施耐德PLC在攀钢钒360+m2烧结机自动控制系统中的应用

攀 钢 技 术 37 施耐德 攀钢 钒 360 自动控制系统中的 应用 唐 炜 ， 杜斯宏 ， 于天齐 （ 攀 钢钒炼铁厂 ） 摘 要： 介绍了 攀钢钒 360 结机 自动控制系统中的应用，及自动控制系统的组成、 系统 特点和 系统的 功能 ,并着重介绍了该系统在配料、 点火炉温度控制、 机速度联动等自动控制功能的实现 。 关键 词 ： 烧结机 ； 自动控制 ； 施耐德 ； 0 引言 攀钢钒为了 促进技术进步，同时响应国家环保政策，对 20 世纪七十年代 先后 建设的 一期 130 期分批进行全面升级技术改造，以提高烧结系统整体装备和环保水平， 攀钢钒第一台 360 008 年 4 月 15 日动工， 2009 年 6 月 1 日投料 点火 ， 并很快达产 ，为高炉提供优质烧结矿。该烧结机是国内最大的钒钛磁铁矿烧结机之一，其自动化控制系统采用先进的网络结构和 硬件设备，并应用先进的烧结工艺优化控制软件技术，实 现烧结生产过程自动控制、监控及管理，为攀钢 钒钛磁铁矿 烧结生产走向大型化迈出了一大步。 工艺概述 烧结 是 将含铁粉状料或细粒料进行高温加热，在不完全熔化的条件下烧结成块的过程， 作为炼铁原料。烧结过程是根据炼铁的要求 ， 将细粒的含铁原料、熔剂、燃料进行配料、混合造球、铺料点火、抽风烧结 ， 而后再降温固结 ， 经破碎、筛分、冷却、整粒后把成品运往高炉。返矿重新参加配料、铺底和烧结。烧结过程的基本原理就是把准备好的混合料在烧结机上进行点火并通过抽风的作用 ， 使混合料中的固定碳燃烧 ， 产生高温混合物局部软化或者熔化，发生一系 列的化学反应，生成一定数量的液相，随后由于温度降低，液相冷却而凝固成块。 2 自动控制系统构成 根据 新 号 360 结机 工艺流程特点及工艺要求，为满足烧结 生产 工艺要求，提高自动化控制水平，提高烧结矿质量、节能降耗、改善工人劳动环境，设置了完善的过程检测和控制项目， 自动控制系统实现对整个 新 号 360 结机生产设备的联锁控制，实时数据的采集与分析，过程与设备状态的监控与报警，过程趋势数据的采集与处理，报表打印，画面显示。完成了生产设备的基础自动化及过程计算机控制。各个 、上位监控机、工程师站之 间采用 冗余 配置的 P 工业以太网连接，构成了 新 号 360 结机 生产的综合监控网络。 根据烧结工艺对自动化系统的要求， 新 号360 结机 计算机自动控制系统采用施耐德40 系列 板 140 5150，140讯模板 140 3200， 140 3200,140 入模板 140 140 140 140 输 出 模 板 140 140 可实现 原燃料接收系统、 配混系统、烧冷系统、成品整粒系统、 铺底料系统、冷返矿系统、 主粉尘系统及电除尘卸灰系统的 电控 逻辑顺序控制 。 对 原燃料 接受 及 贮存系统；配混系统；燃料二次分加；生石灰配加；烧冷系统；成品筛分系统；主抽风机系统；全厂物料及能源介质计量；除尘器系统；余热利用系统及其它辅助设施的 仪控 过程检测与自动控制 。 系统网络配置如图 1 示 。 控制系统中 责原料进料系统、配料系统及烧冷系统的电控部分， 连接 有 14 台变频器， 38 2010 年第 33 卷第 4 期 负责整粒筛分、铺底料、返矿系统的 电控部分， 连接 有 12 台变频器， 责配料系统、一混、生石灰、一次配加、外配煤仪控部分，连接有38 台变频器， 责烧冷系统、机头、机尾除尘、外围仪控部分， 余热回收控制站， 主抽控制站。 图 1 攀钢钒 新 号 360 烧结机自控系统网络结构简图 参加集中 控制的主工艺设备均采用以三电一体化系统为核心的可编程序控制 (成的计算机系统进行控制， 并应用国内先进、成熟的烧结控制软件技术实现 新 号 360 烧结机 生产过程自动控制。所有过程检测、控制参数均纳入到中控室计算机控制系统进行生产过 程集中监视、控制、数据处理及生产管理。 系统还应用 过各变频器相连。 在电气楼设置中控室对整个烧结主工艺系统进行操作、监视、控 制、报警和管理。主控室设置了计算机控制系统操作站（含模型操作站 ）、打印机；工程师站、服务器、计算机控制系统的控制柜、网络柜、及其辅助设备设置于二级机房；配混系统、烧冷系统远程 I/O 柜、仪表盘等就近设置在电气楼低压配电室内。 在配料值班室设置计算机操作站，以便调校配料秤，并可对配料系统进行监控及管理。 在主抽风机控制室设置计算机操作站、控制柜(成套设备 )，完成主抽风机系统监控 ,并将一些重要参数通讯送至主控室操作站进行监视。 在原料变电所、成品变电所设置远程 I/O 站，就近接收过程检测控制信号，经通讯网络将数据传到主控室进行监视、控制、操作和管理。 计算机系统 配有以太网通讯接口与厂级计算机进行数据通讯 。仪表和计算机控制系统的信号交接在 I/O 柜的端子排上完成。 3 系统功能 电气控制 电气控制 根据烧结工艺流程可分如下控制系统： 原 燃 料接收系统 、 配料混合系统 、 烧结冷却系统 、 成品整粒系统 、 铺底料系统 、 冷返矿系统 、 主粉尘系统 (包括机头电除尘 )、 环 境除尘系统 、 相关辅助系统 等主工艺流程系统控制与监视 等。 计算机控制系统采用多 网络结构。 根据工艺要求和现场实际情况， 控制方式主要分系统集中控制和机旁操作两种方式。正常生产时：通过统的操作站 (行 新 1号 360 攀 钢 技 术 39 中联锁控制和监视。非正常生产时：在机旁可进行单机控制，一般用于检修试车。设备的集中控制和机旁操作选择在中央控制室操作站上进行。参加集中联锁的工艺设备联动及单机远动运转的设备都在该中央控制室控制（电气楼内）。参加集中联锁的工艺设备相关保护信号 如 电源、热继电器、事故开关、轻重 跑偏、打滑开关等都进行采集。操作员通过设置在中央控制室内操作站 面以键盘或鼠标操作方式对全厂主工艺系统设备进行操作及监控。各控制站、远程站、和操作站通过网络相连，以网络 数据 通讯方式交换信息。 1） 以 配 料 系统为 例， 在配料系统中，给料量主要由 配料秤 的 速度 决定，并且与 速度 成线性比例关系。处于机旁手动操作方式时，操作工可手动调节操作箱上电位器来控制变频器频率，从而控制 配料秤 给料机的转速。处于自动运行方式时，中控室操作工可从上位监控机设定流量给 时电子皮带秤测出一个实际流量信号反馈回 最后，得到一控制量，通过 制变频器，从而控制 配料秤 的转速 ， 达到控制物料流量的目的 ，最终使几种煤料的瞬时下料流量与阶段累计量都保持在用户要求的范围内 ， 第 i 号给料机的控制方框图模型如图 2 所示。 图 2 第 2） 三机速度联动控制 。 在正常生产时 ,烧结机、圆辊、环冷机三者之间的速度应满足一定的比例关系 ,为此 ,需对烧结机、圆辊 给料机 、环冷机的速度进行三机速度联动控制。当调节烧结机速度时，圆辊给料机和环冷机的速度也要按一定的比例关系进行自动变化 , 否则会影响生产的正常运行。 烧结机、圆辊给料机、环冷机三者之间的速度既可保持联动关系 ,也可根据具体情况单独对烧结机、圆辊给料机、环冷机的速度进行手动控制 ,以满足生产要求。 仪表控制 仪表控制 包括：原 燃 料接受及贮存系统；配混系统；燃料二次分加；生石灰配加；烧冷系统；成品筛分系统；主抽风机系统；全厂物料及能源介质计量；除尘器系统（主电除尘器、配料机尾电除尘器、整粒电除尘器）；余热利用系统及其它辅助设施的过程检测与自动控制。 厂际间计量点加隔离器，分为两路分别进入公司计量系统和烧结控制系统，并根据需要设置温压补正信号，进入 攀钢钒 公 司计量信号 预 留接口。 1）信号的采集与处理 利用 施耐德 软件特有功能，针对不同的模拟量输入信号和不同参数需要，分别编制了工程量转换、偏差、上下限报警等各种信号处理的 控制程序中可直接调用这些功能块。实现了 过程控制基础功能 。 2）点火炉温度控制 点火炉燃烧控制是烧结机控制的重要部分，该系统控制的精确、稳定直接关系到烧结矿石的质量。 可分为点火流量控制和点火温度控制两种方式。 点火炉温度控制 如图 3 所示。 流量控制为操作员在上位监控机设定一流量值，给 节器的 ，反馈信号给 节器的 ，然后 经 算后输出一开度信号来确定调节阀的开度。 点火炉温度控制可根据实际情况在画面选择串级控制系统或单回路控制 ， 手 动 自动转换实现无扰动切换 ， 点火温度控制 如图所示。 当采用串级控制时，根据工艺要求，操作员在上位机温度调节器输入点火炉设定温度，温度调节器的测量值 用点火段高值温度，与设定温度进行 算，温度调节器的输出作为煤气流量调节器设定。自动控制煤气流量调节阀门的开度。而单回路控制则是操作工根据实际情况输入煤气流量调节阀设定，与测量值进行 算使炉温稳定在规定的数值范围内。空气量由操作工根据实际 情况在上位机上输入。此外，要进行煤气、空气流量温压补偿计算。 专家控制系统 二级计算机控制应用系统采用服务器 /客户机模式，以大型数据库服务器为核心 ,外挂接口统一且功能独立的系统服务组件为主体，分布式组件为客户的体系结构。系统运行于一级自动化系统之外，但紧密结合一级控制功能，为一级控制系统下达专家控制指令，并形成控制互补。 家控制系统与一级自动 化系统之间信息交换采用实时数据通信 给定 偏差 对象 执行器 反馈 测量变送单元 节器 40 2010 年第 33 卷第 4 期 图 3 点火炉温度控制示意 方 式 ,其通信接口协议为当今流行的 硬件连接系统 见图 4。 应用软件涉及配料系统、物料平衡系统、添加水系统、烧结过程控制系统、报表输出系统、数据管理系统、数据分析系统等。软件分别位于模型服务器、数据库服务器、以及客户端之中，各部分之间相互协同工作，共同完成烧结综合控制专家系统的所有功能。 图 4 硬件连接系统 （ 1） 以配料系统为例， 仪 表控制 原料采用成分及对应初始配比的处理 配料系统采用 参与配料的原料品种是通过人工选择或配方设定获取，系统根据烧结工艺过程确定同时参与配料的原料品种最多为 11 种（铁精矿、1#4#混匀矿、高炉返矿、冷返矿、燃料、熔剂、生石灰、粉尘等）；原料初始配比是通过访问系统预先设定存贮在数据库中的表获得，也可从预先设定的配方中获得。系统以干配比的形式来处理 ,其配比为 13 个（铁精矿、 1#4#混匀矿、高炉返矿、冷返矿、燃料、熔剂、一 二 次配加生石灰、粉尘、外配煤）；各种原料的采用成分是通过数据库中的原料化验单按照一定的算法 获得。其它相关初始化参数也是来自数据库系统对应的参数表（如：各种原料的 配比上限、配比下限、配比初始值 ） 。客户端可对原料初始化表进行维护。 系统每次启动时，自动加载初始化表中原料成分信息以及其他初始化参数，供其它模块使用。 （ 2） 原料配比凑试计算处理 系统提供原料配比凑试计算功能。系统根据操作人员设定的参与原料品种，以及系统中保存的原料化学成分，提供人工调整原料配比的处理方法，并自动计算出烧结成品矿的预计成分供操作员参考。其计算公式为： 成品的主要成分计算公式如 式 (1) (5)： = ( / ( (100 * 100%) (1) = ( / ( (100 * 100%) (2) = ( / ( (100 * 100%) (3) = ( / ( (100 * 100%) (4) (5) 在 式 (1) (5)中 ： i = 1 n 种原料 ； 客户机 数据库服务器 模型服务器 网络打印机 交换机 攀钢钒信息网 (化验室 /统等 ) 一级基础自动化系统 设定 节器 煤气流量 流量变送器 度变送器 温对象 比较 攀 钢 技 术 41 第 i 种矿的烧损； 第 i 种矿的干配比； (以 100%为干料配比 ,不含返矿，粉尘等 ) 第 i 种矿的 量； 第 i 种矿的 量； 第 i 种矿的 量； 第 i 种矿的 量； 计算的成品矿 量； 计算的成品矿 量； 计算的成品矿 量； 计算的成品矿 量； 计算的成品矿碱度 。 返矿、粉尘配比在 100%以外单独计算。 4 系统特点 1） 新 1 号 360 结机 采用 施耐德 算机对主要工艺生产线进行自动控制。 综合了计算机技术、网络通信技术以及自动化控制这些高新技术 ,形成两层控制管理系统。与以往的控制系统相比 ,在完成生产过程的监视和控制的基础上 ,增加了生产数据的分析管理功能 ,使实时数据与管理数据有机地结合在一起 ,既能够将实时数据直接用于生产管理 ,又能将管理数据经处 理变换成控制信息直接控制生产设备 ,对提高劳动生产率 ,提高产品质量 ,降低能源消耗 ,降低生产成本以及改善企业管理起着非常重要的作用。 2） 故障报警及自动生成报表。当出现故障时，监控画面将以警示色提醒用户，以便操作 人员 及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印 较 方便。 3） 用单独 电， 单独接地极， 并采用 电源模板冗余，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间