摘要:介绍了PLC技术在江苏淮钢6#高炉上料系统的设计与应用，该系统采用SIEMENS公司S7-400 PLC作为控制器，Wincc作为监控软件。生产实践证明，该系统完全满足工艺要求，大大降低了工人的劳动强度，提高了设备的利用率和生产效率。
关键词：PLC；计算机控制；高炉；上料系统
前言
高炉生产工艺对控制系统的可靠性和容错性要求较高，而上料系统在整个冶炼工序中是核心，出现差错将导致高炉休风停产，影响到生产安全和经济效益。
淮钢6#高炉计算机系统是由炉顶和槽下系统二部分组成，采用传统的控制方式可以实现对该装置的控制，但是体积大，故障率高，抗干扰能力差，控制不精确，使用寿命较短。将PLC技术引人高炉上料系统，可以克服传统的继电控制系统的不足之处，使控制更精确，工作效率更高，可靠性更好，故障率更低，也进一步提高了高炉的生产能力。
1上料系统的控制方案
淮钢6#高炉上料系统为料车上料，炉顶为并罐无料钟，槽下矿槽为单列左右对称布置。高炉料车卷扬机采用两套变频传动装置，互为备用，通过切换开关选择。溜槽倾动为交流变频装置传动，溜槽旋转采用交流双速电动机，两个探尺采用两套变频传动装置，炉顶其它设备主要为液压传动。溜槽、探尺、料流调节阀的位置检测装置采用绝对值位置编码器。
上料系统的槽下设一台可编程序控制器(PLC)控制。其操作方式有机旁手动(检修、调试用)、操作台手动、PLC自动控制三种。槽下系统设一个操作台，操作台主要作为设备控制或系统的操作方式选择。
上料系统的炉顶采用一台可编程序控制器(PLC)控制。其操作方式有机旁手动(检修、调试用)、手动带必要连锁、PLC?控制三种。前二种工作方式均不通过PLC。炉顶设一个操作台，主要用作炉顶的紧急手动操作和系统的操作方式选择。
高炉上料系统的电气室、操作室在原槽下操作室新建，其电控设备分别装在此电气室内，操作室放置槽下和炉顶操作台以及监控屏,控制和监视高炉上料。
2自动化控制系统组成
2.1系统硬件配置
本系统采用了SIEMENS S7—400系列PLC，主机CPU采用S7—400模块，并配置ET200M扩展机架，操作站为工业控制机，计算机电源系统采用了交流220V电源和不间断电源。中央处理器采用CPU416—3 PN/DP，通过ET200M接口模块IM153-4 PN实现与CPU的PROFINET通讯。通讯模板采用了CP443—1模板，通过交换机可在线或离线编制软件。数字量输入\输出模板均为DC24V32点，模拟量输Ⅳ输出模板为4～20mA，8通道。
2.2软件配置
程序软件采用了Step7编程软件，通过编程器组态能够在线(连接PLC)以及离线(仅在PLC)完成，程序软件包括功能块图、梯形图、语句表形式，由于梯形图方式的程序很直观，与工厂电气控制原理相似，故易懂、易学，即使非程序人员也能较快的读懂程序，所以在本高炉炉顶程序中采用梯形图方式进行编程。在程序的编辑过程中，对各软件接点、软件线圈的作用均采用了大量的中文注释，为软件的修改和分析判断某一故障原因提供了很好的方法，能快速处理和解决故障。
2.3监控系统
监控系统采用了德国西门子SIEMENS公司的WINCC软件在WINDOWS操作平台下开发，具有良好的人机对话界面。在此界面下编制应用程序及画面非常简便，使用者面向对象的图形，创建动态显示窗口，可以方便读出、读入设定，以及设备状态显示。
设备的开关状态tag名均采用了电气控制原理图中符号，右放散阀开状态的在电气控制原理图中用“44KAl”表示，在软件编写中的tag名为44KAl一m。这样使软件系统中与电气控制原理图中保持一致，便于查找、分析问题。编制的用户程序画面采用主菜单调用方式，即有一个主菜单，从中可以调用任意工艺画面。点击工艺画面上的设备，弹出小窗口，可以对具体设备进行操作。
2.4 PLC软件功能块
软件编写中，根据上料系统不同的工艺流程分别编写程序块，并通过组织块OBl进行调用。
0Bl：系统组织块，本程序所有的功能均组织在FC55块中；FC55：功能块，本程序所有的功能均嵌套其中并在组织块OB1中调用；FCl：翻板程序块；FC2：左上密封阀程序块；FCl2：右上密封阀程序块；FC3：左下密封阀程序块；FCl3：右下密封阀程序块；FC4：左上密封吹扫阀程序块；FCl4：右上密封吹扫阀程序块； FC5：左下密封吹扫阀程序块；FCl5：右下密封吹扫阀程序块；FC6：左均压阀程序块； FCl6：右均压阀程序块 ；FC7：左料流阀程序块 ；FCl7：右料流阀程序块；FCl8：右均压放散阀程序块；FC9：溜槽倾动程序块；FCl0：溜槽旋转程序块；FC20：液压站程序块；FC25：卷扬程序块；FC26：探尺程序块；FC30：溜槽a角程序块；FC50：溜槽旋转10小时自动切换程序块；FC70：料车上、下行画面显示程序；FC99：所有灯显爪程序块。
3电控非标设计
高炉生产对可靠性要求极高，当上料系统故障或物流不畅通时，高炉不能长时间停止生产，必须及时排除故障，使生产得以进行。自动工作方式是以上料系统无故障、PLC控制器完好为前提，因此上料系统除了具备自动方式外，还要保留手动、机旁、调试方式。PLC控制实现主要生产方式；手动方式是辅助生产方式；机旁和调试方式用于单机操作和试机。
3.1手动状态
将操作台上选择开关3S左系统手动，4S右系统手动，11S溜槽选择开关、2S翻板选择开关以及主探尺选择开关均置于手动位置，即可按工艺要求分别操作炉顶左、右电气控制设备，此时在操作台上信号灯均可显示设备工作状态，同时在监控画面上监视设备工作状态。
3.2自动状态
炉顶部分可分为左系统自动、右系统自动，左、右系统同时自动。系统投入前信号状态显示要求能正确反映设备是否处于开状态或关状态，如信号消失则计算机无法判断设备当前工作状态，或某一设备同时有开和关信号，计算机同样无法判断设备当前工作状态。
4探尺PLC控制
由于该高炉改造仍采用原探尺设备，探尺为交流电动机传动，机械设备主要特点为采用反力矩形式，当探尺下降速度较快时产生反力矩，以阻止探尺的快速下行。但是在实际运行中存在两个问题：①探尺不是很匀速的下放；②当探尺到达料线或亏料立即提尺时自动开关跳闸。在软件的编制和调试中，通过引入软件继电器和延时提尺的方法可以很好地解决这个问题。
从位置编码器传人PLC的4—20mA模拟量信号需要经过一定的模数转换才能加以控制，即MD398=MW386X(20—4)／（27648+4），式中MW386是PLC接收到的位置编码器信号，MD398是经过转换后的4～20mA标准信号。探尺程序封装在FC26功能块中，通过OBl进行调用。
结束语
PLC在江苏淮钢6#高炉上料系统成功应用，实践证明该系统完全满足了高炉上料系统生产的全部工艺要求，特别是解决了原交流探尺下放速度不匀速的问题。通过采用先进的PLC控制技术，保证了高炉炉内料面的稳定控制，大大降低了操作工人的劳动强度，提高了设备的利用率和生产效率，为其他高炉控制系统的改造提供了宝贵的经验。
参考文献：
[1]马竹梧．炼铁生产自动化技术[M]．北京：冶金工_k出版社，2005．