年產(chǎn)60萬t礦渣微粉生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計

劉讓建

（山東魯碧建材有限公司,山東 萊蕪 271103）

0 前 言

礦渣作為冶金工業(yè)的副產(chǎn)品，每年產(chǎn)量巨大，超細礦渣粉具有良好的水化性能，用超細礦渣粉制備水泥，代替水泥制備高性能混凝土，是水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。將礦渣單獨粉磨成超細微粉，已成為水泥生產(chǎn)的必然和發(fā)展趨勢。

本文以我公司60萬t礦渣微粉項目為背景，結(jié)合我公司礦渣微粉的實際生產(chǎn)情況，設(shè)計了本自動控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了生產(chǎn)效率的提高和產(chǎn)品質(zhì)量的改善，并且該系統(tǒng)除了具備良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力外，還具有與其他控制系統(tǒng)通訊的能力和標準的對外通訊接口，從而提高了企業(yè)的競爭力。

1 礦渣微粉生產(chǎn)工藝流程

濕礦渣由鏟車下料經(jīng)受料槽下皮帶輸送機輸送入配料站礦渣鋼板倉。按照化驗室給定的配比，由中控室控制配料后連續(xù)喂入立磨內(nèi)進行烘干、粉磨、選粉等一系列物理變化過程。通過磁鐵分離器和金屬探測分離器來完成喂料的金屬分離過程，分離后的礦渣從它的儲存?zhèn)}中卸出，通過稱重喂料機，計量后至皮帶喂料機，并提升到喂料口高度喂料。粉磨后的成品微粉由袋式收塵器收集后經(jīng)空氣輸送斜槽、提升機等設(shè)備輸送入礦渣粉庫，根據(jù)需要礦渣粉可通過庫側(cè)、庫底散裝放料出廠。工藝流程如圖1所示。

圖1 礦渣微粉生產(chǎn)工藝流程

按照工藝要求對整個生產(chǎn)過程進行分析，確定整個系統(tǒng)需要4-20mA模擬量輸入（AI）78點，模擬量輸出點（AO）為20點、數(shù)字量輸入（DI）和數(shù)字量輸出（DO）分別為330點和126點。其中熱電偶，熱電阻進入控制柜均轉(zhuǎn)為4～20mA信號。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計與實現(xiàn)

該控制系統(tǒng)采用Siemens STEP7系列PLC硬件組成基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)；處理器型號為6ES7416-2XK04-OAB0，上位機采用工控機；采用WINCCV6.0監(jiān)控軟件，Windows XP作為系統(tǒng)平臺界面，組成計算機化的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)人機通訊；控制站與站之間采用Profibus總線進行通訊，控制器與上位機之間采用工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。

針對礦渣微粉自身所涉及的輔助系統(tǒng)多、I/O點數(shù)龐大的特點，我們利用先進的DP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各自獨立的輔助子系統(tǒng)連接成網(wǎng)。并且結(jié)合我公司原有以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成環(huán)形以太網(wǎng)，使整個系統(tǒng)功能強大，使用可靠，維護方便。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 硬件及網(wǎng)絡(luò)配置

各個遠程站通過PROFIBUS總線連接頭連在一起，最終連到主站S7-416 CPU上，以進行數(shù)據(jù)通信。例如，熱風爐S7-200與S7-400主站通過總線連接進行通訊操作，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)Dp通訊示意圖

而磨機本體系統(tǒng)S7-300與S7-400主站則通過以太網(wǎng)連接進行數(shù)據(jù)通訊，并通過網(wǎng)關(guān)與原系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)形以太網(wǎng)，主機可以以太網(wǎng)上裝或下裝用戶程序，執(zhí)行控制命令，還可以向STEP7讀寫寄存器數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)構(gòu)建，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊示意圖

2.2 下位機控制程序的編寫

該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)編程軟件采用由德國西門子公司提供的STEP7（V 5.3）開發(fā)軟件，該編程軟件基于Windows xp系統(tǒng)，可進行離在線編程、監(jiān)視執(zhí)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)設(shè)定等，操作方面、直觀，具有在線跟蹤和程序診斷功能。程序的編制如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)程序的編制示意圖

控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能

（1）設(shè)備單機起、?！妹颗_設(shè)備可以單機起、停，主要是檢修后的單機試車時使用。為了確保安全，編寫了程序代碼，實現(xiàn)了起停確認詢問框，只有按下相應(yīng)的確認后，設(shè)備才進行相應(yīng)的起、停動作。

（2） 設(shè)備聯(lián)鎖起、?！冒凑談澐趾玫牧狭?，每條料流均按工藝要求的起、停順序、延時等進行相應(yīng)的聯(lián)鎖起、停動作。

（3）安全連鎖∶對磨機、選粉機、減速機等設(shè)備，如油站潤滑等不具備條件時，不能開車并報警。在磨機及選粉機啟動后，若檢測到油站油箱溫度低于低限時，自動啟動加熱器進行加熱;達到一定值時停止加熱，不至于造成設(shè)備帶載停車。

（4）熱風爐溫度控制∶通過控制給煤量及風機給風量控制熱風爐溫度及烘干機出口物料溫度。

（5）溫度產(chǎn)量自協(xié)調(diào)：由于工藝要求烘干機出口物料溫度不高于80℃即可，因此，通過程序?qū)崿F(xiàn)了根據(jù)烘干機出口物料溫度來自動修正濕渣下料量的功能，達到提高產(chǎn)量、降低消耗的目的。

（6）選粉細度控制∶通過在監(jiān)控畫面中設(shè)定選粉機變頻器的頻率，來控制礦渣微粉的細度。

2.3 上位機監(jiān)控畫面的制作

操作站監(jiān)控軟件采用德國西門子公司的WINCC(V 6.0) 工業(yè)自動化組態(tài)軟件 ，該編程軟件基于Windows XP系統(tǒng)，適用于西門子PLC，可進行離在線編程、監(jiān)視執(zhí)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)設(shè)定等，操作方面、直觀，具有在線跟蹤和程序診斷功能。WINCC的后臺數(shù)據(jù)庫采用MS SQL SERVER 2000,其運行數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)片斷中，工程師可以根據(jù)尺寸，需求組態(tài)最大容量或根據(jù)時間周期啟動新的數(shù)據(jù)庫歸檔片斷。當歸檔數(shù)據(jù)連續(xù)的寫入數(shù)據(jù)庫，單個數(shù)據(jù)片斷的尺寸到達或者時間界限到達時，系統(tǒng)會自動開啟另一個數(shù)據(jù)片斷進行歸檔。當數(shù)據(jù)片斷的總體尺寸達到最大時，最早的數(shù)據(jù)片斷就會被覆蓋，重新開始新的歸檔。

在畫面上可顯示生產(chǎn)線各部分及輔助設(shè)施的溫度、壓力、流量分布狀況，采集的實時數(shù)據(jù)，當日及歷史產(chǎn)量報表，實時/歷史趨勢，報警閃爍畫面，顯示和完成各設(shè)備的狀態(tài)及啟/停操作，完成各調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)，各系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)與軟手動調(diào)節(jié)、硬手動調(diào)節(jié)的無擾自動切換，各調(diào)節(jié)閥的操作及調(diào)節(jié)和保持。各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示等。磨機本體運行畫面如圖6所示。

圖6 立磨系統(tǒng)運行畫面

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)自2010年運行以來，運行穩(wěn)定、可靠，操作靈活，滿足了后續(xù)生產(chǎn)的需要，也滿足了今后擴大產(chǎn)能的需要，降低了操作人員的勞動強度，大大提高了產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，提高了企業(yè)核心競爭力。

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