PLC控制系統(tǒng)在豎爐生產(chǎn)中的應(yīng)用

西鋼煉鐵廠10m3豎爐于1994年建造并投產(chǎn)，生產(chǎn)煉鐵所需的球團(tuán)礦。豎爐在煉鐵工藝中起著舉足輕重的作用，其中布料系統(tǒng)是豎爐生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，對球團(tuán)質(zhì)量起著決定性的作用。原布料系統(tǒng)的電氣控制部分采用繼電器控制方式，2臺驅(qū)動設(shè)備，使用各類中間繼電器89個，時間繼電器62個，控制線路錯綜復(fù)雜，故障率極高，嚴(yán)重影響豎爐的生產(chǎn)和球團(tuán)質(zhì)量，如何減少設(shè)備故障率，提高設(shè)備作業(yè)率，確保豎爐達(dá)產(chǎn)達(dá)效，是重大技改課題。

2、豎爐控制系統(tǒng)的研制

2.1 設(shè)備技改路線分析

（1）在國內(nèi)很多小型豎爐中，仍然普遍采用繼電器式控制方式。該控制方式的優(yōu)點：傳統(tǒng)方式容易實現(xiàn)，技術(shù)含量低，崗位工人容易接受。其缺點有以下幾個方面：所用電器元件較多，成本較高；故障點較多，線路復(fù)雜，維護(hù)困難，故障處理時間長；可靠性差，難以適應(yīng)惡劣的環(huán)境；電能損失大。

（2）采用小型PC一體式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。小型系統(tǒng)優(yōu)點是：體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，價格較低。其缺點是：硬件固定，靈活性較差，整機(jī)備件，相對地提高了成本。

（3）采用大型PLC系統(tǒng)。整個豎爐采用一套大型的PLC系統(tǒng)，布料系統(tǒng)是其中一部分或一個遠(yuǎn)程站。

該系統(tǒng)優(yōu)點是：控制靈活可靠，功能強(qiáng)大，適用于較大的系統(tǒng)。其缺點是：價格昂貴，對于小系統(tǒng)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

2.2 技改方案的確定

通過對豎爐控制系統(tǒng)故障原因分析，造成豎爐設(shè)備電氣故障的原因主要有以下幾個方面：由于采用繼電器控制方式，各類繼電器達(dá)150多個，故障點較多；由于環(huán)境惡劣及元件本身質(zhì)量的影響，工作可靠性大大降低；由于控制線路的復(fù)雜性，使維修產(chǎn)生一定的困難，造成故障處理時間的延長；由于煤氣及粉塵的影響，給維護(hù)帶來不便。

在保證生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我廠實際情況，提出了用PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制的方案。這樣，不僅可以大大簡化控制線路，減少故障點，而且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，具有很高的性能價格比，對于降低成本，減少運轉(zhuǎn)費用都有積極意義。

2.3 設(shè)備選型

經(jīng)過市場調(diào)研，目前市場上常見結(jié)構(gòu)有兩種。一種是一體式結(jié)構(gòu)，另一種是模塊式結(jié)構(gòu)。前一種具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低等優(yōu)點，但是備件只能整機(jī)備件，相對而言成本較高；后一種模塊式結(jié)構(gòu)，具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活、擴(kuò)展功能強(qiáng)等特點，又不需整機(jī)備件，但一次投入費用較高。我們著眼于全局考慮，為了方便以后的改造和擴(kuò)建工作，決定采用模塊式。該產(chǎn)品具有較高的性能價格比，且系統(tǒng)構(gòu)成靈活，技術(shù)支持完備，售后服務(wù)較好。

3、項目研制

3.1 硬件部分

（1）系統(tǒng)的硬件設(shè)備：電源模塊1塊；CPU模塊1塊；數(shù)字量輸入模塊4塊；數(shù)字量輸出模塊4塊。各模塊之間由地址總線連接，由現(xiàn)場送來的操作及設(shè)備狀態(tài)信號，通過4個輸入模塊進(jìn)入CPU，由CPU進(jìn)行邏輯運算后，把結(jié)果送至輸出模塊，直接控制各驅(qū)動設(shè)備的接觸線圈，完成整個系統(tǒng)的控制。

（2）系統(tǒng)點數(shù)：9點接收操作臺起停信號；14點接收設(shè)備運行狀態(tài)信號；9點接收事故信號。輸出32點：11點用于設(shè)備狀態(tài)及故障顯示；18點用于啟動設(shè)備指令；3點用于故障報警及顯示。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，線路清晰，體積小，可完成兩個繼電器柜所能完成的一切控制功能。可實現(xiàn)自動、手動兩種方式對12臺驅(qū)動設(shè)備的連鎖控制，同時增加了系統(tǒng)安全停機(jī)、故障報警、燈光顯示等功能。

3.2 軟件部分

主要功能：實現(xiàn)兩種工藝要求，正常生產(chǎn)和調(diào)劑爐況兩條不同的流程。其最大特點是：

（1）確保按工藝流程啟動，防止誤動作。

（2）提高故障判斷、顯示及處理能力。

（3）實現(xiàn)了系統(tǒng)重大故障時全線安全停機(jī)功能。

（4）節(jié)約能源。

（5）增加了皮帶檢測功能，包括斷帶、撕裂、跑偏、安全啟動等功能。

（6）為了防止誤操作，設(shè)計了按鈕的確認(rèn)功能。

原來的布料系統(tǒng)中，在某一設(shè)備發(fā)生故障時，只有該設(shè)備和前序設(shè)備同時停機(jī)，后序設(shè)備仍然運行，而且，系統(tǒng)故障發(fā)生時，線路控制自鎖，當(dāng)解除故障后，該設(shè)備又自動啟動。由于該套設(shè)備是流水線作業(yè)，當(dāng)系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)發(fā)生重大故障時，后序設(shè)備沒有必要也不應(yīng)該運行；一方面，可能造成原料的堆積和散落，使事故擴(kuò)大化，另一方面也是能源的浪費，還有故障解除后，設(shè)備又自動啟動，不僅容易造成安全事故而且可能引發(fā)新的設(shè)備事故。為此，我們在設(shè)計中考慮兩方面的問題，一是增加對故障點的報警和顯示，給維護(hù)和操作人員提供方便，盡可能減少故障處理時間，另一方面，一旦某一設(shè)備出現(xiàn)重故障時，后序設(shè)備立即按流程自動停車，不僅有效地防止事故擴(kuò)大而且節(jié)約了能源。

3.3 初期投入發(fā)現(xiàn)的問題

（1）系統(tǒng)改為PLC自動控制以后，操作人員和維護(hù)人員一時難以適應(yīng)，出現(xiàn)故障后手忙腳亂，無從下手。針對這個問題，我們多次加強(qiáng)崗位人員和維修人員的培訓(xùn)，提高他們處理問題的能力。

（2）由于豎爐風(fēng)機(jī)負(fù)荷較大，它的啟動、停車對電網(wǎng)影響較大、PLC系統(tǒng)因電網(wǎng)干擾有時誤動作，為此，我們在PLC供電部分增加了隔離變壓器濾掉電網(wǎng)尖峰干擾。

通過對上述方案的補(bǔ)充、完善、保證了PLC控制系統(tǒng)的可靠性。

3.4 實施效果

該控制系統(tǒng)自2004年11月投入生產(chǎn)后，效果顯著，通過生產(chǎn)實踐，該系統(tǒng)優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）系統(tǒng)設(shè)計合理，較好地滿足了8立方米豎爐生產(chǎn)的工藝要求。

（2）該控制方案功能齊全，系統(tǒng)靈活可靠，在國內(nèi)同類豎爐中達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

（3）本系統(tǒng)與具有相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)大大簡化，線路清晰直觀，便于維護(hù)，縮短了故障處理時間，減少了工人的勞動強(qiáng)度，深受工人好評。

（4）該系統(tǒng)對惡劣的環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)，抗干擾性能好，運行穩(wěn)定可靠，降低了故障率，提高了設(shè)備作業(yè)率，從而提高了豎爐產(chǎn)生能量。

4、結(jié)束語

用PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制系統(tǒng)，使豎爐電氣故障明顯減少，處理故障時間也大大縮短，從而有效地提高了豎爐布料系統(tǒng)設(shè)備作業(yè)率，使豎爐很快達(dá)產(chǎn)達(dá)效