一种多功能烧结控制系统的设计

陈豫蓉

(长沙湘计自控系统有限公司,湖南长沙 410007)

一种多功能烧结控制系统的设计

陈豫蓉

(长沙湘计自控系统有限公司,湖南长沙 410007)

文章提出了一种多功能冶金企业烧结矿制造过程控制系统的设计。其对于提升我国冶金企业烧结生产效率、烧结矿的产量与质量、降低烧结成本,提升我国多功能烧结控制系统的技术含量和竞争力,推动相关行业发展均具有积极意义。

烧结控制;PROFIBUS-DP;PLC;电子皮带秤

本文介绍了一种多功能烧结控制系统,通过采用DCS(Distributed Control System-分散控制系统) +PLC+Data Server的配置方式,由DCS完成烧结过程控制,PLC完成烧结顺序控制,Data Server完成生产过程的数据管理并与外部数据链接,最终实现烧结生产过程的状态监视、控制操作和数据分析与管理。

1 系统工作原理

系统首先根据预期的烧结矿化学成分,物理性能和各种原燃料的化学成分及烧结机台时产量,计算优化混合料配比,根据配比对配料室各物料的切除量进行PID调节;工业检测仪表采集生产过程的数据信息,通过PROFIBUS-DP网络送给PLC,同时仪表根据内部的控制算法,输出模拟量或数据量控制信息给计算机控制系统;计算机控制系统监视烧结生产全过程,发出控制命令给PLC;PLC根据工业控制算法输出控制信息给电气设备,直接控制烧结生产现场执行设备的运转,同时控制混合料湿度、点火温度、烧透位置和烧透偏差等影响烧结矿质量的因素。

2 系统结构

系统分为两个层次:信息层和控制层。信息层包括Data Server、操作站以及容错以太网,控制层包括DCS、PLC、以及开放的ControlNet网。控制层主干控制网以及PLC的RI/O网均采用实时控制网ControlNet,两个网络之间能够根据网络信号质量自动选择通讯正常、良好链路,且网络刷新时间、数据传送时间可预知、有保证,不随网络距离、节点数量的增删、网络通讯量的变化而变化。同时,PLC各子系统中主机站和I/O站配置各自的ControlNet子网,并采用冗余介质。系统服务器采用冗余设计,工程师站兼热备服务器(如图1所示)。

图1 烧结控制系统拓展拓扑图

3 系统组成

系统由电气控制系统、仪表控制系统、计算机控制系统组成。

3.1 电气控制系统

该系统主要用于对各烧结设备的中央联动运转、远距离单动运转和机旁运转进行控制。具体如下:中央联动运转控制包括顺序启动、一齐启动、顺序停止、一齐停止、非常停止、中央联动设备的机旁运转控制;远距离单动运转控制包括中央控制室远距离单独控制、机旁操作箱单独运转控制;机旁运转控制指机旁操作箱运转控制。

3.2 仪表控制系统

该系统可对设备的运行状态、混合料、成品、铺底料、返矿电子秤计量数据、配料秤计量数据、各料槽料位、烧结机与冷却机台车速度、流量、温度、压力、料位、水份等过程量进行测量,并在监控界面上显示相关数据,生成实时动态监控曲线,定时保存的数据生成历史曲线;此外,该系统还具有运转故障处理与报警的功能,能自动实时记录故障发生与确认时间,以便于查询与分析。

3.3 计算机控制系统

3.3.1 上位机监控系统

系统由6个操作员站、1个工程师站与1台服务器组成Ethernet网,所有操作员站与工程师站通过Ethernet网与服务器交换数据,可以监控所有设备的运行;打印机与服务器相连,操作员站与工程师站可共享打印;工程师站作为服务器的热备设备,当服务器脱机时,自动切换到工程师站兼服务器工作模式,完成与各PLC站之间的数据交换功能;当服务器联入后,自动切换到工程师站模式;服务器与各PLC站组成ControlNet双网,当工作网络故障时,自动切换到另一网络进行数据通信。

3.3.2 PLC监控系统

PLC监控系统的主要特点包括:(1)冗余可靠的控制网络;(2)分布式I/O,各PLC站上CPU可以通过ControlNet网络访问任意I/O点;(3)烧冷系统“电控”与“仪控”分开,确保控制功能顺利实现;(4)按工艺系统进行PLC站配置,保证各工艺子系统不相互影响;(5)网络通讯速率高。

工业PC机包括两台监控站(主控站和热备站),均采用西门子工控机。两台计算机之间通过以太网进行通信,并通过以太网将监控数据上传给企业内部网络上的相应管理者。两台监控站之间采用冗余结构,这样,可以指定一台机器为主机,另一台机器为从机,从机与主机同步保存实时数据。当系统正常工作时,从机作为监视站,主机作为控制站。当两台监控站的一台出现故障时,另一台接管所有的工作,这样,极大地方便了操作人员对系统的监控,同时有效提高了整个系统的可靠性。并留有与上位计算机的通讯接口。

4 称重仪表

本系统采用了多功能、高精度、网络型的新一代动态称重显示控制智能仪表WPC-3000称重显示控制仪表。该仪表元器件全部选用低功耗(3 V)、工业级芯片(-40～82℃),利用微电子技术,线路板芯片采用SMT贴片工艺,缩小体积,减轻重量;采用全中文图形化界面设计,除常规显示累积量、流量、带速、目标值及各类参数外,还可动态实时显示当前参数的趋势曲线、模拟图画面、运行状况棒状图、过程信息等;采用动态积分分离型PID算法与模糊PID控制理论,使控制过程快速高效,控制精度为0.125%,支持多种总线(工控以太网、RS485、RS422、CAN、PROFIBUS、LONWORKS)组成集散式或分布式控制系统,系统除了通过传统电流信号连接外,还可通过CAN、PROFIBUS-DP总线直接与PLC相连;整个外壳采用电磁屏蔽性能好的铝合金,提高抗干扰能力。该仪表的应用使称量更准确,提高了烧结料配比的准确性,为提高烧结矿质量提供了充分保证。

5 结束语

2010年投入试用以来的运行实践证明,本系统稳定可靠、性价比高,明显地提高了烧结矿合格率和劳动生产率。满足各项经济技术指标及控制精度要求,具有良好的社会及经济效益。

[1] 王海涛,蒋德云,李照霞,等.基于OCMJ4X12B液晶显示模块的称重显示控制器[J].包装与食品机械,2008,(1):32-35.

[2] 张昌平.烧结生产过程配料称重与湿度控制系统的设计与应用研究[A].胡建新,陈小华,宋瑛,等.中国优秀硕士学位论文全文数据库[C].长沙:中南大学,2007.7.

[3] 从宏寿,葛芦生.马钢二烧结配料计算机控制系统[J].冶金自控化,2003,27(3):31-33.

Abstract:It provides a design of multi-function control system for sinter manufacture process in metallurgy enterprises.The system can be used to promote production efficiency,output quantity and quality aof sinter,and lower cost,which is meaningful to promote domestic technology level of sinter control system and competitive power,and push forward related industry development.

Key words:sinter control;PROFIBUS-DP;PLC;electronic belt weigher

A Design of Multi-Function Sinter Control System

CHEN Yu-rong

(Changsha Xiangji A utomation Control System Ltd.,Changsha410007,China)

TD464

A

1003-5540(2011)03-0068-03

2011-04-12

陈豫蓉(1970-),女,工程师,主要从事计算机技术研究工作。