鐵廠燒結配料的PLC控制系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文.doc

鐵廠燒結配料的PLC控制系統(tǒng)的設計 第一章 緒論1目前，國內(nèi)外大部分燒結廠主要是通過控制原料場和配料系統(tǒng)來實現(xiàn)對燒結礦化學成分的前饋控制。這里主要介紹自動配料系統(tǒng)。配料精度在很大程度上取決于所采用的配料方法，20世紀60年代以前，國內(nèi)燒結廠大多采用容積配料法，60年代以后，開始采用重量配料方法。目前大多數(shù)廠是按重量配料法進行的（如圖1所示配料系統(tǒng)中的鐵精礦是從集料膠帶機上的電子皮帶秤得出流量信號與設定配料量進行比較的，通過控制器改變圓盤給料機的轉(zhuǎn)速以保持精礦配料量不變，而輔助原料則是通過給定量膠帶給料機實現(xiàn)定量給料的。系統(tǒng)設有各種原料的配比設定和總給料量的設定，可以根據(jù)各原料情況按燒結礦的要求靈活改變配比。而PLC 是面向工業(yè)發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制器, 它將計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣等優(yōu)點與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結合起來, 且其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點, 在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中得到了廣泛的應用。近幾年, 在電石廠、冶煉廠、鋼鐵廠等重型工業(yè)的配料系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)中廣泛采用了PLC 控制, 改善了工人的工作環(huán)境, 精簡了操作人員, 減少了配料中的人為誤差, 取得了良好的經(jīng)濟效益。2.研究意義（1） 提高燒結成分的穩(wěn)定性對高爐順行、對增鐵節(jié)焦具有重大意義，搞好配料是高爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的先決條件。實踐證明燒結礦成分的波動將會破壞高爐順行。例如，燒結礦含鐵突然升高或降低時（即使波動只有1%-2%）都會引起高爐爐溫急劇下降或升高。爐溫波動過大，會引起爐礦失常并造成生鐵成分不合格。爐溫過高，生鐵含硅量易出格，爐溫過低，脫硫不好，生鐵含硫量易出格。所以在燒結礦成分波動較大的情況下，高爐操作往往被迫有較多的風溫儲備并將煉鐵含硅量（爐溫標志）和堿度保持在 較高水平。實踐證明每升高或降低100風度，相當于降低或升高30kg/t左右，生鐵含硅百分之零點五相當于20kg/t焦比。（2） 精心配料是獲得優(yōu)質(zhì)燒結礦的前提。適宜的原料比可以生產(chǎn)出足夠的性能良好的液相，適宜燃料用量可以獲得強度高、還原性能良好的燒結礦，適宜的燒結料透氣性可以提高燒結礦產(chǎn)量。燒結配料系統(tǒng)是燒結機的重要上游設備,擔負著為燒結機乃至高爐供應多種生產(chǎn)原料的任務,改造前采用的是13臺調(diào)速電動單元組合手動閘門,采用人工手動控制,下料量需由操作人員手動從下料處撿斤,通過磅秤測量,精低、勞動強度大,嚴重影響了配料質(zhì)量,已不能滿足公司生產(chǎn)的需要。因此,必須運用可靠的自控系統(tǒng),提高其生產(chǎn)效率。3鐵廠燒結基礎知識及相關技術分析 從人類開始學會煉鐵到20世紀以前的漫長歲月，煉鐵生產(chǎn)都是以天然礦石為原料。天然富礦的儲量原本就不多，隨著時間的推移和工業(yè)的發(fā)展，對鐵的需要不斷增加，而天然富礦日趨枯竭；在開采塊狀富礦的同時，又產(chǎn)生了堆積如山的富礦粉；在高爐生產(chǎn)中排放的副產(chǎn)品（爐塵）同樣也堆積如山，甚至造成災害。經(jīng)過前人長期的探索和實踐，找到了從貧礦中提取精礦，以及把精礦粉、富礦粉和爐塵等不能直接如爐冶煉的粉狀物料加工成品位高、冶煉性能好的塊狀熟料的途徑，即生產(chǎn)除了人造富礦燒結礦。生產(chǎn)過程燒結生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是為高爐煉鐵提供的人造富礦燒結礦，這是將貧礦經(jīng)過燒結變成富礦的生產(chǎn)過程。所謂燒結礦，是將各種粉狀含鐵原料，配入適宜的燃料和熔劑，經(jīng)過均勻混合，然后利用燒結設備進行燒結，在燃料產(chǎn)生高熱和一系列物理化學的作用下，部分混合料表面發(fā)生了軟化和熔化，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，并潤濕其他未熔化的礦石顆粒，在冷卻后，液相將礦粉顆粒黏結成塊。燒結礦的生產(chǎn)工藝主要有原料的組織、原配料、混合、燒結過程及冷卻和篩分。主要生產(chǎn)設備有翻車機、礦槽、給礦機、空冷機、成品篩等燒結車間生產(chǎn)工藝流程見圖3-13.1.3 生產(chǎn)活動燒結生產(chǎn)的主要生產(chǎn)活動包括：精礦粉的裝卸，石灰石、白云石、碎焦、無煙煤等經(jīng)過破碎與篩粉，使其達到燒結原料所需的粒度，按生產(chǎn)工藝要求，通過貯礦槽圓盤給料機、皮帶秤，將各種原料、燃劑按一定比例配制成混合料，該過程主要由計算機自動控制，但需操作人員現(xiàn)場巡查，作業(yè)環(huán)境的粉塵污染大。配好的原料由二級圓筒或混合幾6進行加水混合，主要目的是將料混合造成小球，以利用于燒結，該過程主要是自動化控制，但需操作人員現(xiàn)場巡檢?；旌虾玫脑嫌善C輸送到燒結機進行布料，點火燒結。該過程為機械化、計算機過程控制，看火工觀察燃料情況，調(diào)整火勢。該作業(yè)環(huán)境溫度高，燒結機尾粉塵量大。燒結好的燒結礦經(jīng)過破碎、冷卻、篩分后，變成成品燒結礦，由皮帶機輸送到高爐，供煉鐵用。該過程為機械化、自動化操作，作業(yè)人員負責巡回檢查設備運轉(zhuǎn)情況燒結。燒結生產(chǎn)不同生產(chǎn)區(qū)域主要工種分布及生產(chǎn)活動范圍情況見表3-2第二章燒結配料系統(tǒng)組成及其計算機控制系統(tǒng)功能2.1 配料工藝過程簡介隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在的富鐵礦己經(jīng)不能滿足需求，這樣必須采用含鐵t較低的貧礦，但貧礦不能直接入爐煉鐵，必須經(jīng)過破碎、篩分和選礦，使其成為含鐵較多的富礦粉，而這些粉礦仍不能直接入高爐冶煉，必須經(jīng)過造塊，造塊的方法之一就是燒結法。燒結的目的，是將碎礦石在高溫下固結成適合于冶煉的礦塊，改善鐵礦石的冶金性能，除去有容雜質(zhì)，為高爐提供具有合理的化學成分和物理機械特性的塊狀料。燒結過程主要包括原料、燃料的接受和貯存，熔劑、燃料的準備，配料，混合，點火燒結，熱礦篩分、冷卻，冷礦篩分及破碎，鋪底料，成品的貯存及輸出，返礦貯存等工藝環(huán)節(jié)。概括起來說分為燒結配料和混勻料燒結兩個方面。一般來說，燒結的配料過程指的是從配料礦倉開始，經(jīng)過一次混合和二次混合后，到燒結室的配合料礦倉為止。燒結原料包括鐵礦粉(原礦和精礦粉)、熔劑(石灰石、白云石或生石灰)、燃料焦粉或無煙煤)、附加物(硫酸渣、軋鋼皮、鋼鐵廠回收的粉塵、鐵屑等)及返礦。按一定的比例配合的燒結原料經(jīng)過混合后成為混勻料，混勻料不僅要有一定的化學成分，而且又要具有一定的化學成分穩(wěn)定性和良好的透氣性。因用于燒結的含鐵原料、熔劑和燃料的品種甚多，而且它們在化學成分和物理性質(zhì)方面又有很大差異，所以必須根據(jù)煉鐵對燒結礦化學成分的要求以及原料的供應狀況把各種原料按一定的比例進行配料，因此，在現(xiàn)代燒結生產(chǎn)過程中，需有專門的配料作業(yè)。這樣，通過燒結生產(chǎn)出來的燒結礦才能在化學成分方面和物理性能方面都合乎高爐煉鐵的要求。配料的方法有容積配料法和重量配料法。容積配料法配料量由于原料堆積密度隨其水分以及料倉料位的不同而發(fā)生變化，配料比易發(fā)生較大誤差。重量配料法配料準確，對添加量少的物料(如燃料、生石灰等)，采用重量配料法更為必要。經(jīng)過混勻的原料，品位波動范圍很小，尤應采用重量配料法。配料過程可以采用集中配料和分散配料。集中配料是把準備好的各種燒結原料全部集中到配料室進行配料;分散配料則是把燒結原料分為若干類，各種原料在不同的地方進行配料。與分散配料相比，集中配料具有如下優(yōu)點:(1)配料準確。在系統(tǒng)啟動和停機時或者改變配比時不會發(fā)生配比混亂，各種原料集中在配料室配料時，配料倉位置差異對配料的影響，可以借助PLC通過延遲處理使各礦倉的排料量設定值能按礦倉位置的先后順序給出，從而使配料系統(tǒng)在順序啟動、停機或改變配比時不發(fā)生混亂。而采用分散配料時，礦倉位里的差異對配料帶來的影響不易消除，當配料系統(tǒng)和燒結系統(tǒng)的生產(chǎn)t不平衡時往往容易引起配比混亂。(2)便于操作管理，有利于實現(xiàn)配料過程自動化。(3)配合料的輸送設備少，有利于提高作業(yè)率。因此，新建燒結廠或燒結廠配料系統(tǒng)改造的方向是采用集中式重t配料的方法。2.2 配料系統(tǒng)的組成本溪鋼鐵公司二鐵廠共有75m燒結機5臺，正常情況下由兩個配料系統(tǒng)進行供料.配料系統(tǒng)將各種原料存放于不同的料倉，根據(jù)高爐生產(chǎn)的需要把各種原料在集料皮帶上進行混合。為了達到所需要求，需對各給料設備進行控制，以此來控制各原料的下料t.兩個配料系統(tǒng)的示意圖如圖2.1和圖2.2所示。07050301 圖2.1配料系統(tǒng)示意圖料系統(tǒng)有兩種工作方式:即手動控制和自動控制。都是通過控制臺上的選擇開關來實現(xiàn)的。它有三個選擇位置，中間位置為零位即非工作狀態(tài)，在+450位W.時是處于自動工作狀態(tài)，通過微機，可編程進行順啟動、順停止和同啟動、同停止自動控制。而處于一45“位置時，是屬于手動狀態(tài)，通過控制臺上或機旁儀表箱的控制按鈕進行控制。在進行自動控制時有三種控制方式;第一種是按物料流動方向順序啟動各種給料設備;第二種是停機時，按物料流動方向順序停止各給料設備;第三種是配料系統(tǒng)在作業(yè)中，遇到特殊情況時進存同停，正常后方能同時啟動.物料全部流t參數(shù)均在操作臺上進行集中給定。為了提高給定值的精確度，裝有五位數(shù)顯示電壓表。在系統(tǒng)設備出現(xiàn)事故時，有事故報警。這時可按解除按鈕，以消除音響，而燈光保留到事故處理完畢恢復正常為止。配料自動控制系統(tǒng)如圖2.3所示PLC系統(tǒng)手動操作器雙頭切換開關調(diào)速電動機定量和圓盤機A/D稱量皮帶壓力傳感器圖2.3配料自動控制系統(tǒng)方框圖2.3 配料PLC控制系統(tǒng)功能通過分析配料的工藝過程，新配料系統(tǒng)應具備如下控制功能。(一)上位機通過菜單提示，人機對話方式進行設定、操作，做到簡單、易行.上位機顯示的畫面有:工藝流程圖、模擬顯示圖、流量和累計量的趨勢圖、配比計算圖、累計量計算圖、校秤顯示圖。(二)配比、流量、累計t的計算，8-(1)配比計算:根據(jù)每臺秤的配比和總料量自動完成設定流量的計算。(2)流量計算:程序控制器根據(jù)采集的物料量和皮帶速度計算皮帶機的瞬時運送物料量。(3)累計量計算:根據(jù)每臺秤的流量和累計時間計算每臺科的累計量，根據(jù)每臺秤的累計量可以算出配料生產(chǎn)線的班產(chǎn)量、日產(chǎn)量、月產(chǎn)量及年產(chǎn)量。(三)配料的自動控制:根據(jù)每臺秤的設定流量和實測料流量的差值，通過PID運算和物料量的補償運算來自動調(diào)整皮帶機和圓盤機的轉(zhuǎn)動速度，使得瞬時流量更接近于設定流量，從而完成配料過程的自動控制。(四)系統(tǒng)的聯(lián)鎖啟動和停止(1)順序啟動與順序停止:在正常情況下，根據(jù)軟件的設置，設備將按照一定的順序和一定的時間間隔進行啟動和停止。(2)緊急停止與同時啟動:當系統(tǒng)出現(xiàn)不正常情況而需緊急停車時，則需按緊急停止方式操作，設備將立即同時停車，在此狀態(tài)下，再次恢復設備運行時，需按同時啟動，由此產(chǎn)生的物料配比的失衡需通過控制系統(tǒng)相應軟件進行自動修正.(五)系統(tǒng)的單機啟動與停止:該操作方式只是在安裝設備過程和調(diào)試階段以及上位機、下位機出現(xiàn)故障的情況下才運用，它通過現(xiàn)場操作箱中的工作方式選擇開關以及上位機的功能操作來設定，從而進入單機啟動、停止的操作狀態(tài)。(六)皮帶秤的標定:包括秤的自動調(diào)零、半自動調(diào)零和滿度調(diào)整。(七)系統(tǒng)的自動與手動方式:在自動方式下，系統(tǒng)是處于閉環(huán)狀態(tài)，實測料流t與給定流量之間的差值是通過系統(tǒng)的閉環(huán)控制來逐漸減小而趨于零。手動方式下系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，即操作人員通過鍵盤操作來改變實際料流I以使其接近于給定流t，此種方式只是在特殊情況下才采用。(八)雙機并行功能:兩臺上位機經(jīng)數(shù)據(jù)高速通訊接口與兩臺下位機PLC相連，根據(jù)通訊定義，兩臺上位機可與任意一臺PLC進行通訊與聯(lián)機操作。(九)各種報帶功能(1)各種電機故障: (2)斷料故障; (3)下料偏差故障。(十)數(shù)據(jù)處理與打印(1) 生產(chǎn)報表的制備與數(shù)據(jù)的存儲; (2)定期報表的打印。根據(jù)系統(tǒng)的控制功能，進行系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。本文將在后而的章節(jié)中對系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計做詳細論述第三章PLC配料自動控制系統(tǒng)的控制方案3. 1 總體設計為了更好地完成配料過程的自動控制，要根據(jù)配料的工藝過程和設備狀況提出各種控制功能，并構成比較先進的控制系統(tǒng)。3.2配料系統(tǒng)工作原理某鐵廠燒結的自動配料生產(chǎn)工藝流程見圖3.1。配料系統(tǒng)是鐵廠燒結中系統(tǒng)的重要組成之一。原材料鐵精礦、高爐灰、白石灰、燃料通過破碎、篩選后, 由配料系統(tǒng)按照其大小不同分別送入圓盤給料機, 每個料倉下有一個稱量電子秤。根據(jù)冶煉工藝要求, 配料操作人員分別在鐵精礦、高爐灰、白石灰、燃料和附加料的電子秤設定所需質(zhì)量值和料的批數(shù)。按下啟動按扭, 首先電子秤測量稱量料斗的皮重, 將皮重存入電子秤并顯示皮重, PLC 檢測源盤給料機、稱量料斗倉門的合位信號, 當各料斗門合位到位, 啟動配料皮帶, 輸出控制信號打開料倉下的氣壓閥, 開始下料, 配料皮帶將料送入稱量料斗(每個稱量料斗內(nèi)裝有兩個稱量傳感器) , 電子秤連續(xù)檢測稱量料斗的質(zhì)量并連續(xù)顯示質(zhì)量值當質(zhì)量值達到該稱量料斗的設定值時, 電子秤給PLC 發(fā)信號, PLC 輸出信號關閉料倉閥門和配料皮帶電機, 停止給料, 然后啟動運料皮帶, 開啟稱量料斗底門, 運料皮帶將物料送入斜橋料斗, 料斗通過斜橋?qū)⑽锪纤腿胨膶迎h(huán)行布料小車, 完成一個稱量運料過程。當斜橋料斗送完物料返回到裝料地溝處時, PLC 進行下一個配料過程。PLC 記錄配料批數(shù), 當配料的設定批數(shù)到時, 所有的設備停止運行, 處于準備狀態(tài), 等待下一個爐頂要料信號的到來。當要料信號到來, 需要第二批上料時, 重復上述操作過程。3.3系統(tǒng)的組成配料系統(tǒng)組成框圖見圖3.2。它主要包括: 4 臺電子秤(每個稱量料倉放置2 個稱量傳感器) , 4 個料倉, 4條配料皮帶, 2 條運料皮帶, 1 個斜橋料斗電機, 8 個氣動電磁閥。1）斗式電子秤的工作原理和功能該電子秤是型號為PGL-1400滾輪式皮帶秤，由2 個裝于料斗底部的應變式重力傳感器和信號處理部分組成, 其額定載荷為250kg, 帶寬1400mm承重臺長度2000mm它的輸出信號驅(qū)動其微型輸出繼電器, 以開關量形式將信號送入PLC, 它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設定稱量值等功能, 每個電子秤采集2 個稱量傳感器的輸出信號, 求其平均值, 所以其稱量精度高。2）PLC的選型由于該系統(tǒng)的控制量為開關量, 根據(jù)控制要求和可編程控制器的性能特點, 選擇三菱公司的FX2N 40MRPLC。FX2N 系列的特點是采用積木式模塊化結構, 系統(tǒng)構成靈活, I.O 口擴展方便, 指令豐富, 編程方式多樣化, 既可使用梯形圖語言, 又可使用SFC 方式模擬盤及各種指示燈 PLC主機料斗合位信號運料斗在裝料位數(shù)顯儀表電子秤的輸出輸出接口運料皮帶電機配料皮帶電機稱量料斗底門氣動閥倉料底門電磁氣動閥3.2配料系統(tǒng)組成框圖定量圓盤給料機燃料白石灰高爐灰爐灰鐵精礦配料皮帶稱量料斗運料皮帶定量皮帶給料機環(huán)形布料小車爐頂料倉布料管圖3.1藝流程圖燒結爐3.4可編成控制器（PLC）介紹1）可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC，個人計算機(Personal Computer)也簡稱PC，為了避免混淆，人們把最初用于邏輯控制的可編程控制器叫做PLC （Programmable Logic Controller）?？删幊炭刂破鞯臍v史只有30多年，但發(fā)展極為迅速。為了確定它的性質(zhì)，國際電工委員會(International Electrical Committee)多次發(fā)布及修訂有關PLC文件。在1987年頒布的PLC標準草案中對PLC作了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式是輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍