摘要：介紹了信鋼燒結(jié)自動配料在基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線控制下進(jìn)行的擴(kuò)容改造，充分利用了現(xiàn)場總線的開放性。改造后的控制系統(tǒng)更規(guī)范、合理，自動化程度大幅度提升，極大提高了燒結(jié)礦質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：PROFIBUS—DP 現(xiàn)場總線 變頻器 配比

前言

燒結(jié)配料是燒結(jié)生產(chǎn)的核心，也是整個鋼鐵生產(chǎn)工序的重要環(huán)節(jié)，對各種物料進(jìn)行合理的配比，是提高燒結(jié)礦品位的關(guān)鍵。信鋼燒結(jié)機(jī)原配料車間采用基于PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線的分布式過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)微機(jī)自動配料。PROFIBUS現(xiàn)場總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它可以實現(xiàn)設(shè)備之間的快速通信。

由于技改項目的原因，新建一臺90fl2燒結(jié)機(jī)也要使用此配料車間，這樣，負(fù)荷加大，從室外原料倉、拖料皮帶秤到室內(nèi)的變頻器、控制系統(tǒng)均不能滿足要求，于是在基于現(xiàn)場總線控制的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行擴(kuò)容改造、升級，建立高性能的自動配料系統(tǒng)。

1 組成原理

配料車間現(xiàn)有9條拖料電子皮帶秤(1撐一9撐)，1撐、3撐、7撐、8撐、9撐的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)額定功率為2．2kW，額定電流為5．0A，2撐、4撐、5撐、6撐的電動機(jī)額定功率為3．0kW，額定電流為6．8A，電動機(jī)帶動稱量皮帶轉(zhuǎn)動，料層均勻，電動機(jī)轉(zhuǎn)動速度越快，料流量越大，所占配比越高，反之，電動機(jī)轉(zhuǎn)動速度越慢，料流量越小，所占配比越低。每臺電動機(jī)由一臺變頻器驅(qū)動，而變頻器的頻率通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線由PLC來控制，PLC根據(jù)自動采集的每種物料的荷重、瞬時流量，計算每種物料的實際流量，與設(shè)定值相比較，完成閉環(huán)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)原理如圖1所示。

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗電子皮帶秤只保留稱重一次儀表，取消二次儀表，由PLC進(jìn)行換算；取消測速傳感器，由變頻調(diào)速頻率換算。稱重電阻橋信號經(jīng)隔離、放大、線性化處理后輸入PLC模板。本次擴(kuò)容改造增加了2撐、3撐、9撐成套電子皮帶秤及變頻器。其中9撐為雙向轉(zhuǎn)動，雙向計量，雙向變頻調(diào)速，雙向控制。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

本套控制系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，由設(shè)備控制級和過程監(jiān)控級組成。選用性價比高的SIEMENS PLC作為主控制站，通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線與分布的現(xiàn)場設(shè)備連成系統(tǒng)，過程監(jiān)控操作站采用組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

設(shè)備控制級包括主控制站、1撐一9撐電子皮帶秤變頻器、嘲站。其中嘲站、2撐、3撐、9撐變頻器為這次改造所增加。根據(jù)工藝需要，主控制站數(shù)字量輸入模板選用16路AC220V，32路DC24V兩種類型，數(shù)字量輸出模板選用32路DC24V；低壓電器設(shè)備選用性能可靠的OMRON繼電器；7臺變頻器采用SIEMENS公司的MMV 440，配置PROFIBUS— DP接口板選件。包括主控制站在內(nèi)的所有PLC及變頻器直接與現(xiàn)場的各類裝置(如傳感器、電動機(jī)、電氣裝置等)相連，實現(xiàn)9條拖料皮帶稱的模擬信號檢測及電動機(jī)的變頻控制，E'IP．00站實現(xiàn)對擴(kuò)容后的兩條勻煤和外滾煤滾筒的電氣控制、2撐、3撐、9撐皮帶秤實物流量控制，特別是9撐皮帶秤的雙向計量與雙向變頻控制，另外，還實現(xiàn)了多條共用皮帶和高壓電機(jī)的啟停、聯(lián)鎖等信號的采集和控制。

過程控制級(即過程監(jiān)控操作站)因以前的設(shè)備速度慢，不能滿足控制后的快速通訊要求，故這次改造進(jìn)行了整套設(shè)備升級，由一臺P4研華工控機(jī)組成，研華工控制機(jī)通過C_$5611通訊卡與CPU315的MPI接口進(jìn)行點到點的通訊。考慮可靠性與人機(jī)界面的友好性，工控機(jī)采用Windows 2OOO軟件平臺，上位機(jī)采用Fameview組態(tài)軟件，負(fù)責(zé)監(jiān)控和人機(jī)對話，具有工藝流程監(jiān)控、報警記錄、實時趨勢、歷史趨勢、報表打印等功能，操作人員通過監(jiān)控操作輸入配料配方、修改配方、查閱工藝參數(shù)、監(jiān)控生產(chǎn)過程。編程應(yīng)用軟件采用STEP V5．2，完成硬件組態(tài)及下位機(jī)軟件編程，實現(xiàn)所有的過程控制、數(shù)據(jù)采集、自動調(diào)節(jié)、事故處理及報警等工作。

3 軟件實現(xiàn)

由于原設(shè)計軟件不夠規(guī)范，有時外圍設(shè)備更換時，型號參數(shù)不便輸入，并且這次擴(kuò)容改造時軟件改動量比較大，所以將下位機(jī)監(jiān)控軟件全套重新進(jìn)行開發(fā)，內(nèi)部參數(shù)、變量統(tǒng)一，接口清晰，設(shè)計的軟件規(guī)范、開放，易于整個系統(tǒng)的擴(kuò)充及功能升級。

本套軟件設(shè)計的重點是拖料皮帶稱的控制，即根據(jù)秤重傳感器的瞬時重量、測量段、皮帶轉(zhuǎn)速(與電動機(jī)轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系)、重力系數(shù)等參數(shù)計算出瞬時流量P、r，與監(jiān)控站設(shè)定流量SP相比較，利用SIEMENS編程軟件STEF7自帶的PID算法模塊(FB41)運算，計算出電動機(jī)轉(zhuǎn)速(即變頻器輸出頻率值，范圍0 50Hz)，實時跟蹤，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。每臺皮帶秤開始啟動并進(jìn)入調(diào)節(jié)時，變頻器瞬時值均從最大值50Hz開始變化，直至滿足流量設(shè)定。在運行的過程中，有時要改變設(shè)定流量SP值、某條皮帶秤的零點、系數(shù)，那么需要重新計算、調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)軟件流程如圖3所示。

4 系統(tǒng)特點

基于PROFIBUs_-DP現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)的燒結(jié)配料系統(tǒng)擴(kuò)容改造后，控制系統(tǒng)功能完備，實現(xiàn)了若干條皮帶、皮帶秤電機(jī)、滾筒的起、停、聯(lián)鎖保護(hù)、稱量及調(diào)節(jié)的自動控制。系統(tǒng)主要有以下功能：

1)具有手動和自動兩種工作方式。手動時，每條皮帶、皮帶秤由操作員根據(jù)工藝要求來啟、停、加速、減速，也可電氣聯(lián)鎖。自動時系統(tǒng)上位機(jī)根據(jù)總流量、每種物料配比發(fā)送給定值，自動啟動、加速、減速皮帶秤電機(jī)，所有皮帶、滾筒開、停均由邏輯聯(lián)鎖控制實現(xiàn)。

2)當(dāng)配比改變時，內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器運行，變頻器頻率乎穩(wěn)改變，調(diào)速平滑。

3)取消皮帶秤儀表和測速傳感器，測重傳感器的mV信號經(jīng)處理后直接進(jìn)入PLC，具有信號校零、自動校皮、自動調(diào)整系統(tǒng)的功能。

4)PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線具有高速通訊能力，能快速將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并傳送，做到信號的不遲滯、不失真，并具有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。

5)為防止翻料，集料主皮帶停機(jī)的同時，立即停止所有皮帶秤電機(jī)；集料主皮帶正常開機(jī)時，按照配料制度，自動依次延時開啟上次運行(選中)的所有料倉。

6)具有消耗料累計，設(shè)備動作全部動畫顯示逼真，所有設(shè)備之間都有可靠聯(lián)鎖，安全性高，操作簡單方便。

本套控制系統(tǒng)具有開放性、規(guī)范性、互連性、互操作性及豐富的硬件和軟件資源，使監(jiān)控操作站既可作監(jiān)控站用，顯示監(jiān)視畫面，又可作工程師站，隨時調(diào)出梯形邏輯圖，調(diào)試程序、查找故障，方便而快捷。