劉小波,張壽明

(1.昆明冶金高等?？茖W校電氣學院,云南 昆明 650033;2.昆明理工大學信息工程與自動化學院,云南 昆明 650051)

1 前 言

鉛鋅密閉鼓風爐熔煉是一種近代火法煉鉛鋅的先進方法,它合并了鉛和鋅兩種火法冶煉流程,該方法的第一步作業(yè)是鼓風燒結,即在高溫下使硫化物轉化為氧化物,并使細小分散的物料燒結成多孔的團塊;第二步是密閉鼓風爐還原熔煉,即把燒結塊、焦炭加到密閉鼓風爐內,在高溫和強還原氣氛中進行還原熔煉;第三步是精煉,熔煉出來的粗鉛經過精煉才能廣泛地使用,精煉的目的:一是去除雜質;二是回收貴金屬,尤其是銀[1]。本文研究的是鼓風爐還原熔煉的上料環(huán)節(jié),把料倉中的燒結塊和焦炭按設定值加入到鼓風爐內,設計自動上料控制系統(tǒng)。

圖1 鼓風爐上料系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram for feeding system of blast furnace

如圖1所示,定義焦炭為 1#料倉,燒結塊為2#料倉,M101為小車運行電機,M102-M106對應于 5個閥門電機,LQ0-LQ5為限位開關。根據鼓風爐內的情況設定每次料倉下料量,小車初始狀態(tài)為LQ1處,如果需要加料,則小車從料區(qū)接料運行到爐區(qū)下料,完成后返回初始位。為了滿足效率的要求,小車運行需高、中、低 3種速度。小車在爐區(qū)卸料的過程為邊卸料邊運行。各個閥門的開與關是通過電動液壓桿上的電機M102-M106來控制。所以,系統(tǒng)總的控制對象為 6臺電機。

2 自動上料系統(tǒng)設計方案

設計框圖如圖2所示,系統(tǒng)設計以 PLC為核心,鑒于穩(wěn)定性因素選擇 A-B公司的 SLC5/4控制器,上位機的組態(tài)可以監(jiān)控整個系統(tǒng),它與 PLC可以互相傳遞數據信息;同時 PLC通過繼電器組控制接觸器組,從而控制三相電機來開、關各閥門。為了使小車運行速度能夠實現(xiàn)高、中、低速度選擇,小車運行電機通過變頻器來控制,變頻器則通過外部端口的繼電器組進行控制?，F(xiàn)場設備的情況則通過限位開關等設備反應到 PLC。

圖2 自動上料系統(tǒng)框架圖Fig.2 Frame diagram of automatic feeding system

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 電氣線路設計

小車 1#卸料閥門電機主線路:

如圖3中 QM102為低壓斷路器,起過載保護的作用。K M102K和 K M102G為接觸器的觸點,可以對電機進行換向。FR102為熱繼電器,起過電流保護的作用。

圖3 小車 1#缷料閥門電機主線路Fig.3 Motor main line of 1#discharge valve for trolley

小車 1#卸料閥門電機控制線路,如圖4所示:

1)繼電器 KA102反應電源正常狀態(tài),當正常時其常開觸點閉合,給 PLC信號。

2)SQ102K和 SQ102G為限位開關,當其開到位或者關到位時,切斷接觸器 K M102K和K M102G,電機停轉。同時,給 PLC信號。

3)當選擇手動方式時,通過現(xiàn)場的啟、停按鈕進行控制。

4)當選擇自動方式時,通過 PLC的 I/O輸出中間繼電器 KA102-K和 KA102-G來進行控制。

5)兩個接觸器之間還有互鎖,各自有自鎖。

小車 2#卸料閥門、料倉下料閥門和爐封門的電機控制線路與圖4類似。小車運行電機的控制原理與圖4類似,只是不是通過接觸器控制電機,而是變頻器進行速度控制。

圖4 小車 1#卸料閥門電機控制線路Fig.4 Motor control circuit of 1#discharge valve for trolley

3.2 I/O分配

根據電氣線路設計所用到的中間繼電器與現(xiàn)場限位開關等就可以對系統(tǒng)進行 I/O分配,該系統(tǒng)中總共用到 2塊數字量輸入模塊、1塊模擬量輸入模塊、1塊數字量輸出模塊、1塊模擬量輸出模塊。得到的表1 I/O分配表便可對系統(tǒng)進行PLC程序設計。

表1 I/O分配表Tab.1 I/O distribution list

續(xù)表1

4 PLC程序設計

圖5 PLC程序設計框圖Fig.5 PLC program design frame diagram

PLC程序設計軟件選擇 A-B公司開發(fā)的對應于 SLC 5/4控制器的 RSLogix 500軟件,PLC程序設計采用模塊化設計方案,程序流程圖如圖5所示。設計以下子程序:小車運行電機子程序、小車1#卸料閥門子程序、小車 2#卸料閥門子程序、1#料倉下料閥門子程序、2#料倉下料閥門子程序、爐封門子程序。各程序之間相互配合構成了鼓風爐自動上料系統(tǒng)的整個過程。

如果上位機選擇手動的方式,則通過監(jiān)控界面中的按鈕進行控制。同時,還設計了報表記錄、檢測限位開關是否出現(xiàn)故障、故障報警等功能。

5 組 態(tài)

組態(tài)軟件采用的是控制器對應的 RSView 32軟件,首先對其通信進行組態(tài)和建立標簽數據庫,然后再編輯模式下進行圖形界面的設計,系統(tǒng)設計了如下功能,如圖6所示:①小車實時位置和方向顯示,顯示小車所在區(qū)域和方向。②設定料量設定值,系統(tǒng)每工作一次前設定其下料量。③累加次數,記錄和顯示每天的加料次數。④閥門開度控制,設置其閥門的打開程度。⑤速度選擇,小車運行速度高、中、低選擇。⑥手自動切換,選擇手動或者自動運行方式。⑦料量統(tǒng)計報表,記錄早、中、晚班次的料量統(tǒng)計數據。⑧故障信息,查詢出現(xiàn)故障的具體設備。⑨小車載重顯示,顯示小車的 載重量。

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)畫面圖Fig.6 Monitoring system picture

6 結 語

本文構建了基于 SLC 500控制器的鼓風爐自動上料控制系統(tǒng),根據鼓風爐上料的工藝過程與控制要求,對系統(tǒng)進行了總體方案的設計、電氣設計、I/O分配、PLC程序設計、組態(tài)設計等。本控制系統(tǒng)自動化程度高,操作人員可通過畫面進行菜單操作,大大降低了勞動強度。系統(tǒng)調試結果表明,該系統(tǒng)能夠滿足高效、穩(wěn)定運行。

[1]唐朝暉.鉛鋅生產過程密閉鼓風爐故障診斷技術及應用[D].中南大學,博士學位論文,2008,10-12.

[2]錢曉龍,李曉理.循序漸進 SLC 500控制系統(tǒng)與 Panel View訓練課 [M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[3]于 玲.可編程序控制器原理與設計 [M].北京:清華大學出版社,2006.