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[摘 要]本文介绍了施耐德昆腾PLC在高炉上料控制系统中的应用，该系统用PLC完成所有的过程控制、数据采集、PID调节、温度监控及画面报警等功能，实现了皮带上料和布料的自动控制，不仅提高了高炉生产率，而且通过原料的精确配比，促使铁水质量稳步提升。PLC系统操作简单，稳定性及可靠性高，为高炉的稳产和高产创造了良好的条件。
[关键词]PLC；高炉；自动控制
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0282-01
引言
施耐德PLC 是一种紧凑型的可编程控制器，在现在的生产办公中主要被应用于各种设备的自动化控制系统当中，不仅具有其型小、配置灵活、结构紧凑、功能强大、通讯方式丰富、编程软件完善等优点，而且性价比也非常的高。
高炉上料装置是生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大减轻工人劳动强度，提高生产效率，同时通过原料的精确配比，又可提升铁水的质量。北营公司炼铁厂新1#3200m3高炉2012年投产，矿槽炉顶上料系统设计采用施耐德公司昆腾系列PLC，该工业控制系统实现了对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿；实现了炉顶各阀门的顺序自动开关，α、β、γ的角度自动设定，探尺及其他相关辅助设备的自动控制；实现了对高炉矿槽炉顶上料系统的数据采集、数据显示及生产设备的联锁控制。该系统投入运行以来，运行稳定，效果良好。
一、上料系统工艺流程
北营公司炼铁厂新1#3200m3高炉，整个上料过程都使用施耐德昆腾PLC进行联锁控制。炉顶采用串罐无料钟炉顶。由上料罐、下料罐、上密封、下密封、下料闸、溜槽、均压、放散等主要设备组成。槽下上料系统采用皮带上料方式，主要由供焦皮带，供矿皮带和上料主皮带、返矿皮带、振动筛以及料仓等组成。整个工艺控制过程是，当炉顶发出要料信号，由放矿指针和放焦指针给出放矿或放焦指令，选中的矿仓或焦仓开始按设定的次序依次放料，当第一个被选中的料仓开始放料时，程序发出料头信号，当最后一个被选中的料仓放空料时，程序发出料尾信号。当料头和料尾在供矿皮带或供焦皮带上的延时走完时，发出料头和料尾在主皮带上的信号。当料头和料尾在主皮带上的延时走完时，发出料头和料尾在上料罐的信号，此时发出上料罐有料信号。当下料罐放完一批料发出料空信号时，打开均压放散阀对料罐卸压，随后开启上密封阀及上料闸，将上料罐中的炉料装入下料罐。装料完毕，关闭上料闸、上密封阀和均压放散阀，并向下料罐均压。料面检测设备采用机械探尺与雷达探尺相结合，探尺探料降至规定料线深度，提升到零位后，打开下密封阀及下料闸，用下料闸的开度大小来控制料流速度，炉料由布料溜槽布入炉内，每批料布入完成后，布料角度自动步进60度，通过控制α、β、γ来实现高炉布料的具体位置。整个上料过程无限循环即完成高炉的装、布料动作。
二、硬件配置
整个上料系统采用一套PLC系统，二台上位机完成对整个上料系统的监控机数据采集等。基础控制层采用Quantum 140 系列PLC，系统具有强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括CPU模板、I/O接口模板、通讯模板、電源模板和底板等。PLC主站与分站之间采用远程I/O方式扩展。各PLC站通过网络通讯模板、交换机、TCP/IP工业以太网可进行通讯，传输速率为100M pbs，传送介质为超五类屏蔽双绞线。
其中处理器采用昆腾系列140CPU 65150，电源模板采用140CPS 11420，远程通讯模板采用140NOE 77101，I/O模板配置如下：数字量输入模板140DDI 35300，数字量输出模板140DDO 35300，模拟量输入模板140ACI 03000、140ARI 03010，模拟量输出模板140ACO 13000，远程I/O模板采用140CRP 93100、140CRA 93100。
编程软件采用UnityPro_XL_V6.0，它支持5种IEC标准语言，系统提供了派生功能块（DFB），并可在UnityPro_XL_V6.0应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。
监控系统（HMI）采用Wonderware公司的InTouch 10.0监控软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。
Window XP作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机通讯。计算机采用研华工控机，双核CPU，2G内存，250G硬盘。
三、控制功能
施耐德PLC在高炉上料系统中实现如下功能：
1.实现对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等入炉原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿。
2.实现槽下矿仓、振动筛、称量斗、皮带机、布料小车及分料器的自动控制，实现自动备料及放料，从皮带把原料运送到上料罐-下料罐-再布料到炉体里，阀体开关的联锁控制过程。
3.可使用监控画面对上料系统设备的运行状态进行监视，对设备的运行进行软件手/自动切换及手动启停设备，进行料单设定及更改等。
4.对装料超时、放料超时、超满及设备运行故障等情况在“工艺流程页面”进行报警显示。
四、应用效果
施耐德昆腾PLC上料控制系统一直广泛的被高炉工业企业应用着，在北营公司炼铁厂运行的2年时间里，只有外部设备的机械电气、接口发生过小故障，其他的运作都是很顺利正常的。其上料控制系统的设计符合高炉生产工艺需求，使用效果是良好的，具体体现在以下几方面：
1. PLC系统程序采用双机热备，并采用UPS供电，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间。
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，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便。
3.施耐德PLC的 I/O模块及通讯模块支持“热更换”，且任何模块可在任意插槽，无槽位依赖性，维护简便，并增强系统可用性。
4. 上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，可靠性高，操作简便，控制功能和精度完全能满足生产工艺要求。
5.施耐德PLC控制的上料系统稳定性较高，程序控制较严密，保证了北营公司高炉的安全生产顺行。
五、结束语
本文讨论了北营炼铁厂基于施耐德昆腾系列PLC在高炉上料控制系统的应用情况，用户通过对料单设定画面的修改，可以实现对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等配料参数的设置与更改，并显示上料工艺所需要的数据，操作方式灵活方便。该系统自2012年投产以来，运行一直很平稳，故障率低，可靠性高，完全满足了新1#高炉上料控制的自动化生产要求，为高炉的稳产和高产创造了良好的条件。
参考文献
[1] 马兵；陈志军；PLC控制系统在无料钟高炉中的应用，2002
[2] 王华强；高云；郑莹莹；基于PLC的高炉槽下控制系统，2005.6
[关键词]PLC；高炉；自动控制
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0282-01
引言
施耐德PLC 是一种紧凑型的可编程控制器，在现在的生产办公中主要被应用于各种设备的自动化控制系统当中，不仅具有其型小、配置灵活、结构紧凑、功能强大、通讯方式丰富、编程软件完善等优点，而且性价比也非常的高。
高炉上料装置是生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大减轻工人劳动强度，提高生产效率，同时通过原料的精确配比，又可提升铁水的质量。北营公司炼铁厂新1#3200m3高炉2012年投产，矿槽炉顶上料系统设计采用施耐德公司昆腾系列PLC，该工业控制系统实现了对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿；实现了炉顶各阀门的顺序自动开关，α、β、γ的角度自动设定，探尺及其他相关辅助设备的自动控制；实现了对高炉矿槽炉顶上料系统的数据采集、数据显示及生产设备的联锁控制。该系统投入运行以来，运行稳定，效果良好。
一、上料系统工艺流程
北营公司炼铁厂新1#3200m3高炉，整个上料过程都使用施耐德昆腾PLC进行联锁控制。炉顶采用串罐无料钟炉顶。由上料罐、下料罐、上密封、下密封、下料闸、溜槽、均压、放散等主要设备组成。槽下上料系统采用皮带上料方式，主要由供焦皮带，供矿皮带和上料主皮带、返矿皮带、振动筛以及料仓等组成。整个工艺控制过程是，当炉顶发出要料信号，由放矿指针和放焦指针给出放矿或放焦指令，选中的矿仓或焦仓开始按设定的次序依次放料，当第一个被选中的料仓开始放料时，程序发出料头信号，当最后一个被选中的料仓放空料时，程序发出料尾信号。当料头和料尾在供矿皮带或供焦皮带上的延时走完时，发出料头和料尾在主皮带上的信号。当料头和料尾在主皮带上的延时走完时，发出料头和料尾在上料罐的信号，此时发出上料罐有料信号。当下料罐放完一批料发出料空信号时，打开均压放散阀对料罐卸压，随后开启上密封阀及上料闸，将上料罐中的炉料装入下料罐。装料完毕，关闭上料闸、上密封阀和均压放散阀，并向下料罐均压。料面检测设备采用机械探尺与雷达探尺相结合，探尺探料降至规定料线深度，提升到零位后，打开下密封阀及下料闸，用下料闸的开度大小来控制料流速度，炉料由布料溜槽布入炉内，每批料布入完成后，布料角度自动步进60度，通过控制α、β、γ来实现高炉布料的具体位置。整个上料过程无限循环即完成高炉的装、布料动作。
二、硬件配置
整个上料系统采用一套PLC系统，二台上位机完成对整个上料系统的监控机数据采集等。基础控制层采用Quantum 140 系列PLC，系统具有强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、体系结构可扩展的特点，包括CPU模板、I/O接口模板、通讯模板、電源模板和底板等。PLC主站与分站之间采用远程I/O方式扩展。各PLC站通过网络通讯模板、交换机、TCP/IP工业以太网可进行通讯，传输速率为100M pbs，传送介质为超五类屏蔽双绞线。
其中处理器采用昆腾系列140CPU 65150，电源模板采用140CPS 11420，远程通讯模板采用140NOE 77101，I/O模板配置如下：数字量输入模板140DDI 35300，数字量输出模板140DDO 35300，模拟量输入模板140ACI 03000、140ARI 03010，模拟量输出模板140ACO 13000，远程I/O模板采用140CRP 93100、140CRA 93100。
编程软件采用UnityPro_XL_V6.0，它支持5种IEC标准语言，系统提供了派生功能块（DFB），并可在UnityPro_XL_V6.0应用程序中反复调用，如果一些特定的算法或逻辑控制需要改变，只需修改DFB功能块即可。
监控系统（HMI）采用Wonderware公司的InTouch 10.0监控软件，实现生产过程工艺流程及各参数的采集显示、报警、回路控制画面，历史数据存储及趋势图，报表等监控功能。
Window XP作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机通讯。计算机采用研华工控机，双核CPU，2G内存，250G硬盘。
三、控制功能
施耐德PLC在高炉上料系统中实现如下功能：
1.实现对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等入炉原料的自动称量，并完成称量误差的自动补偿。
2.实现槽下矿仓、振动筛、称量斗、皮带机、布料小车及分料器的自动控制，实现自动备料及放料，从皮带把原料运送到上料罐-下料罐-再布料到炉体里，阀体开关的联锁控制过程。
3.可使用监控画面对上料系统设备的运行状态进行监视，对设备的运行进行软件手/自动切换及手动启停设备，进行料单设定及更改等。
4.对装料超时、放料超时、超满及设备运行故障等情况在“工艺流程页面”进行报警显示。
四、应用效果
施耐德昆腾PLC上料控制系统一直广泛的被高炉工业企业应用着，在北营公司炼铁厂运行的2年时间里，只有外部设备的机械电气、接口发生过小故障，其他的运作都是很顺利正常的。其上料控制系统的设计符合高炉生产工艺需求，使用效果是良好的，具体体现在以下几方面：
1. PLC系统程序采用双机热备，并采用UPS供电，保证了系统的安全性和稳定性，有效地减少故障停机时间。
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，以便操作工及时处理。系统能实时地将历史数据记录在上位机中，对数据的查询、统计和打印很方便。
3.施耐德PLC的 I/O模块及通讯模块支持“热更换”，且任何模块可在任意插槽，无槽位依赖性，维护简便，并增强系统可用性。
4. 上位机进行系统的监控和管理，并提供良好的人机界面，实现分布处理与集中管理一体化，而且系统故障率低，可靠性高，操作简便，控制功能和精度完全能满足生产工艺要求。
5.施耐德PLC控制的上料系统稳定性较高，程序控制较严密，保证了北营公司高炉的安全生产顺行。
五、结束语
本文讨论了北营炼铁厂基于施耐德昆腾系列PLC在高炉上料控制系统的应用情况，用户通过对料单设定画面的修改，可以实现对铁矿石、烧结矿、球团、焦炭等配料参数的设置与更改，并显示上料工艺所需要的数据，操作方式灵活方便。该系统自2012年投产以来，运行一直很平稳，故障率低，可靠性高，完全满足了新1#高炉上料控制的自动化生产要求，为高炉的稳产和高产创造了良好的条件。
参考文献
[1] 马兵；陈志军；PLC控制系统在无料钟高炉中的应用，2002
[2] 王华强；高云；郑莹莹；基于PLC的高炉槽下控制系统，2005.6