PLC在硅錳電爐配料系統(tǒng)中的應(yīng)用

姚軍

（中信錦州金屬股份有限公司，遼寧 錦州 121005）

1 概述

電爐鐵合金作為一種高耗能產(chǎn)品，在原料和電爐設(shè)備等條件一定的情況下，要想降低消耗，獲得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，就必須提高配料的準(zhǔn)確度。而目前在國內(nèi)鐵合金電爐中，原料配料系統(tǒng)各不相同，大致可分為三大類:

1.1 完全采用人工操作，用磅秤稱重

這種配料方式，它是由操作工的責(zé)任心不同決定配料的準(zhǔn)確度。一般誤差較大，現(xiàn)在很少應(yīng)用。

1.2 采用手動操作，繼電器邏輯控制，用磅秤稱重

這種方式雖較前者進(jìn)步許多，但控制系統(tǒng)存在許多缺點(diǎn)。如:配料準(zhǔn)確度低，由于繼電器控制，在稱量過程中放料的沖量大，從而導(dǎo)致沖量誤差；可靠性差，由于控制系統(tǒng)全部由繼電器硬件連接而成，體積大，接線復(fù)雜，故障點(diǎn)多且查找困難，設(shè)備龐雜維修量大；適應(yīng)性差，由于硬件連接而成，不能隨生產(chǎn)工藝的變化而變更。

1.3 目前國能外一致推崇的微機(jī)配料系統(tǒng)

該系統(tǒng)配料準(zhǔn)確度高，整個過程能實(shí)現(xiàn)自動控制。既可確保配料的準(zhǔn)確度和使用的可靠性，提高產(chǎn)量，又可降低原材料費(fèi)用及運(yùn)行的維修成本。我們本著實(shí)用可靠、因地制宜、節(jié)省投資的原則，對我公司12500KVA硅錳電爐原料系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-64MR可編程序控制器（Programmable controller以下簡稱PLC）等設(shè)備實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)的自動化。該套系統(tǒng)改造僅投資約9萬元，大大節(jié)省了改造費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，提高了配料的準(zhǔn)確度，提高了硅錳產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 配料系統(tǒng)工藝

12500KVA電爐用于硅錳合金的冶煉，所需原料有八個品種，分別放入原料間的八個大的料倉中，每個料倉下面有一個震動給料器，配料時震動給料器震動，料由儲料倉的下口流入計(jì)料斗中，拉力傳感器安裝在計(jì)料斗外，對計(jì)料斗中的料進(jìn)行稱量，當(dāng)達(dá)到預(yù)置振料量時，震料器停振，同時運(yùn)料皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，液力推動器將計(jì)料斗的下門打開將料放入皮帶上，由皮帶將料運(yùn)至爬斗小車上，過30秒后計(jì)料斗的下門關(guān)閉，之后在短時間內(nèi)再打開一次關(guān)閉一次，以便將料放盡。一皮帶運(yùn)行一定時間后，料全部運(yùn)入爬斗小車，皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，爬斗小車由電動機(jī)牽引鋼絲繩沿軌道將料上運(yùn)至爐頂料倉，爬斗小車自動傾放料，之后爬斗小車下行準(zhǔn)備下一次運(yùn)料，這就完成了一次配料過程，如此循環(huán)操作。

3 自動配料系統(tǒng)

可編程序控制器是一種集計(jì)算機(jī)、自動化、通訊技術(shù)于一身的工業(yè)控制微機(jī)。目前已被工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用。其主要特點(diǎn)：①程序編制簡單，可用電氣技術(shù)人員熟悉的梯形圖編輯，也可用語句表和邏輯流程圖等高級語言編輯。②功能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)90多種功能，適用各種工業(yè)現(xiàn)場的控制，且安裝調(diào)試簡便。③抗干擾性能力強(qiáng)，可安裝在現(xiàn)場，不受專業(yè)機(jī)房的限制。④適應(yīng)性強(qiáng)，對安裝環(huán)境要求不高，對粉塵、溫度等都無嚴(yán)格限制。

3.1 配料系統(tǒng)的硬件配置：主機(jī)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-64MR可編程序控制器。輸入和輸出共64點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、比較、數(shù)據(jù)處理、計(jì)數(shù)、速度檢測和脈沖輸出等功能。并可連接多種特殊功能模塊，能滿足各種工藝現(xiàn)場要求。

3.2 配料、上料自動化過程

說明：本圖只列出一個料倉的信號傳遞過程，其它于此相同，不在贅述。

首先從配料開始，隨著震動給料器震動，料由儲料倉的下口流入計(jì)料斗中，拉力傳感器對計(jì)料斗中的料進(jìn)行稱量，產(chǎn)生的毫伏信號送入隔離變送器中，轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，再由A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為PLC可識別的數(shù)字信號傳入PLC中，PLC中的CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)達(dá)到預(yù)置振料量時，PLC發(fā)出指令，震料器停振，之后，PLC發(fā)出指令，計(jì)料斗的下門打開將料放入皮帶上，過30秒后PLC再次發(fā)出指令，計(jì)料斗的下門關(guān)閉，之后再打開一次關(guān)閉一次，以便將料放盡。于此同時，PLC發(fā)出指令，皮帶電機(jī)在PLC的控制下帶動皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，由皮帶將料運(yùn)至爬斗小車上。一定時間后，料全部運(yùn)入爬斗小車，皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，之后PLC控制爬斗小車將料上運(yùn)至爐頂料倉，爬斗小車自動傾放料，之后下行后準(zhǔn)備下一次運(yùn)料，這就完成了一次自動配料過程，如此循環(huán)操作。此過程除執(zhí)行元件之外，控制過程全部在PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，操作人員只需啟動開始和停止按鈕及故障停車按鈕，在控制室內(nèi)可直接檢測配料情況，從而實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)的自動化。

3.3 配料過程自動補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)

此次改造，最大的益處在于實(shí)現(xiàn)了配料量的自動補(bǔ)償。采用A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)模擬量控制，根據(jù)上一次配料量的多少，在下一次配料中進(jìn)行補(bǔ)償。這一過程在PLC內(nèi)部處理完成。實(shí)現(xiàn)了配料的完全性補(bǔ)償。具體說明如下：

Y：預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)配料量

n：配料批數(shù)

Xn：第n次實(shí)際配料量

Yn+1：第n+1次預(yù)置配料量

則：Xn+1=∑Xn-nY 即前n次實(shí)際配料量總和（∑Xn）與n次標(biāo)準(zhǔn)配料量總和（nY）之差為第n次配料量的余出量。

則：Yn+1=Y-Xn+1 依此公式從第一批到最后一批循環(huán)處理，即可實(shí)現(xiàn)配料的無限次補(bǔ)償。這就避免了配料的沖量負(fù)數(shù)，從而達(dá)到提高配料準(zhǔn)確度的要求。

3.4 爬斗小車上料程序說明

原控制系統(tǒng)爬斗小車運(yùn)行采用時間繼電器、中間繼電器、接觸器和電阻控制爬斗運(yùn)行中的加速、減速、運(yùn)行及停止，上下限通過電氣機(jī)械開關(guān)檢測。由于控制系統(tǒng)接線復(fù)雜，觸點(diǎn)多，加之現(xiàn)場粉塵大，開關(guān)各觸點(diǎn)經(jīng)常接觸不良，造成事故率高。且繼電器及接觸器易損壞，維護(hù)量大，維修費(fèi)用高。由于環(huán)境粉塵較大，上下限的電氣機(jī)械開關(guān)損壞容易造成小車脫軌，如發(fā)生這樣的情況需要高空作業(yè)更增加維修的難度。在這次改造中，除電氣接收原件及執(zhí)行原件外，控制過程全部在PLC內(nèi)部處理，并且增加了安放在爬斗軌道和電機(jī)滾筒上的電子傳感器作為爬斗小車上、下及運(yùn)行中加、減速的接收原件，解決了粉塵造成的接觸不良這一故障難點(diǎn)。

本次改造還采用了DU數(shù)據(jù)單元，工藝技術(shù)人員可實(shí)現(xiàn)對配料量等參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場修改。設(shè)置數(shù)顯表及指示燈，利于操作人員對配料等情況進(jìn)行監(jiān)控。

4 使用效果

該原料配料系統(tǒng)自2008年投入運(yùn)行，運(yùn)行一直平穩(wěn)正常，大大提高了配料的準(zhǔn)確度，誤差率僅為1%，滿足了電爐生產(chǎn)工藝的要求。且操作方便，以前需五個人完成的工作現(xiàn)在只需一人就可完成，配料的時間也相對縮短，每配一批料僅需兩分鐘的時間，降低了操作工人的勞動強(qiáng)度及現(xiàn)場粉塵危害。且故障率明顯降低，也降低了維修成本和維修工人的勞動強(qiáng)度。

在原材料、用電制度、其它設(shè)備和冶煉工藝條件不變的情況下，采用該配料系統(tǒng)由于配料準(zhǔn)確度提高，冶煉爐況較好，冶煉時間縮短，節(jié)約了大量電能，平均每噸錳鐵電耗降低44度電。同時，產(chǎn)品的指標(biāo)也有很大提高，產(chǎn)品合格率高，產(chǎn)量也有所增加，平均每天增產(chǎn)1.322噸。具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]譚策衡，湯永寧.24000kVA硅錳電爐的設(shè)計(jì)及實(shí)踐[J].鐵合金，1992-12-26.

[2]譚策衡，方麗雅，康金林.硅錳電爐自動化上料系統(tǒng)[J].上海金屬，1992-04-30.