PLC控制系統在豎爐生產中的應用

西鋼煉鐵廠10m3豎爐于1994年建造并投產，生產煉鐵所需的球團礦。豎爐在煉鐵工藝中起著舉足輕重的作用，其中布料系統是豎爐生產的核心環節，對球團質量起著決定性的作用。原布料系統的電氣控制部分采用繼電器控制方式，2臺驅動設備，使用各類中間繼電器89個，時間繼電器62個，控制線路錯綜復雜，故障率極高，嚴重影響豎爐的生產和球團質量，如何減少設備故障率，提高設備作業率，確保豎爐達產達效，是重大技改課題。

2、豎爐控制系統的研制

2.1 設備技改路線分析

（1）在國內很多小型豎爐中，仍然普遍采用繼電器式控制方式。該控制方式的優點：傳統方式容易實現，技術含量低，崗位工人容易接受。其缺點有以下幾個方面：所用電器元件較多，成本較高；故障點較多，線路復雜，維護困難，故障處理時間長；可靠性差，難以適應惡劣的環境；電能損失大。

（2）采用小型PC一體式結構系統。小型系統優點是：體積小，結構緊湊，價格較低。其缺點是：硬件固定，靈活性較差，整機備件，相對地提高了成本。

（3）采用大型PLC系統。整個豎爐采用一套大型的PLC系統，布料系統是其中一部分或一個遠程站。

該系統優點是：控制靈活可靠，功能強大，適用于較大的系統。其缺點是：價格昂貴，對于小系統顯然是不經濟的。

2.2 技改方案的確定

通過對豎爐控制系統故障原因分析，造成豎爐設備電氣故障的原因主要有以下幾個方面：由于采用繼電器控制方式，各類繼電器達150多個，故障點較多；由于環境惡劣及元件本身質量的影響，工作可靠性大大降低；由于控制線路的復雜性，使維修產生一定的困難，造成故障處理時間的延長；由于煤氣及粉塵的影響，給維護帶來不便。

在保證生產的基礎上，結合我廠實際情況，提出了用PLC控制系統代替繼電器控制的方案。這樣，不僅可以大大簡化控制線路，減少故障點，而且提高了系統穩定性、可靠性和靈活性，具有很高的性能價格比，對于降低成本，減少運轉費用都有積極意義。

2.3 設備選型

經過市場調研，目前市場上常見結構有兩種。一種是一體式結構，另一種是模塊式結構。前一種具有結構緊湊、體積小、價格低等優點，但是備件只能整機備件，相對而言成本較高；后一種模塊式結構，具有系統構成靈活、擴展功能強等特點，又不需整機備件，但一次投入費用較高。我們著眼于全局考慮，為了方便以后的改造和擴建工作，決定采用模塊式。該產品具有較高的性能價格比，且系統構成靈活，技術支持完備，售后服務較好。

3、項目研制

3.1 硬件部分

（1）系統的硬件設備：電源模塊1塊；CPU模塊1塊；數字量輸入模塊4塊；數字量輸出模塊4塊。各模塊之間由地址總線連接，由現場送來的操作及設備狀態信號，通過4個輸入模塊進入CPU，由CPU進行邏輯運算后，把結果送至輸出模塊，直接控制各驅動設備的接觸線圈，完成整個系統的控制。

（2）系統點數：9點接收操作臺起停信號；14點接收設備運行狀態信號；9點接收事故信號。輸出32點：11點用于設備狀態及故障顯示；18點用于啟動設備指令；3點用于故障報警及顯示。

本系統結構簡單，線路清晰，體積小，可完成兩個繼電器柜所能完成的一切控制功能。可實現自動、手動兩種方式對12臺驅動設備的連鎖控制，同時增加了系統安全停機、故障報警、燈光顯示等功能。

3.2 軟件部分

主要功能：實現兩種工藝要求，正常生產和調劑爐況兩條不同的流程。其最大特點是：

（1）確保按工藝流程啟動，防止誤動作。

（2）提高故障判斷、顯示及處理能力。

（3）實現了系統重大故障時全線安全停機功能。

（4）節約能源。

（5）增加了皮帶檢測功能，包括斷帶、撕裂、跑偏、安全啟動等功能。

（6）為了防止誤操作，設計了按鈕的確認功能。

原來的布料系統中，在某一設備發生故障時，只有該設備和前序設備同時停機，后序設備仍然運行，而且，系統故障發生時，線路控制自鎖，當解除故障后，該設備又自動啟動。由于該套設備是流水線作業，當系統中某一環節發生重大故障時，后序設備沒有必要也不應該運行；一方面，可能造成原料的堆積和散落，使事故擴大化，另一方面也是能源的浪費，還有故障解除后，設備又自動啟動，不僅容易造成安全事故而且可能引發新的設備事故。為此，我們在設計中考慮兩方面的問題，一是增加對故障點的報警和顯示，給維護和操作人員提供方便，盡可能減少故障處理時間，另一方面，一旦某一設備出現重故障時，后序設備立即按流程自動停車，不僅有效地防止事故擴大而且節約了能源。

3.3 初期投入發現的問題

（1）系統改為PLC自動控制以后，操作人員和維護人員一時難以適應，出現故障后手忙腳亂，無從下手。針對這個問題，我們多次加強崗位人員和維修人員的培訓，提高他們處理問題的能力。

（2）由于豎爐風機負荷較大，它的啟動、停車對電網影響較大、PLC系統因電網干擾有時誤動作，為此，我們在PLC供電部分增加了隔離變壓器濾掉電網尖峰干擾。

通過對上述方案的補充、完善、保證了PLC控制系統的可靠性。

3.4 實施效果

該控制系統自2004年11月投入生產后，效果顯著，通過生產實踐，該系統優點主要體現在以下幾方面：

（1）系統設計合理，較好地滿足了8立方米豎爐生產的工藝要求。

（2）該控制方案功能齊全，系統靈活可靠，在國內同類豎爐中達到了國內領先水平。

（3）本系統與具有相同功能的繼電器控制系統相比，結構大大簡化，線路清晰直觀，便于維護，縮短了故障處理時間，減少了工人的勞動強度，深受工人好評。

（4）該系統對惡劣的環境適應性很強，抗干擾性能好，運行穩定可靠，降低了故障率，提高了設備作業率，從而提高了豎爐產生能量。

4、結束語

用PLC控制系統代替繼電器控制系統，使豎爐電氣故障明顯減少，處理故障時間也大大縮短，從而有效地提高了豎爐布料系統設備作業率，使豎爐很快達產達效