180带式烧结机控制系统描述

180带式烧机控制系统

一、主要控制总貌

根据工艺流程生产系统主要环节包括配料、燃破、混合、制粒、烧结、环冷、筛分、输送等，整个控制系统控制设备较多、分布较广、信号点数较为庞大，为了节省信号线路的敷设和施工方便，控制系统采用集散控制的思想，将以上主要环节分为三大控制系统来完成对设备和工艺的控制过程。

三大控制系统主要分为：配料系统、筛分系统和烧结控制系统。过程控制采用国际先进、品牌知名度高、技术先进、可靠性高的西门子PLC。三大系统的PLC 主控制系统采用PLC400系列，通过PROFIBUS总线下挂ET200从站，实现生产工艺的集散控制，三大系统的主PLC的CPU通过工业以太网组成环网，实现网络的冗余通讯，各系统的监控站采用与PLC监控系统配套的监控软件WINCC6.0,所有的工艺操作和设备的起停都可以在监控站完成。由于包括各系统的主PLC和各监控站已经组成环网，所以各监控站可以在线实时浏览其他PLC 所控制的设备的实时参数。系统环网入图1所示。

三个主要控制系统主要控制的工艺段的划分：

控制系统名称控制包含的工艺段

配料系统配料工艺环节

筛分系统混合、制粒、燃破筛分

烧结系统烧结机、主抽、环冷

因个控制站之间的距离较远，为了控制站之间的通讯信号稳定可靠采用了光缆传输。通过冗余交换机大大提高了通信的可靠性，如果其中两控制站之间的光缆出现故障，如筛分系统交换机和烧结系统交换机之间的光缆出现挂断，通讯会在极短的时间内转到另一分路而不影响控制系统的运行。

二、根据自动化控制系统的各个区域的主要生产工艺流程、主要的控制设备、和

控制要求配料系统：

根据配料系统的工艺流程可以看到主要的配料环节：配料系统共有15个料仓，原料分别来自于原料厂配料车间，燃破室、筛分室、汽车输送等。主要的现场电气设备包括输送原料的皮带、正反转行走小车振动漏斗、圆盘给料机、配料电子

秤、回转给料机、螺旋秤等。

配料控制系统的主要控制要求为根据生成工艺的要求将来自不同地方、不同的原理按照一定的比例均匀搭配，配料生产过程是非常重要的过程，决定了生产的质量和产量。

上图体现了整个配料系统的生产过程，通过现场操作人员在画面上设定配料总量和每种原料的配比，系统自动计算每种原料流量。画面的主要操作内容：所有设备的启动分为画面的单机启动、停止，设备整体联锁顺序起停、紧急情况下的急停、单位时间的生产总量、每种原料的配比等，显示的内容主要包括设备的运行状态、每种原料的反馈流量、每种原料的当班开始至当班结束的累积流量，变频器的运行状态、变频器通过控制计算出的设定频率和当前运行的实际频率等。为满足生产工艺的要求，保证每种原料从料仓下料的准确度，配料电子秤、星形给料机、圆盘给料机等主要设备采用了变频器驱动。通过PROFIBUS总线挂在控制网上。

配料系统部分的系统配置图：

系统的硬件组态：

实现的控制过程：

1、在程序内部通过PID调节控制变频，调节电机的转速从而实现流量的实时控

制，使每种原料的瞬时流量等于或接近于设定值；

2、控制皮带之间及皮带与设备之间的起停联锁，防止造成漏料、堆料等损毁皮

带或秤体设备；

3、采集现场的状态信号包括数字量信号或模拟量信号。数字信号重点反映设备

的运行、停止、设备故障、设备处于单机起停或联动起停、手动、自动、电动阀门的开关状态等；模拟量重点有秤的瞬时流量、电机的轴承温度等。

控制的重点或难点是流量的PID控制：

PID控制原理图：

在控制过程中利用STEP7软件的功能块FB41进行闭环控制。FB41的功能详解：FB41主要参数：

COM_RST：The block has an initialization routine that is processed when the input COM_RST is set.（详解见STEP7程序块注释）。

PID参数的设置：

PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：

一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。

PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。现在一般采用的是临界比例法。

利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整P\I\D的大小。

PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s

压力P: P=30~70%,T=24~180s,

液位L: P=20~80%,T=60~300s,

流量L: P=40~100%,T=6~60s。

三、筛分系统：

1、筛分系统的主要工艺流程图：

燃破子系统与制粒子系统：燃破子系统主要完成对燃料的破碎。如下图所示料仓的燃料经过皮带RP1，通过3个双侧式卸料器犁打入3个燃料仓，然后通过振动漏斗、给料闸门落到对应的RP2、RP3、RP4皮带，通过皮带输送到对应的对辊破碎机进行一次破碎后，燃料从对辊破碎机经对应的RP5\RP6\RP7进入四辊破碎机进行二次破碎后到燃二皮带，破碎后的燃料通过燃二皮带电机的正反转进入配料系统和制粒系统。

燃破系统的监控操作画面：

主要的控制设备通过上图可以看出包括：燃料受矿槽给矿振动漏斗、燃料胶带机、给料闸门、检铁器、对辊破碎机、四辊破碎机、及主要设备运行时除尘电动蝶阀等。画面上主要显示参数：皮带机及对辊破碎机、电动蝶阀的运行状态（自动、手动、电源合闸、运行、停机，单动、联动控制），3个燃料仓的料位。通过主控室监控画面可以实现对设备的单机启停控制和设备的整体联动控制，设备启停控制遵循先启后停的原则，除尘电动蝶阀的开启要先于对应设备的启动，关闭要滞后对应设备的停止。

通过燃料仓的料位来实现燃破一皮带、卸料器的联锁。当料仓料位处于高料位时停止往燃料仓继续大料，反之燃破皮带运行，往料仓加料。

制粒系统主要监控操作画面：

制粒系统生产流程：各种原料矿粉经过配料系统进入一混后，经过混二皮带和固定可逆皮带机打入混合料仓，通过混合料仓的振动给矿漏斗和圆盘给料机进行下料进入1#2#制粒机，来自燃破室的燃料经过燃三、四皮带进入1#2#燃料仓，燃料经过振动给矿漏斗和悬臂皮带秤进入1#2#制粒机。混合料的下料速度通过圆盘给料机进行控制，圆盘给料机电机由变频器驱动，燃料的下料速度通过皮带秤进行控制，皮带秤电机也分别由变频电机进行驱动。燃料和混合料的下料速度通过工艺设定，控制系统通过合理的控制调节完成参数要求。监控画面主要显示的

参数包括：混合仓与燃料仓的实际料线，混合料和燃料的实际料流量和设定流量，加水条件阀门开度和实际加水流量，各条皮带和设备的运行状态等。操作人员只要在此根据工艺要求进行参数设定即可实现全自动控制。

制粒机电动机为高压电机，启动和转速的调节采用液力耦合器，主要监视参数包括电机的设定速度、实际速度、电机轴承温度、电机内部定子温度、进口端油的压力、温度、出口端油的温度、高压断路器的开关状态等。2#制粒机监控参数同。筛分控制系统的硬件组态：

筛分系统根据工艺现场设备布置，分站就近的原则共设了12各分站，其中7、8、9号站为变频器，变频器作为ET200从站下挂在PROFIBUS网上，变频器需要单独配置PROFIBUS模板。

程序主要完成的控制功能：根据1#混料仓、2#混料仓的料位联锁控制混一、混二皮带、固定可逆皮带；

控制设备的启停顺序：梭式布料器---SJ-1胶带机---混三胶带机---1#2#制粒机---两制粒机分别对应的定量给料机和悬臂皮带称量机----圆盘给料机----振动给矿漏斗；

燃料和混合料下料流量计算，根据设定值自动调节变频器的输出频率，实现料流的闭环控制；

加水调节控制分手动控制和自动控制，可以通过监控画面实现对调节阀的手动控制来调节加水流量；通过水分监测仪反馈的湿度闭环调节水的流量。

对主要设备的联锁停机保护：根据制粒机的轴承温度、定子内部温度检测电机的运行状态，根据报警设定值和停机值保护电机。

梭式布料器和SJ-1胶带机的控制和信号反馈在烧结控制系统里，设备之间联锁，因此需要将以上两个设备的运行状态信号传递到筛分系统，通过以太网来完成PLC与PLC之间的通讯。

通过液力耦合器来实现对制粒机速度的调节和启动；

对现场信号的转换计算包括温度信号、压力信号、湿度反馈信号、加水流量信号、阀门开度反馈信号等。

三、烧结系统：

主要的控制设备：混合料的传输皮带、铺底料传输皮带、梭式布料器、混合料槽、圆辊给料机、烧结机、环冷机、单辊破碎机、主抽风机、煤气空气助燃风机、风箱电动阀门等。

通过下图监控画面可以看到主要的监控参数：

从筛分系统来的铺底料通过铺三胶带机进入铺底料料仓，通过重量显示料仓的料位，来自制粒的混合料进入料仓经过布料器后落入烧结机。

上图为主要设备的启动停止过程：进行联锁启动时顺序为单辊破碎机-----环冷机------烧结机------1#辊式布料器-----圆辊给料机；停止过程遵循先启后停的原则。主要的调速设备：根据工艺需要对圆辊给料机、烧结机、环冷机进行速度控制。根据烧结机料层的厚度检测和设定值来确定圆辊给料机的速度，烧结机根据生产质量对烧结机进行人工或自动速度调整，传动采用变频器和变频电机，变频器带有PROFIBUS接口和通讯模板。

电火炉的空气和煤气的自动调节，根据电火炉温度和空气煤气的比率来调整空气和煤气预热调节阀门的开度；

主抽风机作为最大的电机采用水电阻降压启动，对风机振动、轴承温度、风机电机定子温度等采用系统检测、实时保护或报警，联锁系统停机。

设备的启动分通过监控系统单机启动其中单机启动分联锁投入或解除联锁（解除

联锁为了方便单机测试设备或检修时），系统组联锁启动或停止。