1 引言
萊鋼1#1000m3高爐2005年投產(chǎn)，礦槽爐頂上料系統(tǒng)設(shè)計采用施耐德公司昆騰系列plc，該工業(yè)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對礦石、球團、燒結(jié)、焦碳等原料的自動稱量，并完成稱量誤差的自動補償；實現(xiàn)了爐頂各閥門的順序自動開關(guān)，α、β、γ的角度自動設(shè)定以及其他相關(guān)輔助設(shè)備的自動控制；實現(xiàn)了對高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)控制。該系統(tǒng)投運以來，運行穩(wěn)定，效果良好。
2 高爐礦槽爐頂上料系統(tǒng)工藝流程
2.1槽上控制工藝流程
高爐槽上設(shè)計13個料倉，4個燒結(jié)礦倉（3#、4#、5#、6#），2個焦炭倉（7#，8#），3個球團倉（9#、10#、11#），2個雜礦倉（1#、2#），1個焦丁倉。槽上有3條打料皮帶機，每條皮帶機對應一輛卸料小車，采用卸料小車可以將膠帶機輸送的原料卸至不同的料倉，當采用卸料小車進行卸料時，卸料小車先開至所選擇的料倉上方，然后啟動膠帶機，原料就經(jīng)卸料小車卸到小車下方的料倉內(nèi)。
2.2槽下控制工藝流程
高爐槽下設(shè)兩個大燒結(jié)礦倉，兩個小燒結(jié)礦倉，兩個雜礦倉，三個球團倉，一個備用倉。每個礦倉下都有振動篩，篩除小于5mm的碎礦，大燒結(jié)礦倉的礦經(jīng)過篩分后分別進入料坑的左右中間稱量斗，小燒結(jié)礦倉的礦經(jīng)篩分后分別進入各自配套的稱量斗，然后經(jīng)礦石皮帶機集中運送，經(jīng)料坑上方的翻板進入料坑中的礦石中間斗，經(jīng)篩分后的5mm燒結(jié)礦經(jīng)返礦皮帶機運到碎礦倉。焦炭設(shè)左右兩個焦倉，倉下裝有振動篩和振動給料機，焦炭經(jīng)篩分后，大于20mm的塊焦，分別直接進入料坑內(nèi)的左右焦炭稱量斗，篩下小于20mm的碎焦經(jīng)sj1、sj2膠帶機倒運到sj3碎焦膠帶機上，送至碎焦倉上振動篩，將碎焦分級成8mm以上和8mm以下兩種產(chǎn)品，大于8mm的焦丁由sj4膠帶機運至焦丁倉，再經(jīng)焦丁給料機到焦丁稱量斗，然后到供料膠帶機與燒結(jié)礦一起進入料坑中間斗。小于8mm的碎焦落入焦粉倉等待汽車外運。當料車到底后，相應的礦石中間斗或焦炭斗向料車裝料。
2.3爐頂控制工藝流程
萊鋼1#1000m3高爐爐頂采用無料鐘串罐式爐頂，分為受料斗、料罐、氣密箱等組成部分。在上料過程中，爐料先投進受料斗里，隨后放入料罐中，在這個過程中，由于高爐不能和大氣相通，通過控制爐頂放散閥、均壓閥、上密閥、柱塞閥、下密閥的順序開關(guān)來實現(xiàn)高爐的正常下料，通過控制α、β、γ來實現(xiàn)高爐布料。料面檢測設(shè)備采用機械探尺與雷達探尺相配合。
2.4裝料流程
焦炭、燒結(jié)礦等各種入爐原料由料車運到爐頂，倒入受料斗中，受料斗最多可裝4車料。料罐放散完畢后打開上密閥和柱塞閥向料罐裝料。裝料完成后料罐進行均壓。一旦高爐準備接受下一批爐料就進行布料，首先打開下密閥并將料流調(diào)節(jié)閥打開至設(shè)定開度，料罐中的爐料通過料流調(diào)節(jié)閥流到旋轉(zhuǎn)的布料溜槽上。在布料期間，通過γ射線探測料流，該裝置可發(fā)出料罐清空信號。一旦料罐清空，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥和下密封閥，打開放散閥進行放散，準備下一次裝料。
2.5布料流程
一批料中，允許焦礦設(shè)定兩個不同的料線位置。當探尺達到規(guī)定的料線位置后，自動提升到位，發(fā)出布料信號，下密封閥打開，布料溜槽進行啟動。β角旋轉(zhuǎn)到設(shè)定速度并且到達布料位置，開啟料流調(diào)節(jié)閥，按照批重及規(guī)定的布料程序，調(diào)節(jié)料流調(diào)節(jié)閥開度和溜槽傾角，使每圈料流均勻、重量相等和首尾相接的向爐喉任意布料。為了減少料頭料尾不均勻現(xiàn)象，每批料布完后，布料角度自動步進60度。高爐上料系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。
3 上料自動化系統(tǒng)設(shè)計
3.1控制系統(tǒng)硬件配置
整個上料系統(tǒng)采用一套plc系統(tǒng)，兩臺上位機完成對整個上料系統(tǒng)的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集等。自動控制系統(tǒng)采用schneider tsx quantum 系列plc硬件組成基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)。采用mp7監(jiān)控軟件，編程軟件采用concept2.6，bs 2000作為系統(tǒng)平臺界面，組成計算機化的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)人機通訊。控制器與上位機之間采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。主機控制單元接受由i/o接口收集的信號進行開關(guān)量和模擬量的處理后，將信號經(jīng)i/o接口實現(xiàn)對設(shè)備的控制，與監(jiān)控站及上位機通訊。這個系統(tǒng)配置如圖2所示。其中處理器采用昆騰系列140-cpu-534-14a，電源模塊采用140-cps-114-20，遠程通訊模版采用140-noe-771-01，i/o模板配置如下：數(shù)字量輸入模板為140-dai-753-00、140-ddi-353-00；數(shù)字量輸出模板為140-ddo-353-00；模擬量輸入模板為140-aci-040-00；模擬量輸出模板為140-aco-130-00，遠程i/o模版采用140crp 931 10、140 cra 931 00。
3.2槽下控制功能設(shè)計
（1）槽下控制范圍及內(nèi)容：實現(xiàn)對礦石、球團、燒結(jié)、焦炭等入爐原料的自動稱量，并完成稱量誤差的自動補償；實現(xiàn)槽下12個礦倉、12個稱量斗、2條成品帶、2條碎礦皮帶、12臺振動篩、4臺給料機、1個翻板及碎焦系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)自動備料和放料；可使用監(jiān)控畫面對上料系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，對設(shè)備的運行進行軟手/自動切換及手動啟停設(shè)備，進行料單設(shè)定及更改等；對裝料超時、放料超時、超滿及設(shè)備運行故障等情況在“工藝流程畫面”進行報警顯示。
?。?）礦石稱量斗的稱量控制：當排料程序發(fā)出后，礦石稱量斗閘門開，料排出。當稱量值為控制值（初始時為設(shè)定值的95%）的5%時，發(fā)出料空信號并關(guān)閉閘門，當閘門關(guān)好并稱空好后，振動篩或給料機開始啟動。稱量值到控制值（經(jīng)補正）時，振動篩或給料機停機，進行滿稱量。若達110%控制值（經(jīng)補正）時發(fā)出聲光報警信號。振動篩或給料機啟動ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號，就發(fā)出上卡料報警信號。
?。?）礦石稱量斗的排料順序：根據(jù)預先選定的裝料程序，礦石中間稱量斗一“空”且閘門關(guān)好，槽下翻板翻到位，礦石皮帶機啟動后，開始排料。排料順序：球團、雜礦單裝時按料單內(nèi)所填倉號的先后順序進行排料（礦石稱量斗排料最多不同時超過三個）?；煅b時先排一斗的球團或雜礦（排料單內(nèi)球團或雜礦對應倉號的第一個斗），再排小燒或振大燒。當前一個稱量斗閘門開啟，發(fā)出空信號后，發(fā)出下一個斗排料指令。排料斗的閘門開到位延時ts后，還未發(fā)出斗“空”信號，則發(fā)出下卡料報警信號。
（4）礦石中間稱量斗稱量控制：礦石中間稱量斗稱量控制分三種情況：
大燒結(jié)礦振動篩供料：當?shù)V石中間稱量斗“空”，閘門關(guān)好，設(shè)定好則發(fā)出同側(cè)燒結(jié)篩運轉(zhuǎn)指令，稱量值達到控制值（初始時為設(shè)定值的95%）時，燒結(jié)篩停機，稱量結(jié)束。稱量值達110%控制值時發(fā)出音響報警信號。振篩啟動延時ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號，則發(fā)出“上卡料”信號。
礦石皮帶機供料：當?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機運轉(zhuǎn)指令，當排料斗均放過料后，發(fā)出礦石中間斗裝好信號，并發(fā)出皮帶機停機指令。
礦石皮帶機和大燒結(jié)振動篩完成混裝：當?shù)V石中間斗料一“空”，并且閘門關(guān)好，槽下翻板翻好，便發(fā)出礦石皮帶機運轉(zhuǎn)指令，當相應的一個礦石排料斗放過料后，發(fā)出大燒結(jié)振篩啟動指令，同時發(fā)出皮帶機停機指令。當稱量發(fā)出“滿”信號時，發(fā)出礦石中間斗裝好信號。
?。?）焦炭稱量控制：當焦炭稱量斗一“空”，閘門關(guān)好并設(shè)定好后，發(fā)出焦炭振動篩運轉(zhuǎn)指令，開始稱量，稱量值達到控制值時（初始時為設(shè)定值的95%），發(fā)出振動篩停機指令，稱量結(jié)束，若達110%控制值時，發(fā)出報警信號。振篩啟動延時ts后，還未發(fā)出斗“滿”信號，則發(fā)出“上卡料”信號。
