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济南钢铁集团总公司（简称济钢）的竖炉球团工艺自动化控制水平较低，无法适应生产高速发展的要求，为此，决定将开放式结构的自动化平台应用到济钢3#竖炉电气自动化系统中。整个竖炉控制系统通过网络实现了全部电控设备的集中主控室操作，最终实现了竖炉本体及上料系统自动化，润磨系统、成品筛分及贮运系统的自动控制以及炉顶布料皮带的自动变频控制，齿辊卸料器动辊和静辊的自动转换等。
1 系统构成及配置
1.1 硬件配置
系统硬件配置见图1。PC1、PC2为上位监控站，PLC1为PLC主站，PLC2～4为远程I/O站。
图1 3#竖炉硬件配置
1.2 系统的硬件设计
3#竖炉PLC主机采用QuantumCPU43412，主机I/O总数8192入/8192出，用户内存64K，扩展寄存器96K，有2个MODBUS口和1个MODBUS PLUS口。设一个主PLC站，三个远程I/O站。
竖炉本体主控室设一主PLC站，负责对上料系统的各条皮带机、竖炉本体的二冷风机、液压站、布料皮带、行走小车等电气设备的控制。润磨机室设一个远程I/O站(I#站)，负责润磨机室的犁式卸料机、0#皮带、磨机润滑站等的诸多电气设备的控制，电除尘操作室设二个远程I/O站(II#站、III#站)，负责对电除尘的用电设备及成品筛分系统的电热筛、成-5皮带等诸多电气设备的控制。
控制系统设有两个上位机监控站，一个监控站（HMI）设在竖炉本体主控室，负责润磨系统、竖炉本体、上料系统的电气设备的起停控制，及实时状态监控，并担负着生产管理任务;另一个监控站（HMI）设在电工值班室，负责整个系统的设备状态监视及故障的查询。两个监控站是一种基于工业以太网的1SERVER+2CLIENT结构，主控室为一个数据SERVER和CLIENT合二为一的监控站，电工值班室是CLIENT监控站。
各个I/O远程站之间通过MODBUS网络进行通讯，通讯电缆采用粗缆，冗余方式，以确保生产的正常运行。PLC与各上位机之间采用以太网通讯。
1.3 系统的软件设计
控制系统采用Concept 2.2编程软件， Monitor ProV7上位监控软件。
1.4 计算机画面的设置
根据工艺流程，做润磨系统、电除尘、上料系统、竖炉本体、成品筛分及贮运，共计5个主画面。每个画面又有电气设备全自动和单机单动分画面。在每个画面上，通过颜色的区别，来确定设备的运行状态。显示器屏幕的下方有事故状态栏，当有用电设备发生故障时，故障栏中就会弹出此设备名称及故障类型，以便于查出故障类型。
整个监控画面模拟生产工艺的动态流程，生动直观，操作使用方便。
2 主要控制系统功能
2.1 炉顶布料皮带机的控制
炉顶布料皮带机的控制采用变频及PLC相结合技术。原1#、2#竖炉的炉顶布料皮带和行走机构，均为恒速，造成进出炉球的速度不一致，使炉顶布料不均匀， 炉顶的操作人员需要频繁点动操作行走机构，使其在料少的地方频繁布料，以求布料均匀，使操作人员的劳动强度非常大。同时，由于电机的频繁起制动，造成布料皮带和行走机构经常损坏。
为使布料均匀，要求皮带机变速。皮带速度为0.6～1.0m/s，进料速度0.6m/s， 出料速度1.0m/s， 行走机构的速度为0.2m/s，车体行程6000mm，这样进出炉球的速度都是0.8 m/s，两个速度矢量叠加，保证了皮带上球的速度恒定，以达到生球在炉体内均匀布置的目的，为球团的高效燃烧奠定基础。
皮带控制采用变频技术，通过PLC控制变频器，既实现了生球的匀速入炉，又减少了电机频繁起制动带来的设备冲击。变频器的控制接线见图2。
图2 变频器控制接线图
2.2 齿辊卸料器动、静辊的自动转换
齿辊卸料器由4个齿辊(动辊)和3个齿辊梁(静辊)组成，液压缸通过棘轮棘爪传动，两只液压缸两周期换向，液压缸的换向通过接近开关来实现。
具体逻辑控制：首先将电磁换向阀的电磁铁分为A、B两组，每组电磁换向阀包含四个电磁铁，同时得电。A组电磁铁得电，齿辊逆时针转，B组电磁铁得电，齿辊顺时针转。在计算机屏幕上通过鼠标选择启动，B组电磁铁得电， 齿辊逆时针转，碰逆时方向接近开关后，A组电磁铁得电， B组电磁铁失电，齿辊顺时针转；碰顺时方向接近开关后，B组接近开关得电， A组电磁铁失电。周而复始，以实现齿辊卸料器动辊和静辊的自动转换。
2.3 其 它
控制系统还实现了竖炉本体及上料系统自动化，润磨系统、成品筛分及贮运系统的自动控制等。
3 电气设备的控制方式
所有电气设备的控制方式分为机旁手动和集中自动两种。在每个电气设备的旁边设有机旁操作箱，机旁操作箱上设有自动、手动选择开关。选择开关为机旁手动时，此电气设备的控制只能在机旁操作箱上，通过启动、停止按钮，对设备进行起停控制，此方式用于调试阶段和平时排除故障后的试车；选择开关为中间禁止位时，无论是机旁还是主控室均无全操作，此状态在检修时使用，能够杜绝误动作，以维护检修工人的安全；当选择开关为集中自动位时，又有两种方式：全自动方式，在计算机上进行全线启动、停止；单机单动方式，在计算机上进行单台用电设备的起停。
4 运行情况
3#竖炉电气自动化系统投入使用两年来，运行稳定、可靠，满足了生产工艺技术要求。缩短了检修及排障时间，降低了工人的劳动强度，取得了显著的经济效益和社会效益。
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