PLC控制在烧结生产过程中的应用
烧结生产是钢铁生产中的重要环节，它包括原料，配料，混料，烧结和成品系统等几方面。原来的系统采用简单的单回路仪表控制，无法实现对生产过程的有效控制。这里我们采用PLC对其进行控制，能够取得较好的控制效果。
2 原料控制系统
(1) 熔剂系统
熔剂系统负责向配料系统提供消石灰、白云石、石灰石等原料。系统依有无上料要求来判断料线是否运行。由于三种物料共用一条主料线，因此设计了许多保护与判断功能，用来防止混料;
(2) 铁料系统
铁 料系统负责向配料系统提供铁料。小车自动找到要上料的物料槽之后，向料线发启动信号，铁料仓库给料圆盘则与当前要上料的品种号进行比较，结果相同的圆盘启 动给料，反之停车。当需要更换上料品种时，当前工作圆盘离线，料线保持运行，使原物料卸光，然后小车行至目标槽，新的物料开始给料。若换槽而不换品种，则 小车可带料行走，料线不发生变化;
(3) 燃料系统
燃料系统负责向配料系统提供煤粉，由三段组成，每一段料线流程的动作均依各段料线终点处卸料小车的位置和各受料料槽料位的变化情况而自动决定小车的行进目标与料线的启停。
原料系统的三个系统具有料线联锁、卸料小车自动／手动卸料、自动寻找物料对应关系和物料品种切换关系，自动找槽定位等功能。
3 自动配料系统
3.1 系统的工艺要求
配料系统的主要任务是按烧结机对物料的需求量，计算、分配、控制原料矿槽的下料量，以保证物料平衡和化学成分符合要求。工艺上对控制系统的要求是:
(1) 实现各配料秤和集料皮带机的顺序起停、单机起停和同时起停;
(2) 实现各配料秤的重量配比控制;
(3) 配比计算功能
根据总量和各台秤的配比，计算每台秤的流量设定值;
(4) 流量计算功能
根据检测到的重量信号和皮带速度信号，计算一段时间内物料的平均流量，以此平均流量作为反馈量进行PID调节;
(5) 报警功能
对经常出现的故障如堵料、皮带打滑、电机过流过载等进行声光报警，出现堵料情况时，要求自动起动矿槽上的振动器电机，恢复下料后自动停振;
(6) 热备功能
要求两个系统的两台上位机具有热备功能，即每一台上位机可同时对两个系统的下位机(PLC)进行监控;
(7) 报表打印功能
人工干预和定时打印各种时报、班报、月报等报表;
(8) 停电保护功能
停电后再次供电时，系统进行初始化复位，保证各台设备均处于停机状态，以防人身事故和设备事故的发生。
3.2 控制系统的组成
控 制系统示意图如图1所示。控制设备选用德国SIEMENS公司的PLC系列可编程序控制器。每一配料系统都配有一台上位机和一台下位机。通过数据通讯网 络，彼此相连。下位机的CPU模板采用PLC SIMATIC S7可编程控制器，上位机采用台湾研华公司的工业控制机IPC。
图1 控制系统结构图
系统配置的软件有S7-400编程软件和SIMATIC WinCC全面开放的新一代人机界面监控软件。STEP 7-400用于PLC的编程、调试和生成各种程序文档，SIMATIC WinCC用于实现人机接口功能。
3.3 检测和控制原理
系统自动调节原理如图2所示。
图2 调速系统原理图
物 料重量通过荷重传感器检测，并转变为与之成正比的直流毫伏信号，再通过直流毫伏变送器变换为直流4～20mA信号，送到A/D模板。皮带秤电机转速由直流 测速发电机测量，测速发电机输出的直流电压经电阻分压网络降压，得到与转速成正比的直流0～5V信号，送到A/D模板。假设某一时刻，皮带秤有效称量段上 的物料重量为W，皮带的线速度为V，有效称量段长度为L，则该时刻物料的瞬时流量为
F=1/L×W×V (1)
根据式(1)，可以计算每 一采样时刻的瞬时流量，并进一步计算一段时间内的平均流量。将其与操作员通过键盘输入的流量给定值比较，然后进行PID调节运算得到控制量，最后通过 D/A模板输出4～20mA的直流信号，控制变频器改变输出频率，从而改变电机转速，达到改变物料流量的目的。
3.4 系统软件设计
SIEMENS公司的STEP7系列指令系统功能非常强，不仅有丰富的用于断续控制的指令，而且有很多运算和控制指令，如PID控制指令，数据类型近十种，包括整型、实型等等，这给编程带来很大的方便。
控制软件采用梯型图语言编制。编程时，遵循软件工程规范，根据结构化、模块化原则，把功能相对独立的部分编制为一个子程序，尽量减少子程序之间的联系，主程序依据不同条件调用各个子程序，完成相应的功能．软件部分包括:
(1) 主程序;
(2) 顺序控制;
(3) 流量计算;
(4) 配比计算;
(5) PID调节;
(6) 故障处理。
另外，上电复位时，CPU自动调用故障例行子程序，完成上电保护功能。
在上述各个子程序中，流量计算中的数字滤波子程序非常重要。假如直接以瞬时流量作为反馈量进行PID调节，那么由于物料流波动很大，经常造成瞬时流量大幅度变化，使调节过程不易平稳。因此，我们利用数字滤波子程序计算平均流量并以此作为反馈值。
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