1  概述
    燒結(jié)生產(chǎn)過程是把粉礦加入一定比例的熔劑，燃料經(jīng)過混合后，在一定溫度下燒結(jié)成高爐需要的原料。主要生產(chǎn)工藝包括燃料破碎系統(tǒng)、配料室供料系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)、成品整粒系統(tǒng)、成品礦倉儲等。燒結(jié)工藝是一個連續(xù)性的生產(chǎn)過程，環(huán)節(jié)多，控制對象復(fù)雜、滯后時間長且受干擾影響大，為了保證燒結(jié)礦品質(zhì)穩(wěn)定，提高產(chǎn)量和降低燃料消耗，必須對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動化控制。

2  系統(tǒng)設(shè)計
2.1  PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
    根據(jù)燒結(jié)工藝過程對自動控制系統(tǒng)的要求設(shè)計的自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)自動化，按“三電一體化”的原則考慮。上位監(jiān)控系統(tǒng)由六臺工控機(jī)組成，現(xiàn)場控制站由四套QUANTUM PLC組成，分別完成對燃料破碎系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)、成品系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖

    燒結(jié)機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)采用與QUANTUM PLC相配套的Concept 2.6編程軟件實現(xiàn)硬件組態(tài)配置與程序編制；采用Montor PRO 7.2監(jiān)控軟件完成數(shù)據(jù)庫與監(jiān)控畫面的開發(fā)。通訊網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)，通訊協(xié)議為TCP/IP。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖1所示。
2.2 系統(tǒng)功能
    （1）設(shè)備的聯(lián)鎖控制
    根據(jù)燒結(jié)工藝要求，燒結(jié)燃料破碎系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、燒結(jié)冷卻系統(tǒng)、成品系統(tǒng)等整條生產(chǎn)料線的控制方式分為：自動控制、集中手動控制、機(jī)旁手動控制。控制方式的選擇設(shè)在集中操作室內(nèi)的主操作臺上或通過機(jī)旁箱選擇。
    （2）重點參數(shù)調(diào)節(jié)
    ?按配比關(guān)系自動配料，保證堿度需求
    配料的目的是將燒結(jié)礦的品位、含碳量和堿度控制在指定的范圍內(nèi)。本工程配料系統(tǒng)由寬帶給料機(jī)、配料秤；螺旋給料機(jī)、螺旋給料秤組成。PLC對參與燒結(jié)的各種含鐵原料、溶劑和燃料根據(jù)高爐冶煉的要求進(jìn)行精確的配料計算，對下料量和配比系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，通過給料機(jī)變頻實時調(diào)節(jié)各配料下料量，以保證燒結(jié)礦的含鐵量、CaO含量、堿度、MgO、Al2O3及含硫量等主要成分控制在規(guī)定范圍內(nèi)。
    配料量由上位機(jī)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與開關(guān)量狀態(tài)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的給料、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控制。
    ?對燒結(jié)重點參數(shù)如圓輥給料機(jī)、燒結(jié)機(jī)、環(huán)冷機(jī)速度聯(lián)鎖控制，控制燒結(jié)料層厚度。
    ?自動控制點火爐爐膛溫度
    點火器燃燒控制系統(tǒng)是燒結(jié)工藝的一個重要環(huán)節(jié)，點火爐爐溫為主調(diào)參數(shù)，煤氣流量和空氣流量為輔調(diào)參數(shù)，以溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。
    ?燒結(jié)機(jī)速通過畫面設(shè)定機(jī)速給定值調(diào)節(jié)變頻器來實現(xiàn)，所有操作都通過燒結(jié)調(diào)節(jié)畫面進(jìn)行。
    ?主抽風(fēng)機(jī)安全運行控制
    主抽風(fēng)機(jī)的軸承溫度、定子溫度、軸承振動、潤滑油壓、潤滑油溫等過程參數(shù)均設(shè)置報警、連鎖信號，保證風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運行。
    （3）監(jiān)控畫面
    系統(tǒng)采用Montor PRO 7.2監(jiān)控軟件完成燒結(jié)數(shù)據(jù)采集與工藝監(jiān)控。充分應(yīng)用Montor PRO 7.2的可視化功能和動態(tài)屬性，使監(jiān)控畫面形象生動，簡單易懂。圖形系統(tǒng)實現(xiàn)整條生產(chǎn)線的集中起停、選擇、數(shù)據(jù)輸出等操作，系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)和過程數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)分析，故障顯示，報警。畫面劃分為：總貌畫面（模擬屏畫面）、分組畫面、狀態(tài)畫面、儀表操作畫面、報警畫面、趨勢畫面、打印報表等。同時還具有生產(chǎn)過程參數(shù)報警、記錄；重要設(shè)備事故按優(yōu)先級顯示報警信息等功能。
    （4）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸
    監(jiān)控站與PLC，PLC與PLC之間通過光纖以太環(huán)網(wǎng)通訊，PLC與現(xiàn)場變頻器采用MB+網(wǎng)通訊。從根本上解決了總線傳輸控制的弱點：
    ①　監(jiān)控層：采用星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢，而且?guī)缀踔С炙辛餍械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
    ②　工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)：通常的遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)采用總線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)簡單易組建，但當(dāng)某一節(jié)點出現(xiàn)故障時可能引起全局癱瘓。而自愈環(huán)網(wǎng)在節(jié)點出現(xiàn)故障時自動切換線路，不會影響設(shè)備通訊控制，保證控制的實時性與連續(xù)性。
2.3 現(xiàn)場儀表控制系統(tǒng)設(shè)計
    根據(jù)自動化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，生產(chǎn)過程參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、控制、顯示、報警等功能由PLC完成。除各別操作外，不設(shè)二次儀表盤。
2.3.1 儀表選型
    根據(jù)燒結(jié)生產(chǎn)工藝的要求，現(xiàn)場儀表設(shè)備選型以經(jīng)濟(jì)、適用、先進(jìn)、安全為原則，充分考慮生產(chǎn)環(huán)境的實際需要。儀表防護(hù)按IP65考慮，煤氣區(qū)域采用防爆儀表。壓力/差壓變送器選用E+H系列智能產(chǎn)品，水流量測量選用橫河電機(jī)有限公司的電磁流量計。煤氣流量測量選用內(nèi)藏式節(jié)流裝置。調(diào)節(jié)閥采用蝶閥或單/雙座閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用模塊化智能電子式產(chǎn)品。料位測量采用雷達(dá)式料位計。溫度測量采用熱電偶和熱電阻。配料秤采用徐州拉姆齊產(chǎn)品。
    （1）水流量測量
    由于水為導(dǎo)電液體，所以最理想的流量測量方法就是采用電磁流量計。電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。電磁流量計具有許多優(yōu)點：
    ?測量管內(nèi)無突出部件，因此無附加壓力損失。
    ?由于信號在整個充滿磁場的空間中形成，它是管道截面上的平均值，因此，從電極平面至傳感器上游端平面間所需直管段相對較短，約為5倍的導(dǎo)管內(nèi)徑。
    ?傳感器信號是一個與平均流速成精確的線性關(guān)系的電壓信號。
    測量結(jié)果與液體的溫度、壓力、密度、粘度、導(dǎo)電率（不小于最低導(dǎo)電率）等物理參數(shù)無關(guān)，所以測量精度高，工作可靠。
    （2）壓力測量
    壓力測量主要是對介質(zhì)壓力進(jìn)行測量。為了減少電磁信號對壓力檢測的干擾，采用SIEMENS壓力變送器進(jìn)行壓力檢測。
    輸出信號：4~20mA，2線制；HART 通訊；防護(hù)等級：IP65；按鍵操作；高精度；先進(jìn)的診斷功能。
    （3）料位測量
    料位采用雷達(dá)式料位計進(jìn)行測量。能量很低的極短的微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。微波以光速運行，微波運行時間可以通過電子部件轉(zhuǎn)換成物位信號，一種特殊的時間延伸方法可以確保計短時間內(nèi)穩(wěn)定和精確的測量。
    （4）煤氣流量測量
    焦?fàn)t煤氣流量測量采用內(nèi)藏式節(jié)流裝置和差壓變送器配合。
    內(nèi)藏式節(jié)流裝置是在工藝管道內(nèi)設(shè)有一圓錐體，錐體最大橫截面處形成喉部。它的主要特點是可以用來測量各種比較臟的氣體流量。另外，該節(jié)流裝置的流動阻力小，所以產(chǎn)生的流動損失小，節(jié)約能量。
    該流量計以流體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，經(jīng)過風(fēng)洞實驗，確定和校核流量公式，所以就保證了該節(jié)流裝置的可靠性和可信性。
    （5）溫度測量
    熱電阻電阻值隨測量溫度的變化而發(fā)生變化，所以熱電阻的電阻值大小便可反映出測量溫度的高低。熱電偶的電極由二根不同導(dǎo)體材質(zhì)組成。當(dāng)測量端與參比端存在溫差時，就會產(chǎn)生熱電勢，PLC便會顯示出熱電勢所對應(yīng)的溫度值。熱電阻、熱電偶信號直接連接到具有變送功能的PLC的模擬量輸入模塊上，所以這種測溫變送方法測量精度高、工作穩(wěn)定可靠。
    對燒結(jié)風(fēng)箱的溫度檢測，由于被測介質(zhì)對保護(hù)管有一定的磨損性，同時現(xiàn)場振動較大，采用帶耐振動、耐磨損保護(hù)管。
2.3.2 主要檢測內(nèi)容
    生產(chǎn)過程參數(shù)的檢測和控制儀表以滿足生產(chǎn)要求為原則,并與工藝整體裝備水平和工廠的自動化技術(shù)水平相適應(yīng)。為此，主要設(shè)置以下檢測和控制項目：
    ?各燃料、熔劑、配料、成品礦料倉料位檢測；
    ?配料室配料量檢測；
    ?燃?xì)狻崃艿肋^程參數(shù)檢測；
    ?燒冷系統(tǒng)過程參數(shù)檢測；
    ?主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)過程參數(shù)檢測；
    ?燃料除塵、機(jī)頭除塵、機(jī)尾除塵、配料除塵、整粒除塵系統(tǒng)參數(shù)檢測。

3   結(jié)束語
    萊鋼銀山前區(qū)265