鼓风炉自动上料控制系统 ＊

刘小波,张寿明

(1.昆明冶金高等专科学校电气学院,云南 昆明 650033;2.昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南 昆明 650051)

1 前 言

铅锌密闭鼓风炉熔炼是一种近代火法炼铅锌的先进方法,它合并了铅和锌两种火法冶炼流程,该方法的第一步作业是鼓风烧结,即在高温下使硫化物转化为氧化物,并使细小分散的物料烧结成多孔的团块;第二步是密闭鼓风炉还原熔炼,即把烧结块、焦炭加到密闭鼓风炉内,在高温和强还原气氛中进行还原熔炼;第三步是精炼,熔炼出来的粗铅经过精炼才能广泛地使用,精炼的目的:一是去除杂质;二是回收贵金属,尤其是银[1]。本文研究的是鼓风炉还原熔炼的上料环节,把料仓中的烧结块和焦炭按设定值加入到鼓风炉内,设计自动上料控制系统。

图1 鼓风炉上料系统示意图Fig.1 Schematic diagram for feeding system of blast furnace

如图1所示,定义焦炭为 1#料仓,烧结块为2#料仓,M101为小车运行电机,M102-M106对应于 5个阀门电机,LQ0-LQ5为限位开关。根据鼓风炉内的情况设定每次料仓下料量,小车初始状态为LQ1处,如果需要加料,则小车从料区接料运行到炉区下料,完成后返回初始位。为了满足效率的要求,小车运行需高、中、低 3种速度。小车在炉区卸料的过程为边卸料边运行。各个阀门的开与关是通过电动液压杆上的电机M102-M106来控制。所以,系统总的控制对象为 6台电机。

2 自动上料系统设计方案

设计框图如图2所示,系统设计以 PLC为核心,鉴于稳定性因素选择 A-B公司的 SLC5/4控制器,上位机的组态可以监控整个系统,它与 PLC可以互相传递数据信息;同时 PLC通过继电器组控制接触器组,从而控制三相电机来开、关各阀门。为了使小车运行速度能够实现高、中、低速度选择,小车运行电机通过变频器来控制,变频器则通过外部端口的继电器组进行控制。现场设备的情况则通过限位开关等设备反应到 PLC。

图2 自动上料系统框架图Fig.2 Frame diagram of automatic feeding system

3 系统硬件设计

3.1 电气线路设计

小车 1#卸料阀门电机主线路:

如图3中 QM102为低压断路器,起过载保护的作用。K M102K和 K M102G为接触器的触点,可以对电机进行换向。FR102为热继电器,起过电流保护的作用。

图3 小车 1#缷料阀门电机主线路Fig.3 Motor main line of 1#discharge valve for trolley

小车 1#卸料阀门电机控制线路,如图4所示:

1)继电器 KA102反应电源正常状态,当正常时其常开触点闭合,给 PLC信号。

2)SQ102K和 SQ102G为限位开关,当其开到位或者关到位时,切断接触器 K M102K和K M102G,电机停转。同时,给 PLC信号。

3)当选择手动方式时,通过现场的启、停按钮进行控制。

4)当选择自动方式时,通过 PLC的 I/O输出中间继电器 KA102-K和 KA102-G来进行控制。

5)两个接触器之间还有互锁,各自有自锁。

小车 2#卸料阀门、料仓下料阀门和炉封门的电机控制线路与图4类似。小车运行电机的控制原理与图4类似,只是不是通过接触器控制电机,而是变频器进行速度控制。

图4 小车 1#卸料阀门电机控制线路Fig.4 Motor control circuit of 1#discharge valve for trolley

3.2 I/O分配

根据电气线路设计所用到的中间继电器与现场限位开关等就可以对系统进行 I/O分配,该系统中总共用到 2块数字量输入模块、1块模拟量输入模块、1块数字量输出模块、1块模拟量输出模块。得到的表1 I/O分配表便可对系统进行PLC程序设计。

表1 I/O分配表Tab.1 I/O distribution list

续表1

4 PLC程序设计

图5 PLC程序设计框图Fig.5 PLC program design frame diagram

PLC程序设计软件选择 A-B公司开发的对应于 SLC 5/4控制器的 RSLogix 500软件,PLC程序设计采用模块化设计方案,程序流程图如图5所示。设计以下子程序:小车运行电机子程序、小车1#卸料阀门子程序、小车 2#卸料阀门子程序、1#料仓下料阀门子程序、2#料仓下料阀门子程序、炉封门子程序。各程序之间相互配合构成了鼓风炉自动上料系统的整个过程。

如果上位机选择手动的方式,则通过监控界面中的按钮进行控制。同时,还设计了报表记录、检测限位开关是否出现故障、故障报警等功能。

5 组 态

组态软件采用的是控制器对应的 RSView 32软件,首先对其通信进行组态和建立标签数据库,然后再编辑模式下进行图形界面的设计,系统设计了如下功能,如图6所示:①小车实时位置和方向显示,显示小车所在区域和方向。②设定料量设定值,系统每工作一次前设定其下料量。③累加次数,记录和显示每天的加料次数。④阀门开度控制,设置其阀门的打开程度。⑤速度选择,小车运行速度高、中、低选择。⑥手自动切换,选择手动或者自动运行方式。⑦料量统计报表,记录早、中、晚班次的料量统计数据。⑧故障信息,查询出现故障的具体设备。⑨小车载重显示,显示小车的 载重量。

图6 监控系统画面图Fig.6 Monitoring system picture

6 结 语

本文构建了基于 SLC 500控制器的鼓风炉自动上料控制系统,根据鼓风炉上料的工艺过程与控制要求,对系统进行了总体方案的设计、电气设计、I/O分配、PLC程序设计、组态设计等。本控制系统自动化程度高,操作人员可通过画面进行菜单操作,大大降低了劳动强度。系统调试结果表明,该系统能够满足高效、稳定运行。

[1]唐朝晖.铅锌生产过程密闭鼓风炉故障诊断技术及应用[D].中南大学,博士学位论文,2008,10-12.

[2]钱晓龙,李晓理.循序渐进 SLC 500控制系统与 Panel View训练课 [M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]于 玲.可编程序控制器原理与设计 [M].北京:清华大学出版社,2006.