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本問介紹了某鋼鐵廠事業(yè)的配料控制系統(tǒng)的主要功能，特點(diǎn)，工作原理，控制方式和配置選型。

近年來，我國的鋼鐵冶煉行業(yè)發(fā)展迅速，燒結(jié)礦是煉鐵的主原料，而配料技術(shù)工藝是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，各稱量設(shè)備只有達(dá)到一定精度才能保證礦的質(zhì)量。

傳統(tǒng)燒結(jié)工藝中主要依靠工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在以下幾方面的問題：

D不能適時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)配比，生產(chǎn)效率較低。

D由于缺少計(jì)量設(shè)備，人為影響因素較多，物料不能很好控制，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，生產(chǎn)成本大大提高，不合格率較多，造成大量的廢品。

D由于物料的粉塵污染較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響工人的身體健康。近幾年來，鋼鐵廠工業(yè)過程自動(dòng)化程度越來越高及人們對環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，變頻技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)外得以廣泛應(yīng)用。

二、配料控制系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)
1、控制系統(tǒng)主要功能

A監(jiān)控功能：對皮帶稱配料過程的瞬時(shí)流量、日累計(jì)、月累計(jì)、年累計(jì)等參數(shù)進(jìn)行檢測和監(jiān)視；

A畫面顯示：通過計(jì)算機(jī)顯示器可顯示配料過程中有關(guān)控制參數(shù)的運(yùn)行狀況，以及顯示實(shí)時(shí)配料曲線和表格；

A打印管理：可隨時(shí)打印配料報(bào)表，以便保存和查詢；

A通訊功能：工控機(jī)與PLC和配料稱重儀表之間進(jìn)行可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)及信息交換；

A數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)可自動(dòng)對采集的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，并輸出到相應(yīng)的控制量；

A控制功能：根據(jù)操作前相應(yīng)的設(shè)定值，自動(dòng)控制設(shè)備的正常運(yùn)行，包括PID調(diào)節(jié)；

A報(bào)警功能：上位機(jī)以畫面方式和聲光信號(hào)方式對各種參數(shù)超限或設(shè)備狀態(tài)異常進(jìn)行報(bào)警。

2、鋼鐵廠配料控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

A在配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用中小型集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“分散控制，集中管理”，克服了“危險(xiǎn)集中”的問題；

A上位機(jī)和下位機(jī)相對獨(dú)立。具有手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)切換功能，聯(lián)機(jī)時(shí)，彼此間按特定的協(xié)議互通信息，脫機(jī)時(shí)，單臺(tái)秤可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)工藝閉環(huán)過程控制；

A上位機(jī)遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善了操作員的工作環(huán)境；

A下位機(jī)選用可編程控制器，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，編程簡單易于掌握，能在惡劣的環(huán)境中長期可靠的運(yùn)行；

A采用PID調(diào)節(jié)，提高配料系統(tǒng)的配料精度，并能根據(jù)生產(chǎn)要求，設(shè)置最佳的工作開關(guān)時(shí)序，較好的解決料頭料尾問題，自動(dòng)修改系統(tǒng)的物料配比；

三、配料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理
1、控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成拓?fù)鋱D及系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)由一套PLC系統(tǒng)和一套上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。PLC系統(tǒng)由一個(gè)S7-300主站和13個(gè)稱重配料儀表作為從站及專用通訊電纜組成，主站與從站通過PROFIBUS-DP通訊，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用 Windows2000Professional ServerSP2操作系統(tǒng)，安裝西門子STEP7編程軟件及WINCCV6.0組態(tài)軟件。

B上位機(jī)：對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，畫面顯示和報(bào)表打印;

B PLC：實(shí)現(xiàn)配料的自動(dòng)控制;

B配料儀表：用于配料的PID調(diào)節(jié)及瞬時(shí)流量和累計(jì)流量等參數(shù)的顯示;

B控制柜：用于系統(tǒng)的邏輯控制和供配電;

B現(xiàn)場手操箱：用于現(xiàn)場單臺(tái)設(shè)備的啟停控制。

2、系統(tǒng)的運(yùn)行方式：每一臺(tái)配料稱設(shè)手動(dòng)，半自動(dòng)，自動(dòng)三種控制方式

B手動(dòng)時(shí)，將現(xiàn)場控制箱和儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)都打到手動(dòng)位置，由現(xiàn)場控制箱上的啟停按鈕、電位器、頻率表等實(shí)現(xiàn)控制，由稱量儀表顯示物料瞬時(shí)量及累積量。主要用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障PLC控制系統(tǒng)發(fā)生故障或其它原因，需要進(jìn)行手動(dòng)檢修試車工作情況下的應(yīng)急操作。

B半自動(dòng)時(shí)，將現(xiàn)場控制箱和儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)都打到自動(dòng)位置，由現(xiàn)場控制箱上的啟停按鈕、頻率表、稱重顯示儀表等實(shí)現(xiàn)控制，可以通過稱重儀表設(shè)定的配方自動(dòng)調(diào)整配料量，顯示物料瞬時(shí)量及累積量。主要用于不需要上位控制時(shí)。

B全自動(dòng)時(shí)，將儀表箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到聯(lián)動(dòng)位置，由上位機(jī)控制皮帶的啟停，動(dòng)態(tài)顯示各物料量、皮帶運(yùn)行狀態(tài)、各種報(bào)警指示，各配料量由上位機(jī)根據(jù)工藝要求統(tǒng)一設(shè)定，可進(jìn)行采集和處理各配料控制回路來的稱量信號(hào)與開關(guān)量狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的皮帶秤給料、稱量檢測、料量調(diào)節(jié)，選擇和切換料倉等配料過程的自動(dòng)控制。此時(shí)現(xiàn)場手動(dòng)控制系統(tǒng)不起作用，完全通過中控室進(jìn)行操作。

3、自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止

四種方式：順序啟動(dòng)、順序停止、緊急停止、同時(shí)啟動(dòng)

B順序啟動(dòng):用于系統(tǒng)的初次啟動(dòng)或者順序停止后的系統(tǒng)再啟動(dòng)，順序啟動(dòng)功能可以控制參加配料的給料設(shè)備按照皮帶的運(yùn)行方向按一定的時(shí)間間隔依次啟動(dòng)，保證料頭能夠?qū)R。

B順序停止：用于希望長時(shí)間停車的場合，這樣可以保證輸送皮帶上的物料都運(yùn)送干凈，使皮帶處于物料狀態(tài)，并且可以保證料尾對齊。

B緊急停止：用于發(fā)生緊急情況所有參與配料的設(shè)備立即停止運(yùn)行的場合。

B同時(shí)啟動(dòng)：用于急停后的再啟動(dòng)，能夠使系統(tǒng)在上一次的“斷點(diǎn)”處接著往下運(yùn)行，就像沒有發(fā)生過任何事情一樣。

注意：不能隨便，無順序的點(diǎn)擊這四個(gè)按鈕，必須按操作要求來操作。

4、物料量的控制

B當(dāng)某種物料量所需配比確定后，將其作為設(shè)定值輸入上位機(jī)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸給稱重儀表。物料落到稱重皮帶上，其重量由稱重傳感器檢測，取得物料流量（測量值）的反饋電壓信號(hào)（0～30mV）到稱量控制儀表并運(yùn)算成為PV當(dāng)前值，經(jīng)PID運(yùn)算再輸出4～20mA控制信號(hào)至變頻器，以此改變其U／F輸出值，從而改變皮帶速度來控制物料量的大小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料。

B物料配比的控制：本系統(tǒng)給料任務(wù)來自上位機(jī)的配比輸入與計(jì)算進(jìn)行控制，即將各種原料的工藝參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)直接對各料種進(jìn)行設(shè)定和配比協(xié)調(diào)。

B自動(dòng)倒倉控制:同一種物料分別裝于幾個(gè)料倉中(如精礦粉),在生產(chǎn)中只用到其中的部分料倉給料,要求在某一正在給料的料倉發(fā)生故障(無料、堵料、機(jī)械故障等)時(shí),控制系統(tǒng)根據(jù)程序設(shè)定,自動(dòng)啟動(dòng)一滿足條件且沒有參與配料的料倉給料系統(tǒng)。

B燃料流量值的自動(dòng)調(diào)整：設(shè)備順停時(shí)，由于精礦粉的總量隨著料倉的逐個(gè)減少，這時(shí)，程序自動(dòng)逐漸減少燃料的下料量，以保證原配比不變。

四、系統(tǒng)設(shè)備選型
1、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)選型

上位工控機(jī)：研華IPC610 P4 17彩顯，

C CPU：P42.8G

C內(nèi)存：256M

C硬盤：80G

CCD-ROM:SONY DVD

PLC系統(tǒng):CPU選用西門子CPU315-2DP。具有以下功能：

C具有較大容量的工作存貯器，可用于大量的I/O配置。兩個(gè)通訊口，可用于MPI多點(diǎn)通訊及Profibus-DP分布式通訊。

C具有最高187.5千位/S數(shù)據(jù)傳輸能力，字操作時(shí)間<1uS,工作存貯器128K字節(jié)。

C編程軟件采用STEP7.V5.3,具有豐富的編程指令和結(jié)構(gòu)模塊，以及強(qiáng)大的組網(wǎng)能力。

C具有擴(kuò)展通訊功能，最多可帶32個(gè)擴(kuò)展模塊，每個(gè)擴(kuò)展單元8個(gè)稱重模塊，也就是說除主機(jī)架外，可擴(kuò)展3個(gè)機(jī)架。

軟件設(shè)置： 操作系統(tǒng)選Windows2000Professional SP2,上位機(jī)運(yùn)行西門子WINCCV6.0組態(tài)軟件,PLC編程軟件選用西門子STEP 7 V5.3。

組態(tài)軟件功能:

實(shí)現(xiàn)對全系統(tǒng)的控制管理以及進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行界面的圖形組態(tài)。運(yùn)行期間上位機(jī)完成系統(tǒng)人-機(jī)對話、監(jiān)控界面顯示、報(bào)警處理和顯示、生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理和報(bào)表輸出。

2、配料秤選型

配料秤集機(jī)械、電氣、儀表一體，是對散裝物料進(jìn)行連續(xù)的輸送、計(jì)量的理想設(shè)備。并可根據(jù)現(xiàn)場要求，實(shí)現(xiàn)用動(dòng)、自動(dòng)、聯(lián)動(dòng)控制方式。是燒結(jié)、焦化、原料、水泥配料等生產(chǎn)工藝中的必選設(shè)備。根據(jù)工藝要求，選用江蘇天秤LB-PP-P系列皮帶秤。

組成

由秤重橋架、速度傳感器和積算器組成。

配料秤原理

裝有載荷傳感器的稱重橋架、安裝于輸送機(jī)的縱梁上，稱重橋架支承的稱重托輥，檢測皮帶上的物料重量，產(chǎn)生一個(gè)正比于皮帶載荷電氣輸出信號(hào)。速度傳感器直接連在從動(dòng)滾筒上或者大直徑的托輥上，提供一系列脈沖，每個(gè)脈沖表示一個(gè)皮帶運(yùn)動(dòng)單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度，積算器從載荷傳感器和速度傳感器接收輸出信號(hào)，用電子的方法把皮帶運(yùn)動(dòng)和皮帶載荷相乘，并進(jìn)一步處理通過輸送機(jī)的物料總重量，將其轉(zhuǎn)換成選定的工程單位，通過對時(shí)間的計(jì)算，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)流量值。累計(jì)總量與瞬時(shí)流量分別在顯示器上顯示出來。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

C 秤重橋架采用16#槽鋼整體焊接成型，抗變形；

C 采用環(huán)形裙邊皮帶，有效防止撒料；

C 機(jī)架尾輪采用包膠托輥；

C 采用美國先進(jìn)的技術(shù)-橡膠軸支承，可靠，免維護(hù)；

C 具有完善的內(nèi)外清掃器，保證皮帶清潔；

C 加電流輸出接口，可輸出與流量成正比的4-20 mA電流；

C 通訊接口可選：標(biāo)準(zhǔn)RS485、Modbus、Profibus接口。

技術(shù)指標(biāo)

C稱量范圍：1～6000t/h

C皮帶輸送機(jī)傾角：≤18度

C皮帶速度：0.1～4m/s

C皮帶寬度：300～2000mm

3、現(xiàn)場儀表

鋼鐵廠燒結(jié)配料系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表直接接收秤重傳感器、測速傳感器信號(hào)，然后經(jīng)過處理，把結(jié)果通過Profibus總線、I/O接口與S7-300設(shè)備相連。該稱重儀表可掛壁安裝，也可就地安裝在稱重設(shè)備旁，操作方便、抗干擾能力強(qiáng)。

特點(diǎn)

C壓鑄鋁合金外殼，防塵、防靜電、抗干擾能力強(qiáng)；

C雙行中文、四行英文背光液晶顯示；

C硬件電路軟件化，減少焊點(diǎn)，提高儀表長期穩(wěn)定性；

C五鍵操作，簡單易學(xué)；

C內(nèi)有智能PID調(diào)節(jié)功能；

C提供Modbus、Profibus、CAN等通訊；

C控制方式多樣化，可用于恒速配料方式、調(diào)速配料方式、同步調(diào)整配料方式以及雙速調(diào)速配料方式等多種配料場合；

C模擬量、開關(guān)量輸入輸出；

C10V傳感器供橋電壓+毫伏輸入+電流輸入（重量）+開關(guān)量+控制量+重量輸出+流量輸出。

技術(shù)指標(biāo)

C精度：Ⅲ級(jí)

C線性度：±0.003%

C溫度：-30℃-+55℃

C濕度：﹤90%

C電源:AC220V -15%~+10% 50HZ±2%

4、變頻器

變頻器選用施耐德ATV71系列變頻器

出色的性能

C最高可達(dá)220%的過力矩。

C異步電機(jī)有傳感器或無傳感器的磁通矢量控制。

C在線自動(dòng)調(diào)節(jié)(FVC)。

C速度或力矩控制。

C輸出頻率最高可達(dá)1000 Hz。

C無傳感器電機(jī)控制。

可擴(kuò)展的能力

C基本設(shè)備帶有豐富的功能：應(yīng)用程序功能、輸入/輸出、通信網(wǎng)絡(luò)，

C這些可以通過以下各項(xiàng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)展：

C輸入/輸出擴(kuò)展卡。

C編碼器接口卡。

C通信卡。

C內(nèi)置可編程控制卡(Controller Inside)。

 

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