摘要：主要介紹了新區(qū)燒結(jié)廠265m2燒結(jié)機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的三電一體化設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，主要包括儀控設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)、電控設(shè)計(jì)以及控制功能的實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：265m2燒結(jié)機(jī);三電一體化設(shè)計(jì);自動(dòng)控制;FCS； 1、引言 新區(qū)燒結(jié)廠的1#265 m2燒結(jié)機(jī)采用計(jì)算機(jī)對(duì)主要工藝生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制。該控制系統(tǒng)采用三電一體化（EIC）控制方式，該設(shè)計(jì)主要包括儀控設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電控設(shè)計(jì)三個(gè)部分?？紤]到了燒結(jié)機(jī)各系統(tǒng)的先進(jìn)性準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，選用施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列控制系統(tǒng)。在吸收了燒結(jié)廠原有3座105 m2燒結(jié)機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢的同時(shí)，不僅避免了前3座燒結(jié)機(jī)在設(shè)計(jì)上出現(xiàn)的不足，而且還對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，確立輸入、輸出信號(hào)后建立控制模型，并確定其工藝控制關(guān)系，提高了燒結(jié)機(jī)的控制水平和控制精度。下面將儀控設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電控設(shè)計(jì)三個(gè)方面詳細(xì)論。 2、儀控設(shè)計(jì) 根據(jù)265m2燒結(jié)機(jī)的技術(shù)要求，在儀控設(shè)備選型、設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行了嚴(yán)格的論證。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括： 2、1點(diǎn)火爐溫度控制系統(tǒng) 點(diǎn)火爐燃燒控制是燒結(jié)機(jī)控制的重要部分，該系統(tǒng)控制的精確度、穩(wěn)定性直接關(guān)系到燒結(jié)礦石的質(zhì)量。點(diǎn)火爐溫度控制可根據(jù)實(shí)際情況在畫面選擇串級(jí)控制系統(tǒng)或單回路控制,手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。當(dāng)采用串級(jí)控制時(shí)，根據(jù)工藝要求，操作員在上位機(jī)溫度調(diào)節(jié)器輸入點(diǎn)火爐設(shè)定溫度，溫度調(diào)節(jié)器的測量值PV選用點(diǎn)火段高值溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行PID計(jì)算，溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器設(shè)定。自動(dòng)控制煤氣流量調(diào)節(jié)閥閥門FV-701（FZ）的開度。而單回路控制則是操作工根據(jù)實(shí)際情況輸入煤氣流量調(diào)節(jié)閥設(shè)定，與測量值進(jìn)行PID計(jì)算使?fàn)t溫穩(wěn)定在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)?？諝饬坑刹僮鞴じ鶕?jù)實(shí)際情況在上位機(jī)上輸入。此外，要進(jìn)行煤氣、空氣流量溫壓補(bǔ)償計(jì)算。 [align=center] 圖1 點(diǎn)火爐溫度控制示意圖[/align] 2、2助燃風(fēng)流量控制系統(tǒng) 助燃風(fēng)流量控制采用了HV-701（HZ）閥，操作員可通過計(jì)算機(jī)畫面上的手操器，參照畫面顯示的助燃風(fēng)流量值（FI-701），根據(jù)生產(chǎn)需要手動(dòng)控制HV-701（HZ）閥門的開度，調(diào)節(jié)助燃風(fēng)流量的大小。當(dāng)實(shí)際風(fēng)流量小于一定數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)切斷煤氣壓力切斷閥，煤氣低壓切斷閥。 2、3煤氣壓力控制系統(tǒng) 為保證點(diǎn)火爐燃燒平穩(wěn)，對(duì)煤氣總管壓力采用負(fù)反饋控制。其操作方式分為手動(dòng)/自動(dòng)兩種操作方式。 -手動(dòng)方式（M）：操作員可通過計(jì)算機(jī)畫面上的手操器，參照畫面顯示煤氣壓力值（PI-701），根據(jù)生產(chǎn)需要手動(dòng)控制PV-701閥門的開度，調(diào)節(jié)煤氣壓力的大小。 -自動(dòng)方式（A）：操作員在計(jì)算機(jī)畫面上輸入煤氣壓力的給定值SP，計(jì)算機(jī)則根據(jù)煤氣壓力的測量值PV（PI-701）與給定值SP的偏差進(jìn)行PID計(jì)算，自動(dòng)控制閥門PV-701的開度，保持煤氣壓力穩(wěn)定在給定值的范圍之內(nèi)。下圖為煤氣壓力調(diào)節(jié)控制示意圖: [align=center] 圖2 煤氣壓力調(diào)節(jié)控制示意圖[/align] 注：PIC-壓力PID控制功能塊；PIK-壓力調(diào)節(jié)執(zhí)行器；PT-壓力變送器； SP-壓力設(shè)定值；PV-壓力測量值；e-壓力偏差。 3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用計(jì)算機(jī)控制，可以極大的提高了生產(chǎn)效率，通過遠(yuǎn)程控制，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，加快了生產(chǎn)節(jié)奏。1#265 m2燒結(jié)機(jī)采用計(jì)算機(jī)對(duì)主要工藝生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制。該控制系統(tǒng)采用儀電合一方式，由Modicon TSX Quantum系列PLC完成全過程的順序控制和回路控制?？刂普九c監(jiān)控站之間，通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通訊，從而實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換穩(wěn)定、準(zhǔn)確。 3、1硬件結(jié)構(gòu) 為了更合理地組態(tài)和利用硬件系統(tǒng)，首先仔細(xì)熟悉了Quantum PLC產(chǎn)品，對(duì)硬件模塊作了詳細(xì)的研究，合理地選擇了各種模塊，使構(gòu)成的系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、功能齊全，擴(kuò)展方便，通訊聯(lián)網(wǎng)能力強(qiáng)。該系統(tǒng)設(shè)置5個(gè)客戶端，二臺(tái)服務(wù)器。其中燒結(jié)主控室設(shè)置三臺(tái)客戶端，一臺(tái)服務(wù)器，配料室設(shè)一臺(tái)客戶端，一臺(tái)服務(wù)器?？梢酝瓿蓪?duì)燃料部分、配料部分、燒結(jié)冷卻部分、成品篩分部分進(jìn)行監(jiān)控。通過交換機(jī)統(tǒng)一掛在工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上。 其中： 硬件配置：※ DELL計(jì)算機(jī)，PIII/1G/256/80G/40DVD ※ 顯示器，21″DELL，1248×1024 ※ 以太網(wǎng)卡，10/100Mbps自適應(yīng) 軟件配置：※ 監(jiān)控軟件，MP7 ※ 操作系統(tǒng)，Windows 2000 Pro 中文版 ※ 編程軟件，Concept 2.6 sr2 3、2網(wǎng)絡(luò)通訊 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分控制級(jí)和監(jiān)控管理級(jí)兩級(jí)控制?？刂萍?jí)通過光纖將4套PLC連接構(gòu)成工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率100Mb/s；燒冷系統(tǒng)和配料系統(tǒng)通過同軸電纜下掛遠(yuǎn)程分站；所有變頻器通過MB+網(wǎng)連接到PLC上，構(gòu)成MB+子網(wǎng)。監(jiān)控管理級(jí)采用C/S結(jié)構(gòu)，通過交換機(jī)與4套PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。并考慮預(yù)留出另一臺(tái)燒結(jié)機(jī)接口和二級(jí)系統(tǒng)的接口。若增設(shè)廠級(jí)信息管理網(wǎng)絡(luò)，則可采用光纖以太網(wǎng)，通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的快速查詢與共享。 3、3控制系統(tǒng)的軟件編制 本系統(tǒng)控制軟件的功能分為幾大部分：設(shè)備連鎖控制、PID調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、參數(shù)采集監(jiān)控、故障報(bào)警處理。整個(gè)燒結(jié)機(jī)的工藝生產(chǎn)過程控制的計(jì)算機(jī)軟件由Concept2.6完成，利用MP7監(jiān)控軟件完成了工藝監(jiān)控畫面的制作，具體工作如下： （1）硬件系統(tǒng)組態(tài)，確定模板的槽位，以及各個(gè)模塊的I/O地址。 編程的首要工作是對(duì)PLC的硬件配置，確定各個(gè)模板在Quantum PLC站中的位置，對(duì)I/O模板分配地址，并確定以太網(wǎng)地址，以及網(wǎng)站間通訊信息的定義。 （2）編制梯形圖以及功能塊圖程序，完成各種設(shè)備的控制。 根據(jù)工藝要求進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制功能。采用模塊化思想，利用了軟件的派生功能塊將重復(fù)性較強(qiáng)的部分編寫在獨(dú)立功能塊（DFB）中，便于查找問題，也節(jié)約了PLC的存儲(chǔ)空間。采用梯形圖完成開關(guān)量的動(dòng)作，用功能塊圖模擬量的工程量轉(zhuǎn)換，PID回路控制等。 （3）操作界面組態(tài)設(shè)計(jì)： 根據(jù)工藝要求編制工藝監(jiān)控畫面，對(duì)主要數(shù)據(jù)：點(diǎn)火爐燃燒溫度、煤氣總管壓力、煤氣總管流量等建立歷史趨勢；實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的操作運(yùn)行情況的監(jiān)控、參數(shù)報(bào)警、閥門調(diào)節(jié)等功能。 3、3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 萊鋼1#265m2燒結(jié)機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)燃料部分、配料部分、燒冷部分、成品篩分部分、主風(fēng)機(jī)房部分，五大部分13個(gè)子系統(tǒng)的自動(dòng)控制，完成按系統(tǒng)流程的順序啟動(dòng)、停止、聯(lián)瑣控制及CRT畫面監(jiān)控。每個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)、半自動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)三種控制方式之間在邏輯控制上存在互鎖，每次僅且只有一種控制方式存在，避免了操作上不必要的混亂。每個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中，若出現(xiàn)單個(gè)設(shè)備的故障，其上游設(shè)備齊停，下游設(shè)備順停，并有聲光報(bào)警。 4、電控設(shè)計(jì) 電控部分的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括熔劑燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成品篩分系統(tǒng)設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。 4、1熔劑燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括燃料上料、燃料破碎二個(gè)部分分別控制。燃料上料系統(tǒng)主要是將來自原料場的原料分不同的料線送入燃料破碎系統(tǒng)。遠(yuǎn)程方式下分為全自動(dòng)方式、半自動(dòng)方式、遠(yuǎn)程手動(dòng)方式三種。 在畫面上選擇全自動(dòng)方式，根據(jù)料位系統(tǒng)自動(dòng)選倉，根據(jù)槽存量的高低判定燃破—2膠帶機(jī)及行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方向和下料點(diǎn)，選擇啟/停方式，并按下相應(yīng)的啟/停按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)順序啟動(dòng)/停止相關(guān)設(shè)備。半自動(dòng)方式的選倉需要人工根據(jù)畫面顯示的料位高低，在畫面上手動(dòng)選擇燃料倉。在系統(tǒng)因異常不具備聯(lián)鎖條件或需要對(duì)單個(gè)設(shè)備操作時(shí)，選用遠(yuǎn)程手動(dòng)方式，該系統(tǒng)的所有受控設(shè)備均考慮了這種方式。燃料破碎系統(tǒng)主要是將來自原料場的原料（無煙煤、焦粉）通過燃料上料系統(tǒng)送入破碎機(jī)破碎后，送入配料部分的配料槽上系統(tǒng)7#、8#倉備用。遠(yuǎn)程方式分和畫面上選擇全自動(dòng)方式和上料系統(tǒng)一樣 4、2配料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括配料槽上系統(tǒng)、混勻配料系統(tǒng)和混合料上料系統(tǒng)三個(gè)部分：每一個(gè)部分都設(shè)計(jì)了全自動(dòng)、半自動(dòng)和遠(yuǎn)程手動(dòng)三種轉(zhuǎn)換方式。 （1）配料槽上系統(tǒng)的全自動(dòng)方式混勻料有5個(gè)礦槽，備有三種備料模型選擇，即5選2模型、5選3模型、5選4模型。上料前工藝人員根據(jù)生產(chǎn)需要選擇其中一種模型，選擇好后（例如選擇5選2模型）系統(tǒng)自動(dòng)判斷5個(gè)礦槽的槽存量，選擇2個(gè)槽存量最少的礦槽啟動(dòng)備料，再備料過程中若其中一個(gè)礦槽料滿，則系統(tǒng)自動(dòng)在另外3個(gè)未用的礦槽中選擇一個(gè)槽存量最小的礦槽，自動(dòng)切換到該礦槽上，該運(yùn)行系統(tǒng)不會(huì)停機(jī)，即系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無擾動(dòng)換倉。同理，待5個(gè)礦槽的槽存量均達(dá)到了要求，發(fā)停機(jī)指令上料系統(tǒng)順停。 半自動(dòng)方式是人工根據(jù)各礦槽的槽存量高低選擇礦槽，并根據(jù)生產(chǎn)需要選擇用幾個(gè)礦槽，系統(tǒng)按選擇的礦槽進(jìn)行備料，沒有模型參與控制，當(dāng)選擇的礦槽料滿時(shí)，發(fā)停機(jī)指令上料系統(tǒng)順停。 遠(yuǎn)程手動(dòng)方式是在系統(tǒng)因異常不具備聯(lián)鎖條件或需要對(duì)單個(gè)設(shè)備操作時(shí)，選用遠(yuǎn)程手動(dòng)方式，正常生產(chǎn)不建議使用該種方式。該系統(tǒng)的所有受控設(shè)備均考慮了這種方式。 三種控制方式之間在邏輯控制上存在互鎖，每次僅且只有一種控制方式存在，避免了操作上不必要的混亂。系統(tǒng)運(yùn)行中，若出現(xiàn)單個(gè)設(shè)備的故障，其上游設(shè)備齊停，下游設(shè)備順停，并有聲光報(bào)警。 （2） 混勻配料系統(tǒng)主要包括15個(gè)礦槽下的13個(gè)寬帶給料機(jī)、2個(gè)螺旋給料機(jī)和一混一膠帶機(jī)。其主要作用是將混勻料、燃料、熔劑、返礦和除塵灰按一定的配比下料，通過一混一膠帶機(jī)送往混合機(jī)混合。15個(gè)礦槽下的13個(gè)寬帶給料機(jī)和2個(gè)螺旋給料機(jī)，均采用PID數(shù)字變頻調(diào)速技術(shù)，通過實(shí)際瞬時(shí)流量值與設(shè)定的目標(biāo)值比較，實(shí)現(xiàn)15個(gè)給料設(shè)備的閉環(huán)調(diào)節(jié)。其電子稱精度在0.5%左右，下料量誤差在1—1.5%左右。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場的工況不是很穩(wěn)時(shí)，如瞬時(shí)流量波動(dòng)較大且無規(guī)律，可采用累計(jì)調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)，具體方式為，取單位時(shí)間（一般定為5S）的累計(jì)流量的作為PV值與設(shè)定流量SP進(jìn)行比較調(diào)節(jié)。 為了提高配比精度，采取了依次延時(shí)采集的方法，即1#秤瞬時(shí)流量與2#秤延時(shí)5S，2#與3#秤延時(shí)5S，4#秤與5#秤延時(shí)5S，以此類推，這樣，在一個(gè)下料批次內(nèi)，在給定配料總數(shù)不變的情況下，可實(shí)現(xiàn)不同料種的配比跟蹤控制，并達(dá)到較好的精度控制。 在給定時(shí)間內(nèi)，給定誤差與單位時(shí)間內(nèi)的累計(jì)誤差（即流量瞬時(shí)誤差與時(shí)間的積分）比較，若大于給定誤差，畫面提示并聲光報(bào)警，用以防止瞬間報(bào)警影響生產(chǎn)。否則，不予報(bào)警。給定誤差范圍可隨生產(chǎn)工況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。 （3） 混合料上料系統(tǒng)主要控制4條膠帶機(jī)和2個(gè)混合機(jī)的聯(lián)鎖控制。為了保證系統(tǒng)的完整性和操作的簡捷、直觀性，我們將混合料上料系統(tǒng)和混勻配料系統(tǒng)啟/停操作的邏輯控制合在一起控制。 啟動(dòng)方式有兩種：寬帶給料機(jī)與皮帶同啟、寬帶給料機(jī)與皮帶分啟。則系統(tǒng)按逆料流順序依次延時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的皮帶和給料機(jī).停止方式有兩種：寬帶給料機(jī)與皮帶同停、寬帶給料機(jī)與皮帶分停。其控制機(jī)理同上。 4、3燒結(jié)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 受控設(shè)備有：圓輥給料機(jī)、輥式布料器、燒結(jié)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)、單齒輥破碎機(jī)、環(huán)冷機(jī)、板式給礦機(jī)。遠(yuǎn)程方式下分為自動(dòng)方式、遠(yuǎn)程手動(dòng)方式二種。在自動(dòng)方式下，其啟/停方式按工藝要求又分為: 順啟、齊啟, 順停、齊停. 遠(yuǎn)程方式下PLC首先檢測在線受控設(shè)備是否滿足啟動(dòng)條件：（1）主回路電源是否正常、（2）控制回路電源是否正常、（3）設(shè)備是否有故障 選擇開關(guān)的位置是否正確。若條件滿足，發(fā)允許啟動(dòng)信號(hào)，若無該信號(hào)則表明該系統(tǒng)不具備啟動(dòng)條件，可通過監(jiān)控畫面查看不滿足條件的信號(hào)。在畫面上選擇全自動(dòng)方式，選擇啟/停方式，并按下相應(yīng)的順啟或齊啟/順?；螨R停按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)順序啟動(dòng)/停止相關(guān)設(shè)備。 4、4成品篩分系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要控制“成-1膠帶機(jī)” “轉(zhuǎn)9-1膠帶機(jī)” 等二十一條膠帶的運(yùn)行。共設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程自動(dòng)和遠(yuǎn)程手動(dòng)二種方式。在自動(dòng)方式下，其啟/停方式按工藝要求又分為: 順啟、齊啟, 順停、齊停. 由于該燒結(jié)機(jī)工藝采用的是一臺(tái)燒結(jié)機(jī)配兩條成品線，這樣兩條成品線通過公用皮帶可實(shí)現(xiàn)交叉上料，通過畫面選擇轉(zhuǎn)9-1膠帶機(jī)、轉(zhuǎn)9-2膠帶機(jī)、一篩-1振篩、一篩-2振篩、成-1膠帶機(jī)、成-2膠帶機(jī)的不同組合， 可以實(shí)現(xiàn)多種組合料線，供選擇.每種料線控制機(jī)理燒冷系統(tǒng)。 5、結(jié)束語 該項(xiàng)目自投入運(yùn)行以來，效果一直很好，只用了7天就實(shí)現(xiàn)日達(dá)產(chǎn)，創(chuàng)國內(nèi)燒結(jié)機(jī)達(dá)產(chǎn)最快記錄?？刂扑较冗M(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)為燒結(jié)機(jī)的順利投產(chǎn)、快速達(dá)產(chǎn)起了重要的作用。該控制系統(tǒng)在原有的3臺(tái)燒結(jié)機(jī)的控制基礎(chǔ)上，加以提煉優(yōu)化，使其無論從投產(chǎn)后運(yùn)行的順利程度還是從生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性來看，都達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用的前景廣闊。 參考文獻(xiàn) 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