西门子PLC技术在烧结自动控制系统设计中的应用分析

迟海燕　马海良

前言

烧结作为高炉冶炼最主要的原料，对高炉的生产质量起着关键性的作用，在钢铁的生产过程中，烧结是最重要的环节，主要包括配料、烧结和成品等几大系统组成。电气、仪表和计算机三大控制系统全程自动化控制烧结系统，实现了三电一体化的控制过程。通过对西门子PLC技术在烧结自动控制系统设计中的应用进行具体的分析，提高控制系统的安全性和可靠性。

一、概况

烧结机来源于某公司生产的180m?2烧结机，自动化控制系统由本公司设计和调试，完成了配料、烧结和筛分过程的自动化控制，自动化程度较高，符合生产的要求，并为公司的生产带来良好的经济效益。

二、硬件组成

选用SIEMENS S7-400构成烧结机系统硬件控制的核心部分，选用414-2DP CPU。各子站和主站的连接通过连接完成自动化控制，运用CP443-1通讯模板。根据生产的实际要求，该自动化系统的配置方式选用远程站，具有较高的稳定性，能够在投入生产中节约成本，带来良好的经济效益。使用西门子公司生产的监控系统。

三、系统配置和网络通讯

烧结自动化系统通过Profibus的现场总线进行分布控制，将设备的控制层降低到最底层，监管和控制设备的正常运行。在第二层属于监控层，主要对烧结系统进行实施的监控，了解生产的状况，并随时对生产发出指令。烧结的配料、筛分系统的控制通过光纤以太网实施监管，从而有效地维持了通讯的稳定程度。在主控制室，设置人员的监控站，接受和传达生产的任务和指标，实现烧结系统的全程自动化。

四、功能实现

（一）配料自动上料系统。配料上料自动系统中，根据原料重量比对原料配料进行控制，其中包含着的给料装置、称量装置等设备。各种原料的化学成分的配比由专业的操作人员通过上位机进行设定，对物料的流量进行称量，显示的数量转变为4-20mA的信号输入，传递到功能模块进行操控。与预设定的数值做出比较，使用STEP7进行自动的调节和计算，最后通过Profibus-DP总线将控制字进行传递，最终传给变频器。变频器得到正确的信号后对电机的转速、电压和效率进行调节。这样在生产的过程中避免出现给料量的误差，且只能在预设定的数值上下出现轻微的波动，从而对配料进行全自动化的控制。

例如GΣ为给料量的总数值，A原料为给料设定值的比例，G原料设定为给料的标准值，那么，

G原料=GΣ*A原料 ①

偏差P计算：

P=|G原料-瞬时值| ②

比较P和GAIN，如果P值不超过GAIN，不再调节给料量，如果P超过GAIN，则按照规定的预设值调节给料量，让原料的总量在（G原料±GAIN）左右波动。

（二）混合料加水控制系统。配料后的原料要经过三次的混合，且每次的混合都要加入一定量的水分，这样可以有效地保障烧结的顺利进行，并保持烧结具有良好的透气性，从而达到生产质量的要求和水平。在第一次混料中加水的量要与原先设定的数值一样，原料的含水量决定的预设定的加水量的数值。第二次混合加水量也要与第一次的加水量保持一致，也是有利于烧结具有良好的透气性。第一次加水量的控制按照原先设定的数值进行调节，按照PID控制二次混料的加水量。并对加水量的预设值计算好，作为目标的加水量。根据原料测定的含水量再将设定的目标含水量之间进行对比，找出其中的差距，最后根据实际的数据进行适当的调节，从而保障烧结的含水量。

（三）烧结终点自动控制系。燃烧点的位置是烧结机尾几个风箱里的废气温度函数，这样设置的目的是为了能够精确燃透点的具体位置，保障到机尾时燃料正好燃烧完毕。根据烧透点的位置应用计算机定位烧结机的速度，让烧透点靠近机尾的位置。从而充分的利用了抽风机的面积，提高了生产的质量。可以设接近机尾位置的三个抽风机分别为16号、17号和18号风向，其对应的位置点为G1、G2和G3，温度对应设置为T1、T2和T3，则透点公式为：G0=（T2-T1）/[（T2-T1）+（T2-T3）]-0.5操作人员使用透点公式进行计算，能够对台车的转速能够熟练的掌握，有效保障生产的效率。

（四）控制操作。全廠设备的自动化通过中央控制室控制，其中主要包括以下的操作控制：（1）能够快速的控制设备单一停止启动。对单体设备进行控制可以选择单停或者单起的按钮进行操作，完成工作的命令。（2）联起联停控制。有时在工作中会出现重复的操作，这时可以运用设备上的联合开关按钮，点击画面上的按钮，就可以将设备按照自动化的顺序进行联停或者联起。如果在操作中使用联停按钮时，设备会按照自动化的顺序排料后自动停止。烧结设备的皮带较多，且相互之间的出现比较密切的联系，因此可以使用调停功能。在下游设备出现故障时，可以启动调停功能对上游的设备进行停止。这样既可以对下游的设备进行检修，又能够保障上游设备的安全，避免皮带的损毁。在事故时，可以使用急停按钮实现对设备的立即停止，防止出现较大的危险和事故而损害设备。

（五）显示功能。用图形时显示皮带的传输信号情况以及各PLC 站的运行状况。为了使设备的控制更加的直观，可以将信号设备旁边做成显示器，对设备的运行状况、故障的发生情况等进行直观的显示，这样也有利于直观的了解烧结的运行状况以及具体的操作工序，对烧结风箱温度和环境状况进行直观的了解，从而将温度和气压进行有效的对比。

（六）报警功能。对于模拟量如气压、温度或者流量等高于或者低于设定的目标值时报警系统可以发出报警，并对报警的情况进行记录。例如某一个设备停车时可以将停车的原因进行记录，记录故障的原因，进行故障排除和故障的检修。电机设备的轴承温度超过120度时可以通过报警功能进行报警处理。

总结

西门子PLC技术在烧结自动控制系统中的应用有效地提高了系统自动化的程度，系统稳定可靠，符合生产的要求，数据的准确率和正确性显著地提高，对配料的跟踪。烧结的温度和压力等各方面进行有效的控制，保障了生产的质量合水平。自动化程度的提高有效的节约了人力和物力，提高了企业的生产效率和经济效益，保障烧结自动化系统的完整运行。

（作者单位：1.包头钢铁（集团）公司炼铁厂；2.包头钢铁（集团公司）薄板坯连铸连轧厂）

作者简介

迟海燕，（1977.2--）女，汉族，内蒙古包头人，包头钢铁（集团公司）炼铁厂，工程师，研究方向：工业自动化控制.

马海良：（1980.1-）男，汉族，内蒙古包头人，包头钢铁（集团公司）薄板坯连铸连轧厂，工程师，研究方向：控制工程.