基于PLC控制的高炉自动化上料系统的应用与分析

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　　摘 要：本文对高炉自动化控制系统国内外的发展现状进行了阐述，并在高炉自动上料的工艺过程的基础上，对PLC在高炉上料自动化系统里具体应用加以详细分析。通过使用PLC对高炉自动化控制的硬件和操控系统进行改进和完善，以提升高爐上料自动化系统的稳定性以及生产效率。
　　关键词：高炉;PLC;自动化
　　1 绪论
　　国外的高炉自动化控制技术是于20世纪50年代正式投入使用，并以炼钢机为基础研发出了各类数学模型，更好的完成对高炉内发生的化学反应环节的分析和完善。在20世纪70年代初，日本在高炉自动化控制领域取得了突破性研究，在国际上处于领先地位。而中国是在80年代初对高炉自动化控制系统进行推广使用，通过引进新型的技术和设备，进行自主研发和调试。随着近几年加工制造业的高速发展，国内在引进先进技术和自主研发的过程中，已经取得了极大地进步，在全球高炉自动化高速发展的浪潮中，奋起直追，以求达到国际顶尖水准。可以看出对高炉自动化控制系统的优化和完善势在必行。
　　2 高炉上料自动化工艺流程
　　本文主要针对高炉自动化系统中的上料系统进行了相应的分析和研究。高炉上料是指从槽下供料一直高炉顶部的装置把物料投进高炉内部的整个流程。整个体系之中包括了杂矿仓四个、球团矿仓四个以及烧结矿仓六个。首先使用振动筛对烧结和球团矿仓进行筛选，然后将杂矿仓送至供料装置，根据配料单进行称重放料。在通过送料皮带输送至地坑称量漏斗。每个焦炭仓底部分别有振动筛去对应，不设置中间重量称取，在完成筛选以后就将其置入地坑漏斗进行称量。地坑一共有四个称量漏斗分别是右矿、右焦、左矿、左焦。将物料投入料车后，启动料车，料车通过卷扬机上升至高炉顶部，料车把符合要求的槽下的各类物料，通过高炉顶部的受料斗阀、上密封阀、节流阀、下密封阀，最后通过布料槽把物料在炉内局云的散布。
　　3 自动化控制的硬件设计
　　针对上述的高炉上料自动化工艺流程，对国内外几家大型钢厂如宝钢、日本的川崎制铁和鞍钢的高炉自动化控制系统进行比对分析。本文以450m3的高炉为例，分析提出对现有自动化控制系统硬件方面的改进和设计。已知450m3高炉的基础自动化系统中包括115个数字量导入、13个模拟量导入以及72个数字量传出。为了符合对设备的控制和工艺数据采集的要求，选用西门子S7-400作为主机架，使用S7-300卡件、西门子Wincc组态监视软件来实现对上料过程的控制。PLC通过带I/O扩展的中央机架以及对应模板组成，控制对应的系统。原料供给系统所有矿石漏斗、坑斗和焦碳坑斗都有各自的称量设备，同时将数据发送给计算机。上料系统的操控是采取两部西门子矢量变频装置和供电装置来完成。料车卷扬电机主动轴安装了测速发电机，旋转编码器以及主令控制台。炉顶布料装置使用变频器进行操控，对单环以及多环的布料工艺通过PLC完成控制。以西门子S7-400为主体的硬件系统是较为通用，也能够满足高炉自动化操控以及系统运行的基本条件，是当前应用最多的自动化控制系统。
　　4 自动上料控制系统的设计
　　对于高炉炼钢现场而言，实现自动化配料、称重和上料的功能，并保证整个过程的准确稳定是极为重要的。配料计算起到作用就是在已知燃料用量情况下，计算出符合炉渣碱度标准限制的冶炼条件成分的生铁会用到的矿石和溶剂量。所以在确定了以西门子PLC为主体的控制系统为硬件框架后，本文针对自动化上料系统的算法程序进行了改进。并列举了使用此程序后，称量自动化的工艺过程。
　　4.1 算法的程序
　　4.2 称量自动化工艺流程
　　程序运行后，系统会根据过程周期对自动选择料仓，以及拥有上料的要求中自动进行振动筛对焦坑斗投物料的设定。如果符合提前确定设立完成重量标准值，则不会继续添料，直到延时称重结束之后继续将物料添入。焦炭粉碎后由1号碎焦皮带输送至碎焦仓。矿石物料采用烧结矿简单的介绍操控流程：采用某烧结矿槽字后，符合上料的要求的情况下，开启振动筛奖烧结矿投进称量漏斗里面，如果物料重量符合设定的标准时，关闭振动筛不再进行振动，直到延时称重结束。一般来说，闲置以及对某个料槽进行检测维护以外，其他所有矿槽全部为添满称重结束后，对炉料进行等待添加物料。放料过程为启动漏斗闸门，使矿石投进1号、2号矿料输送带。如果漏斗的重量下降至设定值，那么就默认放料结束，闭合闸门。送料皮带将矿石投进1号或2号矿石坑斗，烧结矿通过振动筛进行筛选分离，把产生的碎矿皮输送至返矿仓。通过电动机对卷扬进行控制，按照料批步骤来完成自动控制。料车抵达料坑下面以后传出指令，启动一个中间仓完成自动选仓步骤，启动料斗闸门，如果处于料空，同时闸门闭合的情况，传出并执行上行指令;在所有批料里第一车料送至上密封阀进行点检测的时候，检查上密封阀有没有完全闭合，如果没有，料车不继续前进，如果彻底关闭，料车可以继续进行上行，把料投进受料斗之中;如果料装满，同时符合要求的情况下，开启放散阀完成压力卸载，再利用受料斗闸门和上密封阀完成对料灌的填料，填料结束，将料斗阀、上密封阀和放散阀全部关闭，使用探尺对料进行探测下降到要求的料线距离取出探尺，在提尺的过程中开启两个均压阀对罐进行均压，布料装置倾斜移动到指定位置，开启下密封阀，于溜槽行至步进角点，开启料流调节阀，通过利用它的开度范围实现对物料流动速度的调整。
　　5 结语
　　本文通过对西门子S7-400系列的PLC应用，加上对算法程序的优化设计，进一步提高了配料称重的精准度，对各个工序能进行更有效的控制，使高炉上料自动化系统的性能更加稳定安全，提高了高炉炼铁的生产效率。
　　参考文献：
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