柳钢钢渣生产线的PLC控制应用

摘 要：柳钢钢渣处理厂120万吨冶炼废渣综合利用生产线传统电气控制改造为西门子PLC系统控制，编制控制程序，实现自动化控制，降低职工劳动强度，提高生产效率及产能。

关键词：钢渣处理生产线 PLC系统控制 改造 提效

中图分类号：TF524 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0104-03

广西柳钢金鹏环保公司钢渣处理厂120万吨冶炼废渣综合利用生产线负责处理柳钢转炉炼钢厂产生的所有钢渣，采用二破三磁选三筛分工艺流程，共有22条皮带输送机、4台振动给料机、4台激振筛和2台液压颚式破碎机组成，每天要处理柳钢产生的5000吨钢渣。原设计采用的电气控制系统为继电器逻辑控制方式，控制触点多，生产控制停留在每台设备机旁手动启停阶段；因生产区域广设备多，每次开停机均耗时较多；而当生产堵料时，电控系统不能连锁停机，造成现场大量积料，清料恢复生产更是费时。随着生产任务不断加重，实现生产线自动化控制，降低一线职工劳动强度，提高生产效率，成为必然的选择，经分析，决定采用西门子S7-300系统对120万吨钢渣生产线电控系统进行技术改造，实现钢渣生产线自动化控制及监控。

1 生产工艺控制要求

柳钢钢渣处理工艺采用二破三磁选三筛分工艺流程，钢渣通过皮带输送机运送，再经破碎、磁选、筛分的生产过程，因钢渣原料含铁量高、大小、形状不规则，经常出现堵料影响生产的情况，因此对钢渣生产线采用PLC系统控制改造作如下要求。

（1）手动/远程控制：手动控制为PLC自动控制出现故障和检修时使用；远程控制则为PLC控制。（2）PLC控制又分自动控制和手动控制。自动控制为设备全自动顺流程启动和逆流程停止；手动控制为机旁控制，对设备实现单机启停。（3）设备控制实现连锁控制。（4）建立故障报警系统，出现故障停机时，显示故障点，便于查找故障原因及解决故障，并自动记录故障时间。（5）建立生产设备运行、故障自动统计系统，生成系统报表。

2 PLC电控系统设计改造

2.1 PLC控制回路改造

（1）PLC选型。

根据前述控制要求，在充分考虑系统可靠性、稳定性、通用性基础上，确定本电控系统采用集中式控制结构，分为3级：过程监控站、PLC控制器和现场电气驱动和信号检测。PLC控制器选用西门子SIMATIC S7-300型，该型PLC技术成熟可靠，应用广泛，具有功能强、速度快、模块化等特点，具体配置为：CPU314，带有MPI接口，配64k EPROM存储卡做程序掉电保护；16通道DI模块SM321，5个；16通道DO模块SM322，3个；考虑系统的总点数和今后扩展需要，配置了1个扩展机架，主机架和扩展机架之间通过通信模块IM360和IM361通信。监控站采用戴尔电脑主机加显示器一套，运行西门子WINCC6.2过程监控组态软件。S7-300系统和监控站计算机的通信采用MPI接口，在上位机中安装CP5613通讯卡，通过MPI电缆进行连接。

（2）输入输出点分配。

根据生产特点，钢渣输送皮带较少出现跑偏和打滑现象，要增加这些信号反馈，需增加配电室至现场的控制线和打滑检测设备，这样耗时且易影响生产，所以跑偏和急停信号不引回PLC输入信号；液压鄂式破碎机现场控制箱使用国产信捷PLC系统，控制主电机启停和液压控制回路；激振筛为启停回路；因此每台设备PLC输入信号只需要一个备妥信号和一个主接触器反馈信号（如图1）。

输出点则只需每台设备各一个输出点（如图2）。

2.2 原电控主回路改造

原设计电控系统为继电器逻辑控制方式，控制触点多，生产控制为简单现场启停控制，现场控制箱有启动、停止和急停按钮，启动和停止指示灯，电机过载保护为老式双金属片热偶保护（如图3）。

对原电控主回路进行改造，现场控制箱需增加一个双向拔档开关实现机旁/远程控制，配电室控制回路增加一个备妥接触器，接收包括拉绳、跑偏、过流和急停信号；主接触器增加一对触点，反馈接通信号给PLC显示状态；热继电器改为带电子显示的电子过流保护器，改变热继电器反应慢、调节不精准的情况，电控主回路改造后如图4。

2.3 PLC系统功能程序设计

（1）改造后PLC系统控制设计有以下特点：逆工艺流程起动，即先启动生产线终端22#输送机，最后启动生产线起始端1#给料机；顺流程停机，先停起始端1#给料机，最后停终端22#输送机，并根据输送机速度、长度加以延时间隔，以免发生堆料的现象；启动时间以设备运转进入全速为准，停止时间以渣料走完输送机为设定依据。为保护设备、提升生产效率及人员安全，还需设计较为复杂的联锁控制：①当输送机、激振筛、液压颚式破碎机中任一设备发生非正常停机或严重故障时，立即停止上游设备运行，下游设备保持原工作状态不变；②根据出现故障设备，进行紧急停机、顺序停机，并在监控画面显示报警；③在监控站画面上、PLC柜及操作台都设有“紧急停止”按钮，当出现重大险情和故障时，操作“紧急停止”按钮能立即停止全线设备。

（2）控制方式：①PLC控制方式，正常生产时使用。操作员在监控站画面实现设备联动或单动；②就地控制，保留原来的现场手动控制，可用机旁电气开关实现设备起/停，满足设备检修、试车、紧急事故处理的需要。

通过对上述系统控制功能和PLC各个输入输出信号的仔细分析，确定出单台设备的控制逻辑，利用西门子STEP7编程软件编写程序，分为手动和自动FC块供OB1块调用，手动只是简单启停回路不再说明，自动控制回路梯形图（LAD）见图5。

以1#、2#、3#皮带为例，这里使用了SR置位指令、SD接通延时指令和SF断开延时指令，SF断开延时指令用皮带延时停止很好用，在输入端为0时线圈保持接通完成延时过程。图5为2#皮带启停控制回路示例，1#皮带为2#皮带上游设备，3#皮带为2#皮带下游设备。M20.0和M20.1互锁控制设备全自动启停，T1为下级皮带启动到本级皮带启动延时间隔，T0为本级皮带启动到上级皮带启动延时间隔，T25为本级皮带停止到下级皮带停止延时间隔，中间加个I0.1上皮带接触器反馈信号，T26为2号皮带停止到3号皮带停止延时间隔，这部分组成了全自动顺停和逆启动作。I0.2备妥信号为皮带本身保护信号，包括跑偏、拉绳和检修控制。I0.5为下级设备信号反馈，主要功能为下级设备未启动时本级设备禁止启动，以及下级设备故障停机时上游设备全部急停。

3 监控站人机界面设计

PLC系统监控软件采用西门子WINCC6.2组态软件，同为西门子产品兼容性好。组态时设定好通信参数，并在监控画面的控件属性中设置正确的PLC位地址或字地址，监控软件就能建立起与PLC内部地址的连接和通信。利用WINCC6.2强大的图形组态技术和丰富的用户函数，设计了以下功能：①钢渣处理工艺流程监控画面设计见图6；通过动态、变色、闪烁、数字、棒图及曲线的方式实时监视各电气设备、工艺参数的工况，操作人员点击画面按钮可以实现全线设备单动起/停、联动起/停、紧急停车等控制功能；②生产线设备数据统计：对设备的起/停时间、班运转时间、起/停次数累计等信息自动记录并显示，对于合理安排生产和设备检修具有重要意义；③自动生成报表：生产线设备运行统计数据实时生成，可按生产班次定时打印，同时在监控画面设计了报表打印按钮，可以在任何需要的时候进行打印；④在线操作指导：采用Windows超级链接文本帮助形式，向维护操作人员提供方便、快捷的查找关于生产工艺操作、设备维护和软件使用等信息；⑤报警功能：在每幅画面上都有报警标志，设备故障、工艺参数异常都会触发相应的报警，每个故障报警都有详细说明和原因解释，并有完善的报警确认、报警屏蔽和报警历史记录（如图7）；⑥权限安全设置：通过设置工程师和操作员2级权限，明确了生产操作和管理职责，防止误操作，有效增强了系统的安全性、可靠性。

4 改造后PLC系统运行效果

120万吨冶炼废渣综合利用生产线改造后PLC系统已成功投入使用，取得了良好的效果：①生产效率显著提高，开停机时间和堵料清料时间显著减少，开机率由原来的78%提高至87%；②设备得到有效保护，设备负荷电流实时显示，电机得到有效保护，一旦超限会及时报警和联锁制动，从而解决了因堵料造成电机超载、烧毁及爆轴的问题；③生产线系统故障率明显下降，维护工作量大大减少，设备故障率由原来6%降低至3%，设备稳定运行得到充分保障；④减少了生产人员编制，仅需要3人就可完成相当于以前6人的工作。

综上所述，柳钢120万吨冶炼废渣综合利用生产线的PLC电控系统改造，系统由性价比高的PLC、工控机和组态软件构成，通过PLC编程，实现了对生产设备的全自动控制、联锁保护、运行状态监测等功能；运用组态软件设计，实现了具有良好的人/机过程接口能力的监控，实现了生产过程信息的集中显示和处理。生产实际运行效果表明，本PLC电控系统功能设计合理，运行可靠，显著提高了柳钢钢渣生产效率。