1、引言：

　　鋼包烘烤器是煉鋼廠的重要設(shè)備，也是消耗能量的主要設(shè)備之一。鋼包烘烤器的合理工作不僅能減少能源損耗，還決定著煉鋼的生產(chǎn)效率。 本文以寶鋼廠電爐中間包烘烤裝置對(duì)系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹，說(shuō)明了該技術(shù)優(yōu)越性及應(yīng)用的廣泛性。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，選用西門(mén)子S7-300PLC 和MP370 系列觸摸屏、分散控制的PLC 與集中顯示的觸摸屏系統(tǒng)。軟件部分采用用Step7 軟件和winccflexible2008 實(shí)現(xiàn)其程序控制和觸摸屏的控制與監(jiān)控系統(tǒng)；從而使烘烤過(guò)程安全順利的進(jìn)行。

2、烘烤裝置的構(gòu)成：

　　燒烤裝置是由機(jī)械、電氣、儀表和燃燒系統(tǒng)等四部分組成：機(jī)械系統(tǒng)：烘烤器支座、旋轉(zhuǎn)臂、包蓋和電液推桿組成。電氣系統(tǒng)：助燃風(fēng)機(jī)、電液推桿電機(jī)、控制柜、電氣柜、PLC（可編程序控制器）、HMI（觸摸屏）、點(diǎn)火電磁閥。

　　儀表系統(tǒng)：助燃空氣壓力變送器、煤氣壓力變送器、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、氮?dú)獯祾唛y、煤氣檢測(cè)儀。燃燒系統(tǒng)：溫度檢測(cè)裝置、點(diǎn)火電極、火焰檢測(cè)器、高速噴嘴、煤氣空氣混合器。

3、電氣控制系統(tǒng)

　　3.1 系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)：

　　電氣系統(tǒng)采用安全電壓24VDC對(duì)電液推桿、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥、切斷閥等設(shè)備控制。由于所選 CPU不具有繼電器輸出功能，每個(gè)輸出I/O點(diǎn)的電流最大不超過(guò)0.5A，而電磁閥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的接觸器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)電流都超過(guò)這一電流限制。為了防止電流過(guò)大和驅(qū)動(dòng)電路的短路對(duì)PLC造成損害，我們采用了繼電器作為中間轉(zhuǎn)換元件。由于繼電器的線圈動(dòng)作需要的電流較小，而它的主接線回路又可以承受較大的電流。從而使PLC通過(guò)控制繼電器的動(dòng)作來(lái)間接的控制電磁閥與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作，這即實(shí)現(xiàn)PLC的小電流輸出對(duì)各電磁閥大電流控制的需要又起到了保護(hù)PLC輸出點(diǎn)的目的。同時(shí)為了防止在工作中出現(xiàn)意外，系統(tǒng)中還配置了硬急停，當(dāng)按下急停按鈕時(shí)整個(gè)系統(tǒng)全部停止工作恢復(fù)到初始狀態(tài)。

　　為了調(diào)試、維修及設(shè)備的維護(hù)，系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)／自動(dòng)選擇的控制方式。其工作原理為:當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)的控制旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)控制時(shí)，允許手動(dòng)操作控制繼電器通斷電，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各設(shè)備的控制，方便烘烤裝置的初期調(diào)試及后期的維護(hù)。當(dāng)PLC程序檢測(cè)到系統(tǒng)處于手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，將不能執(zhí)行設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)程序。當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)的控制旋鈕旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)控制時(shí)，手動(dòng)控制將失效，這時(shí)，PLC檢測(cè)到系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)，操作者只需按下設(shè)備運(yùn)行按鈕，烘烤裝置就會(huì)按照程序設(shè)計(jì)人員設(shè)置的運(yùn)行順序自動(dòng)啟動(dòng)。

　　3.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

　　基于設(shè)備的控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的操作與控制及所需的I/O 量，程序的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，故障的診斷多方面的需要。

　　電氣控制部分選擇S7-300 系列PLC,它既可以集中擴(kuò)展，也可以用于構(gòu)建帶有ET200M 的分布式結(jié)構(gòu)。接口模塊(IM)可以通過(guò)Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)同時(shí)處理各機(jī)架間的通訊(IM153 連接的ET200M 可以最多連接125 個(gè)站點(diǎn))。

　　項(xiàng)目中我們選擇的315－2DP,它具有MPI 接口和DP 接口，可以實(shí)現(xiàn)在線編程與控制網(wǎng)絡(luò)工作連接互不影響；接口模塊采用ET200S(IM151-1)來(lái)解決單機(jī)架I/O 點(diǎn)的數(shù)量不足；數(shù)字量模塊采用4DI-DC24V，檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及接收現(xiàn)場(chǎng)反饋信號(hào)；輸出模塊選用4DO-DC24V/0.5A，控制設(shè)備的運(yùn)行與停止；模擬量模塊選用2AI-I-2wire ,測(cè)量空氣，煤氣與煙氣的實(shí)時(shí)流量；選用模擬量輸入模塊2AI-TC,測(cè)量鋼包內(nèi)溫度與煙氣的溫度；選用模擬量輸出模塊2AO-I,控制煤氣、空氣及煙氣的流量。

　　為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與設(shè)備在線工作的數(shù)據(jù)記錄，人機(jī)信息的交流，選用了西門(mén)子高可靠性能的MP370。它可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的啟停；顯示整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程；系統(tǒng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示；在線參數(shù)的曲線趨勢(shì)的顯示與記錄；各設(shè)備閥門(mén)的操作及狀態(tài)顯示與記錄；還可以實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的調(diào)整及手動(dòng)自動(dòng)的切換。網(wǎng)絡(luò)配置如圖(1),控制系統(tǒng)如圖(2)所示：

3.3、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)：

　　PLC 程序設(shè)計(jì)(編程軟件Step7)：由于烘烤器控制系統(tǒng)是按一定的順序進(jìn)行動(dòng)作，我們采用了兩種控制方式來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。對(duì)于設(shè)備的控制采用順序控制，烘烤曲線則采用了時(shí)間控制的方式。

　　設(shè)備控制程序主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火、氣體壓力低、煙氣溫度高等自動(dòng)報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)及換向閥的自動(dòng)控制；調(diào)節(jié)和測(cè)量部分采用了PID 調(diào)節(jié)控制程序。其中對(duì)時(shí)間控制程序?qū)崿F(xiàn)按照設(shè)定的時(shí)間段來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)流量曲線，調(diào)節(jié)煤氣、空氣和煙氣的流量，實(shí)現(xiàn)中間包的溫升控制與調(diào)節(jié)，并記錄煤氣流量、空氣流量和煙氣溫度。程序中采用主程序調(diào)用子程序的方式來(lái)完成烘烤任務(wù)。如圖(3)所示

　　當(dāng)PLC 上電開(kāi)始運(yùn)行，首先執(zhí)行程序掃描，進(jìn)行程序初始化，對(duì)壓縮空氣壓力，助燃空氣壓力，煤氣壓力等外部條件進(jìn)行檢測(cè)。如果不滿足系統(tǒng)點(diǎn)火條件，則系統(tǒng)報(bào)警，并將故障信號(hào)顯示在操作屏 (HMI) 上便于維護(hù)人員檢查并及時(shí)處理故障。如滿足條件時(shí)，點(diǎn)火準(zhǔn)備好信號(hào)發(fā)出指示，允許點(diǎn)火。根據(jù)所選擇的手動(dòng)/自動(dòng)控制狀態(tài)，運(yùn)行程序。當(dāng)選擇手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，設(shè)備按照操作者的操作順序運(yùn)行；當(dāng)選擇自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，設(shè)備則會(huì)根據(jù)程序設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的運(yùn)行順序，依次啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，點(diǎn)火程序，包蓋閉合。然后由操作人員在操作屏MP370中選擇自動(dòng)烘烤/手動(dòng)烘烤，當(dāng)選擇自動(dòng)烘烤時(shí)，設(shè)備會(huì)按照操作人員選擇的烘烤曲線隨著時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)工作，直到工作結(jié)束；當(dāng)選擇手動(dòng)烘烤時(shí)，設(shè)備會(huì)按操作人員輸入的煤氣量、空氣量進(jìn)行工作；直到工作結(jié)束。等待下一次的工作的開(kāi)始。

　　觸摸屏(HMI)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(組態(tài)軟件WinCC flexible)：觸摸屏分為五個(gè)頁(yè)面：預(yù)熱流程、預(yù)熱曲線、預(yù)熱操作、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)參數(shù)。數(shù)據(jù)流程中包含有裝置的主要設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)及相應(yīng)的設(shè)備的工作狀態(tài)指示及設(shè)備的故障指示；預(yù)熱曲線可以跟據(jù)工藝人員的要求輸入六條可修改的預(yù)熱曲線，同時(shí)可以跟據(jù)需要選擇開(kāi)始的時(shí)間及所需要的烘烤曲線，并將實(shí)時(shí)的工作時(shí)間與工作狀態(tài)顯示到屏幕上；預(yù)熱操作界面可以分別對(duì)煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥、煙氣調(diào)節(jié)閥分別進(jìn)行手動(dòng)與自動(dòng)的選擇，當(dāng)在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)輸入所需的燃?xì)獾牧髁炕蛘呤窍鄳?yīng)的閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行手動(dòng)烘烤，當(dāng)自動(dòng)狀態(tài)時(shí)烘烤會(huì)按照預(yù)熱曲線中所選擇的曲線進(jìn)行自動(dòng)烘烤。數(shù)據(jù)記錄界面中對(duì)煤氣流量的設(shè)定值，反饋值等進(jìn)行記錄并可以隨時(shí)查閱一年內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)參數(shù)界面中有可以實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的故障狀態(tài)，介質(zhì)的實(shí)時(shí)流量，閥門(mén)的實(shí)時(shí)開(kāi)度及所用的煤氣總量及單次烘烤所用煤氣量；參數(shù)的設(shè)置可以修改裝置運(yùn)行中的一些重要參數(shù)。流程圖如圖(4)

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)采用PLC+HMI的組合方式，可以滿足鋼包烘烤工藝的要求，目前本裝置從2009年底運(yùn)行至今，運(yùn)行穩(wěn)定，烘烤效果良好。對(duì)于本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

　　(1) 利用PLC強(qiáng)大的控制功能。以PLC為控制中心，電氣控制硬件的組成、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。

　　(2) HMI采用了對(duì)就地監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)記錄，隨時(shí)查閱所采集現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)，參數(shù)設(shè)置等功能。為烘烤工藝的改進(jìn)提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了PLC的可視化；解決了數(shù)據(jù)采集以及模擬量輸入數(shù)據(jù)采集時(shí)的干擾問(wèn)題，提高系統(tǒng)的抗干擾性，使系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定。

　　(3) HMI界面友好靈活可靠，功能強(qiáng)大，組態(tài)簡(jiǎn)單，操作方便，網(wǎng)絡(luò)功能齊全?？梢詫⑦\(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與廠區(qū)的過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。可以實(shí)現(xiàn)集中和本地手自動(dòng)控制，提高了系統(tǒng)的安全性。

　　(4) PLC與觸摸屏的組合使用方式是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，它具有儀表控制系統(tǒng)無(wú)以比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與成本優(yōu)勢(shì)。