高炉供料综合自动控制系统

一、设计前言：

【1】供料子自动化系统网络管理层为100M的光纤工业以太环网，与各西门子DCS硬冗余系统（PCS7系统）控制站和监控站都挂在此层；而现场设备层采用Profibus-DP现场总线系统，将现场I/O模块都挂在此层。

【2】供料子自动化系统采用目前最快（最快达12M）的Profibus-DP(简称PB-DP)现场总线系统,采用主-从方式进行工作,目前配置两条网络链路（两个通讯处理器CP），一条链路为运焦、运杂系统，一条链路为运烧结系统，任一条链路的通讯距离最长达9.6KM，可接入设备达126个，可见扩展能力非常之大，将来要扩展系统只需增加通讯处理器CP即可。

【3】 Profibus-DP现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上可接多个设备，因此电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少，采用现场总线技术较常规设计方法三电总投资亦可节省约30%以上。

【4】供料系统主控制室一般设置在高炉矿槽上转运站，这样便于处理槽上问题。

【5】对于皮带供料中常见的堵料、打滑、跑偏等故障都有可靠的测控措施，保证供料生产安全、高效。

二、系统功能：

高炉供料综合自动控制系统正常投入运行后可达到以下功能目的：

【1】操作人员在控制室内，在供料过程监控画面的帮助下用鼠标简单地点击就可实现准确自动向高炉槽上料仓供各种物料，且岗位工远离粉尘源而不受危害。

【2】槽上皮带小跑车在料仓上采用双重定位系统，确保小跑车定位准确，从而根本上杜绝混料、上错料故障的发生。

【3】完善的皮带测控保护系统保证供料的安全，如各种常见的堵料、打滑、跑偏等故障的检测和保护。

【4】启用料仓的料位在线实时计算机监控，确保高炉断料现象尽可能减少。

【5】皮带通廊（白天时自然光照不到的通廊除外）照明系统亦可实现自动控制。

【6】高炉供料系统实现综合自动控制，除可极大保证给高炉供料准确、快速、可靠之外，还可极大地减少供料车间操作岗位工人的配置，例如：某钢铁集团公司炼铁厂供料车间在高炉供料实现自动化前，当时铁厂年产铁水100万吨，需要超过350人操作及维护当时的高炉供料系统；实现高炉供料综合自动控制后，当铁厂年产铁水1000万吨时，仅用不到150人就可较轻松操作及维护好整个10倍供料量的高炉供料系统，减员增效惊人。

三、设计思路：

【1】根据槽上启用料仓的料位自动向启用料仓上料，停用料仓不上料。槽上启用料仓料位下降至下限时，自动（或半自动）判断上料路径后，相关所选皮带最快速依次启动，缩短启动时间，加快上料速度；上料料仓料位上至上限时，延时依次自动停皮带，大大缩短皮带空转时间，最低限度减少电能浪费。料仓料位检测采用接触式射频导纳物位计开关量检测及非接触式雷达物位计模拟量检测两者结合，综合准确判断启用料仓的料位值。

【2】槽上皮带小跑车电机采用变频器驱动，可实现平稳启动，小跑车快接近目标位置时减速逼近，到达目标位置时零速度状态下抱闸，这样小跑车在料仓上的定位就很准确，且不会出现高速度状态下抱闸因惯性而出轨的严重设备故障。小跑车在料仓上的位置检测采用了双重检测系统：多圈绝对值编码器检测与控制+接近开关检测修正。多圈绝对值编码器负责检测槽上皮带小跑车的位移，精确控制小跑车在每个仓的若干个卸料点准确卸料，最大限度地利用料仓容积。接近开关负责修正绝对值编码器的检测，当接近开关动作时，PLC将当前位置的预置值与多圈绝对值编码器检测值作比较，当差值小于下限时不修正，当差值大于下限时执行修正，当差值大于上限时则报警，且不允许跑车卸料（定位不成功则不允许各料头下料口放料，后序皮带不允许启动）。

【3】皮带测控保护系统包括：自控专业负责跑偏检测、拉线急停控制、打滑检测（横向拉断亦可检出）、堵料检测；电气专业负责皮带电机堵转过载、缺相、短路故障的保护；还应有工业电视监控系统负责监控槽上料仓装料、三通及四通分料、各料种源头的放料。

【4】跑偏检测：一级跑偏常开接点接进PLC的现场I/O模块(防护等级为IP67的现场PB-DP总线子站)。一级跑偏动作时，仅中控室操作站的画面上报警闪烁指示。二级跑偏常闭点串联接入皮带接触器线圈控制回路。皮带因二级跑偏而停机时，在中控室操作站的画面上就能准确知道是哪个跑偏动作，故障定位迅速准确，现场处理人员置机旁操作箱的“机旁手动／联锁自动选择开关”在左位（机旁手动位）时，二级跑偏常闭点被自动短接5分钟（短接时间的长短可由上位机设定及更改），这样在机旁就能点动皮带并调整皮带至正常。

【5】拉线急停：采用人工手动复位式双向拉线开关，这能确保急停作用的可靠性。一对常闭点串联接入皮带接触器线圈控制回路。一对常开接点接进PLC的现场I/O模块，当皮带因拉线开关动作而停机时，在中控室操作站的画面上就能准确知道是哪个拉线开关动作，故障定位迅速准确，为现场处理人员提供准确信息。

【6】打滑检测：一个探头（3线PNP接近开关）安装于皮带机尾轮旁，使用具有模拟量0~20mA输出的转速监控器（安装在机旁箱内）,实时检测皮带尾轮（被动轮）的转速（皮带启动完成前不检测）,当皮带打滑或横向拉断时转速监控器的输出变小至小于预设置的报警值，则发出皮带打滑（横向拉断）声光报警并且它前面（逆物料输送方向为前）的所有设备立即自动停止而下料口关门停止放料，而后面设备仍继续运转至料空为止，尽量避免设备带料起动。

【7】堵料检测：倾斜开关安装在每条皮带机头上实现对堵料的检测。当检测到倾斜开关动作信号超过2秒则发出堵料声光报警并且它后面（顺物料输送方向为后）的所有设备立即自动停止而下料口关门停止放料，而前面设备仍继续运转至料空为止，尽量避免设备带料起动。

四、总线优点：

高炉供料综合自动控制系统采用PB-DP现场总线技术的主要优点如下

【1】节省硬件数量和安装费用：现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上可接多个设备，因此电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节省安装费用60%以上。

【2】设备维护开销减少：由于现场控制设备具有自诊断与故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。

【3】用户具有高度的系统集成主动权： PB-DP工业现场总线是一种开放式的总线系统，用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而被“框死”选择使用设备的范围，也不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展。使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。

【4】抗干扰能力更强：由于总线控制方式采用的是数字串行通讯方式，电缆采用的是屏蔽双绞线，它抗干扰能力比传统离散控制方式具有更强的抗干扰能力。

【5】提高了系统的准确性和可靠性：由于现场总线设备的智能化，数字化，与传统离散控制系统相比，从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传输误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，提高了系统的工作可靠性。

【6】采用总线控制方式系统，其性能大幅提高，使控制系统的档次跨越了一个台阶，同时使用更加简单，主要体现在以下一些方面：

a.自动诊断，显示故障位置。诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装置和连接件的短路、断路故障，从而使设备维修人员可以通过故障指示灯迅速发现系统的各种故障位置和状态。

b.系统调试更加灵活方便，可根据需要将系统分为几个部分分别进行调试。在进行复杂故障的排除中也可以采用同样的方法。这在采用现场总线技术以前是做不到的。

c.系统的改造和扩大简单，实施时只需要将总线电缆继续延伸，加入相应的节点就可以，同时总线控制系统可重复利用。

d.主控制器可通过总线获取更多的现场设备信息，更好的满足控制系统信息集成的要求，为实现设备网络化管理提供现场级的基础网络。

e.许多总线节点具有IP67的防护等级，具有防水，防尘，抗震动的特性，可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线盒，使系统美观而实用。对于自行小车和升降机等移动装置，现场总线的应用具有独特的优势，可以大量减少导轨中电缆的数量，使系统便于使用和维护。