摘要：介紹了信鋼燒結(jié)自動(dòng)配料在基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制下進(jìn)行的擴(kuò)容改造，充分利用了現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放性。改造后的控制系統(tǒng)更規(guī)范、合理，自動(dòng)化程度大幅度提升，極大提高了燒結(jié)礦質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：PROFIBUS—DP 現(xiàn)場(chǎng)總線 變頻器 配比

前言

燒結(jié)配料是燒結(jié)生產(chǎn)的核心，也是整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)工序的重要環(huán)節(jié)，對(duì)各種物料進(jìn)行合理的配比，是提高燒結(jié)礦品位的關(guān)鍵。信鋼燒結(jié)機(jī)原配料車間采用基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)配料。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放式、數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的快速通信。

由于技改項(xiàng)目的原因，新建一臺(tái)90fl2燒結(jié)機(jī)也要使用此配料車間，這樣，負(fù)荷加大，從室外原料倉(cāng)、拖料皮帶秤到室內(nèi)的變頻器、控制系統(tǒng)均不能滿足要求，于是在基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容改造、升級(jí)，建立高性能的自動(dòng)配料系統(tǒng)。

1 組成原理

配料車間現(xiàn)有9條拖料電子皮帶秤(1撐一9撐)，1撐、3撐、7撐、8撐、9撐的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)額定功率為2．2kW，額定電流為5．0A，2撐、4撐、5撐、6撐的電動(dòng)機(jī)額定功率為3．0kW，額定電流為6．8A，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)稱量皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，料層均勻，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，料流量越大，所占配比越高，反之，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度越慢，料流量越小，所占配比越低。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)由一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，而變頻器的頻率通過(guò)PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線由PLC來(lái)控制，PLC根據(jù)自動(dòng)采集的每種物料的荷重、瞬時(shí)流量，計(jì)算每種物料的實(shí)際流量，與設(shè)定值相比較，完成閉環(huán)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)原理如圖1所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)電子皮帶秤只保留稱重一次儀表，取消二次儀表，由PLC進(jìn)行換算；取消測(cè)速傳感器，由變頻調(diào)速頻率換算。稱重電阻橋信號(hào)經(jīng)隔離、放大、線性化處理后輸入PLC模板。本次擴(kuò)容改造增加了2撐、3撐、9撐成套電子皮帶秤及變頻器。其中9撐為雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，雙向計(jì)量，雙向變頻調(diào)速，雙向控制。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

本套控制系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，由設(shè)備控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成。選用性價(jià)比高的SIEMENS PLC作為主控制站，通過(guò)PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線與分布的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連成系統(tǒng)，過(guò)程監(jiān)控操作站采用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

設(shè)備控制級(jí)包括主控制站、1撐一9撐電子皮帶秤變頻器、嘲站。其中嘲站、2撐、3撐、9撐變頻器為這次改造所增加。根據(jù)工藝需要，主控制站數(shù)字量輸入模板選用16路AC220V，32路DC24V兩種類型，數(shù)字量輸出模板選用32路DC24V；低壓電器設(shè)備選用性能可靠的OMRON繼電器；7臺(tái)變頻器采用SIEMENS公司的MMV 440，配置PROFIBUS— DP接口板選件。包括主控制站在內(nèi)的所有PLC及變頻器直接與現(xiàn)場(chǎng)的各類裝置(如傳感器、電動(dòng)機(jī)、電氣裝置等)相連，實(shí)現(xiàn)9條拖料皮帶稱的模擬信號(hào)檢測(cè)及電動(dòng)機(jī)的變頻控制，E'IP．00站實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)容后的兩條勻煤和外滾煤滾筒的電氣控制、2撐、3撐、9撐皮帶秤實(shí)物流量控制，特別是9撐皮帶秤的雙向計(jì)量與雙向變頻控制，另外，還實(shí)現(xiàn)了多條共用皮帶和高壓電機(jī)的啟停、聯(lián)鎖等信號(hào)的采集和控制。

過(guò)程控制級(jí)(即過(guò)程監(jiān)控操作站)因以前的設(shè)備速度慢，不能滿足控制后的快速通訊要求，故這次改造進(jìn)行了整套設(shè)備升級(jí)，由一臺(tái)P4研華工控機(jī)組成，研華工控制機(jī)通過(guò)C_$5611通訊卡與CPU315的MPI接口進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的通訊。考慮可靠性與人機(jī)界面的友好性，工控機(jī)采用Windows 2OOO軟件平臺(tái)，上位機(jī)采用Fameview組態(tài)軟件，負(fù)責(zé)監(jiān)控和人機(jī)對(duì)話，具有工藝流程監(jiān)控、報(bào)警記錄、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)、報(bào)表打印等功能，操作人員通過(guò)監(jiān)控操作輸入配料配方、修改配方、查閱工藝參數(shù)、監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。編程應(yīng)用軟件采用STEP V5．2，完成硬件組態(tài)及下位機(jī)軟件編程，實(shí)現(xiàn)所有的過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)調(diào)節(jié)、事故處理及報(bào)警等工作。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

由于原設(shè)計(jì)軟件不夠規(guī)范，有時(shí)外圍設(shè)備更換時(shí)，型號(hào)參數(shù)不便輸入，并且這次擴(kuò)容改造時(shí)軟件改動(dòng)量比較大，所以將下位機(jī)監(jiān)控軟件全套重新進(jìn)行開(kāi)發(fā)，內(nèi)部參數(shù)、變量統(tǒng)一，接口清晰，設(shè)計(jì)的軟件規(guī)范、開(kāi)放，易于整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)充及功能升級(jí)。

本套軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是拖料皮帶稱的控制，即根據(jù)秤重傳感器的瞬時(shí)重量、測(cè)量段、皮帶轉(zhuǎn)速(與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系)、重力系數(shù)等參數(shù)計(jì)算出瞬時(shí)流量P、r，與監(jiān)控站設(shè)定流量SP相比較，利用SIEMENS編程軟件STEF7自帶的PID算法模塊(FB41)運(yùn)算，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(即變頻器輸出頻率值，范圍0 50Hz)，實(shí)時(shí)跟蹤，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。每臺(tái)皮帶秤開(kāi)始啟動(dòng)并進(jìn)入調(diào)節(jié)時(shí)，變頻器瞬時(shí)值均從最大值50Hz開(kāi)始變化，直至滿足流量設(shè)定。在運(yùn)行的過(guò)程中，有時(shí)要改變?cè)O(shè)定流量SP值、某條皮帶秤的零點(diǎn)、系數(shù)，那么需要重新計(jì)算、調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)軟件流程如圖3所示。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

基于PROFIBUs_-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊網(wǎng)絡(luò)的燒結(jié)配料系統(tǒng)擴(kuò)容改造后，控制系統(tǒng)功能完備，實(shí)現(xiàn)了若干條皮帶、皮帶秤電機(jī)、滾筒的起、停、聯(lián)鎖保護(hù)、稱量及調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制。系統(tǒng)主要有以下功能：

1)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式。手動(dòng)時(shí)，每條皮帶、皮帶秤由操作員根據(jù)工藝要求來(lái)啟、停、加速、減速，也可電氣聯(lián)鎖。自動(dòng)時(shí)系統(tǒng)上位機(jī)根據(jù)總流量、每種物料配比發(fā)送給定值，自動(dòng)啟動(dòng)、加速、減速皮帶秤電機(jī)，所有皮帶、滾筒開(kāi)、停均由邏輯聯(lián)鎖控制實(shí)現(xiàn)。

2)當(dāng)配比改變時(shí)，內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器運(yùn)行，變頻器頻率乎穩(wěn)改變，調(diào)速平滑。

3)取消皮帶秤儀表和測(cè)速傳感器，測(cè)重傳感器的mV信號(hào)經(jīng)處理后直接進(jìn)入PLC，具有信號(hào)校零、自動(dòng)校皮、自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的功能。

4)PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線具有高速通訊能力，能快速將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集并傳送，做到信號(hào)的不遲滯、不失真，并具有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。

5)為防止翻料，集料主皮帶停機(jī)的同時(shí)，立即停止所有皮帶秤電機(jī)；集料主皮帶正常開(kāi)機(jī)時(shí)，按照配料制度，自動(dòng)依次延時(shí)開(kāi)啟上次運(yùn)行(選中)的所有料倉(cāng)。

6)具有消耗料累計(jì)，設(shè)備動(dòng)作全部動(dòng)畫(huà)顯示逼真，所有設(shè)備之間都有可靠聯(lián)鎖，安全性高，操作簡(jiǎn)單方便。

本套控制系統(tǒng)具有開(kāi)放性、規(guī)范性、互連性、互操作性及豐富的硬件和軟件資源，使監(jiān)控操作站既可作監(jiān)控站用，顯示監(jiān)視畫(huà)面，又可作工程師站，隨時(shí)調(diào)出梯形邏輯圖，調(diào)試程序、查找故障，方便而快捷。