摘要：主要介紹了新區燒結廠265m2燒結機計算機控制系統的三電一體化設計思路和設計特點，主要包括儀控設計、計算機控制系統設、電控設計以及控制功能的實現。 關鍵詞：265m2燒結機;三電一體化設計;自動控制;FCS； 1、引言 新區燒結廠的1#265 m2燒結機采用計算機對主要工藝生產線進行自動控制。該控制系統采用三電一體化（EIC）控制方式，該設計主要包括儀控設計、計算機控制系統設計、電控設計三個部分。考慮到了燒結機各系統的先進性準確性和穩定性，選用施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列控制系統。在吸收了燒結廠原有3座105 m2燒結機的設計優勢的同時，不僅避免了前3座燒結機在設計上出現的不足，而且還對控制系統進行了優化，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、計算機控制系統設計、電控設計三個方面詳細論。 2、儀控設計 根據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。主要設計內容包括： 2、1點火爐溫度控制系統 點火爐燃燒控制是燒結機控制的重要部分，該系統控制的精確度、穩定性直接關系到燒結礦石的質量。點火爐溫度控制可根據實際情況在畫面選擇串級控制系統或單回路控制,手/自動轉換實現無擾動切換。當采用串級控制時，根據工藝要求，操作員在上位機溫度調節器輸入點火爐設定溫度，溫度調節器的測量值PV選用點火段高值溫度，與設定溫度進行PID計算，溫度調節器的輸出作為煤氣流量調節器設定。自動控制煤氣流量調節閥閥門FV-701（FZ）的開度。而單回路控制則是操作工根據實際情況輸入煤氣流量調節閥設定，與測量值進行PID計算使爐溫穩定在規定的數值范圍內。空氣量由操作工根據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 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），根據生產需要手動控制HV-701（HZ）閥門的開度，調節助燃風流量的大小。當實際風流量小于一定數值時，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 為保證點火爐燃燒平穩，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），根據生產需要手動控制PV-701閥門的開度，調節煤氣壓力的大小。 -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，保持煤氣壓力穩定在給定值的范圍之內。下圖為煤氣壓力調節控制示意圖: [align=center] 圖2 煤氣壓力調節控制示意圖[/align] 注：PIC-壓力PID控制功能塊；PIK-壓力調節執行器；PT-壓力變送器； SP-壓力設定值；PV-壓力測量值；e-壓力偏差。 3、計算機控制系統設計 采用計算機控制，可以極大的提高了生產效率，通過遠程控制，節約生產時間，加快了生產節奏。1#265 m2燒結機采用計算機對主要工藝生產線進行自動控制。該控制系統采用儀電合一方式，由Modicon TSX Quantum系列PLC完成全過程的順序控制和回路控制。控制站與監控站之間，通過工業以太環網通訊，從而實現燒結機各系統之間的數據交換穩定、準確。 3、1硬件結構 為了更合理地組態和利用硬件系統，首先仔細熟悉了Quantum PLC產品，對硬件模塊作了詳細的研究，合理地選擇了各種模塊，使構成的系統技術先進、功能齊全，擴展方便，通訊聯網能力強。該系統設置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。可以完成對燃料部分、配料部分、燒結冷卻部分、成品篩分部分進行監控。通過交換機統一掛在工業以太環網上。 其中： 硬件配置：※ DELL計算機，PIII/1G/256/80G/40DVD ※ 顯示器，21″DELL，1248×1024 ※ 以太網卡，10/100Mbps自適應 軟件配置：※ 監控軟件，MP7 ※ 操作系統，Windows 2000 Pro 中文版 ※ 編程軟件，Concept 2.6 sr2 3、2網絡通訊 整個網絡分控制級和監控管理級兩級控制。控制級通過光纖將4套PLC連接構成工業以太環網，通訊速率100Mb/s；燒冷系統和配料系統通過同軸電纜下掛遠程分站；所有變頻器通過MB+網連接到PLC上，構成MB+子網。監控管理級采用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的接口。若增設廠級信息管理網絡，則可采用光纖以太網，通過數據庫服務器與生產管理網絡連接，實現生產數據的快速查詢與共享。 3、3控制系統的軟件編制 本系統控制軟件的功能分為幾大部分：設備連鎖控制、PID調節、網絡數據通訊、參數采集監控、故障報警處理。整個燒結機的工藝生產過程控制的計算機軟件由Concept2.6完成，利用MP7監控軟件完成了工藝監控畫面的制作，具體工作如下： （1）硬件系統組態，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，并確定以太網地址，以及網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。 根據工藝要求進行編程，實現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換，PID回路控制等。 （3）操作界面組態設計： 根據工藝要求編制工藝監控畫面，對主要數據：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；實現對各個設備的操作運行情況的監控、參數報警、閥門調節等功能。 3、3系統實現功能 萊鋼1#265m2燒結機優化控制系統實現燒結機燃料部分、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個子系統的自動控制，完成按系統流程的順序啟動、停止、聯瑣控制及CRT畫面監控。每個系統全自動、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。每個系統運行中，若出現單個設備的故障，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容包括熔劑燃料系統設計、配料系統設計、燒結冷卻系統設計、成品篩分系統設計等幾個部分。 4、1熔劑燃料系統設計 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。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，根據料位系統自動選倉，根據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畫面顯示的料位高低，在畫面上手動選擇燃料倉。在系統因異常不具備聯鎖條件或需要對單個設備操作時，選用遠程手動方式，該系統的所有受控設備均考慮了這種方式。燃料破碎系統主要是將來自原料場的原料（無煙煤、焦粉）通過燃料上料系統送入破碎機破碎后，送入配料部分的配料槽上系統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一樣 4、2配料系統設計 包括配料槽上系統、混勻配料系統和混合料上料系統三個部分：每一個部分都設計了全自動、半自動和遠程手動三種轉換方式。 （1）配料槽上系統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生產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，該運行系統不會停機，即系統實現了無擾動換倉。同理，待5個礦槽的槽存量均達到了要求，發停機指令上料系統順停。 半自動方式是人工根據各礦槽的槽存量高低選擇礦槽，并根據生產需要選擇用幾個礦槽，系統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，發停機指令上料系統順停。 遠程手動方式是在系統因異常不具備聯鎖條件或需要對單個設備操作時，選用遠程手動方式，正常生產不建議使用該種方式。該系統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。系統運行中，若出現單個設備的故障，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數字變頻調速技術，通過實際瞬時流量值與設定的目標值比較，實現15個給料設備的閉環調節。其電子稱精度在0.5%左右，下料量誤差在1—1.5%左右。當生產現場的工況不是很穩時，如瞬時流量波動較大且無規律，可采用累計調節方式調節，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進行比較調節。 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，在給定配料總數不變的情況下，可實現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，給定誤差與單位時間內的累計誤差（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。否則，不予報警。給定誤差范圍可隨生產工況隨時進行調整。 （3） 混合料上料系統主要控制4條膠帶機和2個混合機的聯鎖控制。為了保證系統的完整性和操作的簡捷、直觀性，我們將混合料上料系統和混勻配料系統啟/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，發允許啟動信號，若無該信號則表明該系統不具備啟動條件，可通過監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/順停或齊停按鈕，系統自動順序啟動/停止相關設備。 4、4成品篩分系統設計 主要控制“成-1膠帶機” “轉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交叉上料，通過畫面選擇轉9-1膠帶機、轉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， 可以實現多種組合料線，供選擇.每種料線控制機理燒冷系統。 5、結束語 該項目自投入運行以來，效果一直很好，只用了7天就實現日達產，創國內燒結機達產最快記錄。控制水平先進的自動控制系統為燒結機的順利投產、快速達產起了重要的作用。該控制系統在原有的3臺燒結機的控制基礎上，加以提煉優化，使其無論從投產后運行的順利程度還是從生產狀態的穩定性來看，都達到了國內領先水平，產業化和推廣應用的前景廣闊。 參考文獻 [1]265m2燒結機控制功能規格書 [2]萊鋼集團銀山型鋼有限公司265m2燒結機自控系統維護手冊 [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