265 m2烧结机自动化PLC控制系统设计

吕伟

（山东省冶金设计院股份有限公司， 山东 济南 250101）

265 m2烧结机自动化PLC控制系统设计

吕伟

（山东省冶金设计院股份有限公司， 山东 济南 250101）

主要介绍了265 m2烧结机自动化控制系统的结构及其主要控制功能，分析了故障诊断与报警、联锁的设计特点。该系统投运两年多来，运行平稳、质量可靠，取得了较好的成效。

烧结机 自动化 PLC控制系统设计

烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、粉（无烟煤）和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣按一定配比混匀，经烧结后形成具有足够强度和粒度的烧结矿，其可作为炼铁的熟料。利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性、保证高炉运行均有一定的意义。烧结机的生产过程是一个连续不间断的生产过程，其过程复杂，控制对象众多，为了保证烧结成品的质量稳定，降低焦炭消耗量，必须引入先进的自动化控制系统进行生产过程控制。

1 265 m2烧结机自动化控制系统结构

某265 m2烧结机自动化控制系统采用西门子S7-400和S7-300系列PLC组成基础自动化系统，并通过光纤交换机与主控室监控站、工程师站组成TCP/IP工业以太网环形网络，完成数据过程趋势数据的采集记录、生产设备的顺序控制、生产过程的监控操作、生产过程和设备状态的故障报警、生产数据的报表打印等功能。工程师站、操作员站采用西门子WinCC监控软件，Step7编程软件作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机交互。

整个烧结控制系统划分为6套PLC：烧结本体PLC控制系统1套、烧结配料PLC控制系统1套、循环水泵房PLC控制系统1套、机头主抽PLC控制系统1套、成品矿槽PLC控制系统1套、原料厂PLC控制系统1套。各套PLC控制系统通过TCP/IP光纤环形工业以太网联接，保证了控制系统的可靠性、安全性，提高了系统的整体稳定性。

2 主要控制功能

2.1 配料控制

配料的目的是将烧结矿的品味、碱度等指标控制在指定的合理范围之内。

本工程的配料系统由电子皮带秤、给料机等设备组成。各仓下料量及比例系数由配料模型根据配料制度计算后统一设定。经计算后的各仓下料量和下料实际反馈量作为PID料流调节控制算法的输入值，经PID料流调节控制算法计算后并输出至变频器，实现对皮带秤等配料设备下料量的闭环串级控制。PID料流调节控制算法需要结合一定限制值使用。当PID料流调节控制算法的输出量超过限制值时，使用该限制值作为替代输出，以克服大滞后闭环控制引起的系统超调或调节过于频繁的弊病。通过这种控制方式可以实现配料仓的无扰动投入，避免下料量波动引起烧结料配比的变化。自动配料控制系统原理框图见图1。

2.2 烧结机本体设备启、停连锁控制

图1 自动配料控制系统原理框图

系统检查正常后，则根据选择的控制方式和启动命令进行相应的启动操作。启动前要先发启动预告，启动预告15 s后，系统才开始正式顺序启动，启动完毕，预告信号自动停止。在顺序启动方式下，按逆物料方向每隔一段时间，启动一台设备。设备启动顺序见图2。当需要停止设备时，各设备按顺物料方向每隔一段时间停一台设备，停止顺序为开启顺序的反方向。系统中设备（自动状态下）发生故障或由于其他原因导致需要急停时，整个系统可立刻停止。

图2 启动顺序框图

2.3 烧结机燃烧控制

烧结终点位置由烧结混合料向下燃烧的速度和台车向前行进的速度共同决定，而混合料的燃烧速度又与混合料成分组成、料层料厚、风箱压力有直接的关系。各个因素相互制约、相互影响。解决办法之一可以通过检测风箱废气温度来确定实际烧结终点位置（烧透点），调节烧结机速度，使得烧结终点达到或者接近理论设定值。圆辊给料机、烧结机和带冷机均为变频控制，当烧结机速度变化时，圆辊和带冷机速度同步变化调节料厚，系统根据理论设定值和风箱温度计算的实际烧结终点自动调节烧结机速度。还可以由操作员在上位机上手动给定烧结机速度，圆辊给料机速度和带冷机速度同步变化，以防止料层厚度大幅变化或者断料。

2.4 料层厚度调节控制

圆辊给料机运转速度和烧结机前进速度是影响料层厚度的两大因素，通过调节这两个速度之间的比例因子x就可以实现对料层厚度的良好控制。由操作员在画面上设定料层厚度值SP，系统根据该设定值SP和实际检测值PV进行比较调节，比较调节的结果经过PID算法修正后输出到变频器，以达到控制设备通过改变比例因子a来调节圆辊机速度，从而使得料层厚度达到设定值。

2.5 点火温度调节控制

烧结过程中点火温度的自动调节主要依靠调节煤气流量和助燃风流量来实现。系统根据设定值和实际检测值来调节煤气流量和助燃风流量，使得实际点火温度接近并达到设定值。空煤比由操作员在上位机给定和修改，系统会自动计算和调节阀门开度。

2.6 混合料水份控制

烧结机对烧结混合料的水份含量有严格的要求，根据工艺要求的水份含量和各种原料实际含水量，通过理论计算可以得出实际需要添加的水分，计算过程中需要考虑生石灰消化需要耗费的水分。水分添加可以在一混和二混分段添加并控制，分别设定一混、二混的水分添加设定值，将混合料的水份与设定值进行比较，并对设定值加以修正，修正过程应充分考虑皮带运行时间及水分蒸发问题。由于各仓下料后到达混合机的时间各不相同，因此需要对各种物料的实际位置进行计算才能保证添加水份的精确控制。

3 故障诊断与报警、联锁

所有工艺参数视其重要程度分为操作、记录、报警、调节、联锁等，参与经济核算的参数在计算机上进行累积。在操作站上可以显示组态画面、趋势画面、报警画面、流程图画面等。

3.1 信息显示

监控系统完成原始数据的采集、主要显示各个工艺设备当前启、停运行状态，显示主要工艺参数，例如流量、温度、压力、电流等参数以及控制值的实时设定；可对重要参数形成历史曲线及趋势，从而可以了解设备在过去一段时间的运行状况。实现每班、每日、每月在计算机上对参与经济核算的参数进行累积，并在打印机上可以打印生成报表。

3.2 设备报警

系统实现设备正常启动、停机报警、事故报警。PLC对实时采集的数据进行判断，发出声音或颜色变化报警信号，使现场人员及时了解故障信息，提高故障处理响应速度。同时各种非正常事件在计算机上留下报警记录，以便优化管理。

3.3 连锁控制

实现设备的正常顺序连锁启动、停止功能，以及设备事故状态下的顺序自动停车功能。

4 结语

烧结是对连续生产程度要求很高的工序，本烧结机自动控制系统投入运行后，通过精确的逻辑控制功能和模拟调节控制功能确保了生产的安全性和准确性，最大程度地避免了人为操作失误对烧结机连续生产及成品率的影响，为高炉的连续作业提供了保证。

（编辑：王瑾）

Automatic PLC Control System Design for 265 m2Sintering Machine

LV Wei
（Shandong Metallurgical Design Institute Co.,Ltd.,Jinan Shandong 250101）

The structure and main control functions of automatic control system for 265 m2sintering machine are introduced.The design features of fault diagnosis,alarm and interlock are analyzed.The system has been put into operation for more than two years,which is running smoothly with reliable quality and good results.

sintering machine,automation,PLC control system design

TM571

A

1672-1152（2017）03-0097-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.39

2017-04-20

吕伟（1983—），男，本科，毕业于山东建筑大学电气工程自动化专业，现为山东省冶金设计院股份有限公司工程师，从事冶金自动化项目的设计工作等。

生产实践·应用技术