jù)槽存量的高低判定燃破—2膠帶機及行走機構的運行方向和下料點，選擇啟/停方式，并按下相應的啟/停按鈕，系統(tǒng)自動順序啟動/停止相關設備。半自動方式的選倉需要人工根據(jù)畫面顯示的料位高低，在畫面上手動選擇燃料倉。在系統(tǒng)因異常不具備聯(lián)鎖條件或需要對單個設備操作時，選用遠程手動方式，該系統(tǒng)的所有受控設備均考慮了這種方式。燃料破碎系統(tǒng)主要是將來自原料場的原料（無煙煤、焦粉）通過燃料上料系統(tǒng)送入破碎機破碎后，送入配料部分的配料槽上系統(tǒng)7#、8#倉備用。遠程方式分和畫面上選擇全自動方式和上料系統(tǒng)一樣 4、2配料系統(tǒng)設計 包括配料槽上系統(tǒng)、混勻配料系統(tǒng)和混合料上料系統(tǒng)三個部分：每一個部分都設計了全自動、半自動和遠程手動三種轉(zhuǎn)換方式。 （1）配料槽上系統(tǒng)的全自動方式混勻料有5個礦槽，備有三種備料模型選擇，即5選2模型、5選3模型、5選4模型。上料前工藝人員根據(jù)生產(chǎn)需要選擇其中一種模型，選擇好后（例如選擇5選2模型）系統(tǒng)自動判斷5個礦槽的槽存量，選擇2個槽存量最少的礦槽啟動備料，再備料過程中若其中一個礦槽料滿，則系統(tǒng)自動在另外3個未用的礦槽中選擇一個槽存量最小的礦槽，自動切換到該礦槽上，該運行系統(tǒng)不會停機，即系統(tǒng)實現(xiàn)了無擾動換倉。同理，待5個礦槽的槽存量均達到了要求，發(fā)停機指令上料系統(tǒng)順停。 半自動方式是人工根據(jù)各礦槽的槽存量高低選擇礦槽，并根據(jù)生產(chǎn)需要選擇用幾個礦槽，系統(tǒng)按選擇的礦槽進行備料，沒有模型參與控制，當選擇的礦槽料滿時，發(fā)停機指令上料系統(tǒng)順停。 遠程手動方式是在系統(tǒng)因異常不具備聯(lián)鎖條件或需要對單個設備操作時，選用遠程手動方式，正常生產(chǎn)不建議使用該種方式。該系統(tǒng)的所有受控設備均考慮了這種方式。 三種控制方式之間在邏輯控制上存在互鎖，每次僅且只有一種控制方式存在，避免了操作上不必要的混亂。系統(tǒng)運行中，若出現(xiàn)單個設備的故障，其上游設備齊停，下游設備順停，并有聲光報警。 （2） 混勻配料系統(tǒng)主要包括15個礦槽下的13個寬帶給料機、2個螺旋給料機和一混一膠帶機。其主要作用是將混勻料、燃料、熔劑、返礦和除塵灰按一定的配比下料，通過一混一膠帶機送往混合機混合。15個礦槽下的13個寬帶給料機和2個螺旋給料機，均采用PID數(shù)字變頻調(diào)速技術，通過實際瞬時流量值與設定的目標值比較，實現(xiàn)15個給料設備的閉環(huán)調(diào)節(jié)。其電子稱精度在0.5%左右，下料量誤差在1—1.5%左右。當生產(chǎn)現(xiàn)場的工況不是很穩(wěn)時，如瞬時流量波動較大且無規(guī)律，可采用累計調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)，具體方式為，取單位時間（一般定為5S）的累計流量的作為PV值與設定流量SP進行比較調(diào)節(jié)。 為了提高配比精度，采取了依次延時采集的方法，即1#秤瞬時流量與2#秤延時5S，2#與3#秤延時5S，4#秤與5#秤延時5S，以此類推，這樣，在一個下料批次內(nèi)，在給定配料總數(shù)不變的情況下，可實現(xiàn)不同料種的配比跟蹤控制，并達到較好的精度控制。 在給定時間內(nèi)，給定誤差與單位時間內(nèi)的累計誤差（即流量瞬時誤差與時間的積分）比較，若大于給定誤差，畫面提示并聲光報警，用以防止瞬間報警影響生產(chǎn)。否則，不予報警。給定誤差范圍可隨生產(chǎn)工況隨時進行調(diào)整。 （3） 混合料上料系統(tǒng)主要控制4條膠帶機和2個混合機的聯(lián)鎖控制。為了保證系統(tǒng)的完整性和操作的簡捷、直觀性，我們將混合料上料系統(tǒng)和混勻配料系統(tǒng)啟/停操作的邏輯控制合在一起控制。 啟動方式有兩種：寬帶給料機與皮帶同啟、寬帶給料機與皮帶分啟。則系統(tǒng)按逆料流順序依次延時啟動相應的皮帶和給料機.停止方式有兩種：寬帶給料機與皮帶同停、寬帶給料機與皮帶分停。其控制機理同上。 4、3燒結冷卻系統(tǒng)設計 受控設備有：圓輥給料機、輥式布料器、燒結機、助燃風機、單齒輥破碎機、環(huán)冷機、板式給礦機。遠程方式下分為自動方式、遠程手動方式二種。在自動方式下，其啟/停方式按工藝要求又分為: 順啟、齊啟, 順停、齊停. 遠程方式下PLC首先檢測在線受控設備是否滿足啟動條件：（1）主回路電源是否正常、（2）控制回路電源是否正常、（3）設備是否有故障 選擇開關的位置是否正確。若條件滿足，發(fā)允許啟動信號，若無該信號則表明該系統(tǒng)不具備啟動條件，可通過監(jiān)控畫面查看不滿足條件的信號。在畫面上選擇全自動方式，選擇啟/停方式，并按下相應的順啟或齊啟/順?；螨R停按鈕，系統(tǒng)自動順序啟動/停止相關設備。 4、4成品篩分系統(tǒng)設計 主要控制“成-1膠帶機” “轉(zhuǎn)9-1膠帶機” 等二十一條膠帶的運行。共設計了遠程自動和遠程手動二種方式。在自動方式下，其啟/停方式按工藝要求又分為: 順啟、齊啟, 順停、齊停. 由于該燒結機工藝采用的是一臺燒結機配兩條成品線，這樣兩條成品線通過公用皮帶可實現(xiàn)交叉上料，通過畫面選擇轉(zhuǎn)9-1膠帶機、轉(zhuǎn)9-2膠帶機、一篩-1振篩、一篩-2振篩、成-1膠帶機、成-2膠帶機的不同組合， 可以實現(xiàn)多種組合料線，供選擇.每種料線控制機理燒冷系統(tǒng)。 5、結束語 該項目自投入運行以來，效果一直很好，只用了7天就實現(xiàn)日達產(chǎn)，創(chuàng)國內(nèi)燒結機達產(chǎn)最快記錄。控制水平先進的自動控制系統(tǒng)為燒結機的順利投產(chǎn)、快速達產(chǎn)起了重要的作用。該控制系統(tǒng)在原有的3臺燒結機的控制基礎上，加以提煉優(yōu)化，使其無論從投產(chǎn)后運行的順利程度還是從生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性來看，都達到了國內(nèi)領先水平，產(chǎn)業(yè)化和推廣應用的前景廣闊。 參考文獻 [1]265m2燒結機控制功能規(guī)格書 [2]萊鋼集團銀山型鋼有限公司265m2燒結機自控系統(tǒng)維護手冊 [3] 《變頻器世界》2005年第一期 [4]《萊鋼科技》2004年第四期 [5] Modicon TSX Quantum系列軟件手冊 [6] Modicon TSX Quantum系列硬件手冊