PLC控制系统在竖炉生产中的应用

    1、引言
   
    西钢炼铁厂10m3竖炉于1994年建造并投产，生产炼铁所需的球团矿。竖炉在炼铁工艺中起着举足轻重的作用，其中布料系统是竖炉生产的核心环节，对球团质量起着决定性的作用。原布料系统的电气控制部分采用继电器控制方式，2台驱动设备，使用各类中间继电器89个，时间继电器62个，控制线路错综复杂，故障率极高，严重影响竖炉的生产和球团质量，如何减少设备故障率，提高设备作业率，确保竖炉达产达效，是重大技改课题。
   
    2、竖炉控制系统的研制

    2.1 设备技改路线分析

    （1）在国内很多小型竖炉中，仍然普遍采用继电器式控制方式。该控制方式的优点：传统方式容易实现，技术含量低，岗位工人容易接受。其缺点有以下几个方面：所用电器元件较多，成本较高；故障点较多，线路复杂，维护困难，故障处理时间长；可靠性差，难以适应恶劣的环境；电能损失大。

    （2）采用小型PC一体式结构系统。小型系统优点是：体积小，结构紧凑，价格较低。其缺点是：硬件固定，灵活性较差，整机备件，相对地提高了成本。

    （3）采用大型PLC系统。整个竖炉采用一套大型的PLC系统，布料系统是其中一部分或一个远程站。

    该系统优点是：控制灵活可靠，功能强大，适用于较大的系统。其缺点是：价格昂贵，对于小系统显然是不经济的。

    2.2 技改方案的确定

    通过对竖炉控制系统故障原因分析，造成竖炉设备电气故障的原因主要有以下几个方面：由于采用继电器控制方式，各类继电器达150多个，故障点较多；由于环境恶劣及元件本身质量的影响，工作可靠性大大降低；由于控制线路的复杂性，使维修产生一定的困难，造成故障处理时间的延长；由于煤气及粉尘的影响，给维护带来不便。

    在保证生产的基础上，结合我厂实际情况，提出了用PLC控制系统代替继电器控制的方案。这样，不仅可以大大简化控制线路，减少故障点，而且提高了系统稳定性、可靠性和灵活性，具有很高的性能价格比，对于降低成本，减少运转费用都有积极意义。

    2.3 设备选型

    经过市场调研，目前市场上常见结构有两种。一种是一体式结构，另一种是模块式结构。前一种具有结构紧凑、体积小、价格低等优点，但是备件只能整机备件，相对而言成本较高；后一种模块式结构，具有系统构成灵活、扩展功能强等特点，又不需整机备件，但一次投入费用较高。我们着眼于全局考虑，为了方便以后的改造和扩建工作，决定采用模块式。该产品具有较高的性能价格比，且系统构成灵活，技术支持完备，售后服务较好。
   
    3、项目研制

    3.1 硬件部分

    （1）系统的硬件设备：电源模块1块；CPU模块1块；数字量输入模块4块；数字量输出模块4块。各模块之间由地址总线连接，由现场送来的操作及设备状态信号，通过4个输入模块进入CPU，由CPU进行逻辑运算后，把结果送至输出模块，直接控制各驱动设备的接触线圈，完成整个系统的控制。

    （2）系统点数：9点接收操作台起停信号；14点接收设备运行状态信号；9点接收事故信号。输出32点：11点用于设备状态及故障显示；18点用于启动设备指令；3点用于故障报警及显示。

    本系统结构简单，线路清晰，体积小，可完成两个继电器柜所能完成的一切控制功能。可实现自动、手动两种方式对12台驱动设备的连锁控制，同时增加了系统安全停机、故障报警、灯光显示等功能。

    3.2 软件部分

    主要功能：实现两种工艺要求，正常生产和调剂炉况两条不同的流程。其最大特点是：

    （1）确保按工艺流程启动，防止误动作。

    （2）提高故障判断、显示及处理能力。

    （3）实现了系统重大故障时全线安全停机功能。

    （4）节约能源。

    （5）增加了皮带检测功能，包括断带、撕裂、跑偏、安全启动等功能。

    （6）为了防止误操作，设计了按钮的确认功能。

    原来的布料系统中，在某一设备发生故障时，只有该设备和前序设备同时停机，后序设备仍然运行，而且，系统故障发生时，线路控制自锁，当解除故障后，该设备又自动启动。由于该套设备是流水线作业，当系统中某一环节发生重大故障时，后序设备没有必要也不应该运行；一方面，可能造成原料的堆积和散落，使事故扩大化，另一方面也是能源的浪费，还有故障解除后，设备又自动启动，不仅容易造成安全事故而且可能引发新的设备事故。为此，我们在设计中考虑两方面的问题，一是增加对故障点的报警和显示，给维护和操作人员提供方便，尽可能减少故障处理时间，另一方面，一旦某一设备出现重故障时，后序设备立即按流程自动停车，不仅有效地防止事故扩大而且节约了能源。

    3.3 初期投入发现的问题

    （1）系统改为PLC自动控制以后，操作人员和维护人员一时难以适应，出现故障后手忙脚乱，无从下手。针对这个问题，我们多次加强岗位人员和维修人员的培训，提高他们处理问题的能力。

    （2）由于竖炉风机负荷较大，它的启动、停车对电网影响较大、PLC系统因电网干扰有时误动作，为此，我们在PLC供电部分增加了隔离变压器滤掉电网尖峰干扰。

    通过对上述方案的补充、完善、保证了PLC控制系统的可靠性。

    3.4 实施效果

    该控制系统自2004年11月投入生产后，效果显著，通过生产实践，该系统优点主要体现在以下几方面：

    （1）系统设计合理，较好地满足了8立方米竖炉生产的工艺要求。

    （2）该控制方案功能齐全，系统灵活可靠，在国内同类竖炉中达到了国内领先水平。

    （3）本系统与具有相同功能的继电器控制系统相比，结构大大简化，线路清晰直观，便于维护，缩短了故障处理时间，减少了工人的劳动强度，深受工人好评。

    （4）该系统对恶劣的环境适应性很强，抗干扰性能好，运行稳定可靠，降低了故障率，提高了设备作业率，从而提高了竖炉产生能量。
   
    4、结束语

    用PLC控制系统代替继电器控制系统，使竖炉电气故障明显减少，处理故障时间也大大缩短，从而有效地提高了竖炉布料系统设备作业率，使竖炉很快达产达效。