基于網絡控制技術的燒結機自動化解決方案

1 引言

　　隨著工業控制技術的快速發展，生產過程控制越來越依賴于網絡，工業網絡應用從分布式總線到工業以太網，以及更快的內存映像網等，應用種類越來越多，速度也越來越快。怎樣合理搭配網絡資源，做到既能使網絡控制快速高效，又要合理利用網絡資源，不盲目求快求大，就成了現場工程師們研究的主要課題。近幾年來，隨著國家發展循環經濟思想和可持續發展戰略的深入貫徹，冶金生產中對燒結礦的產量和品質提出了更高的要求。某單位燒結機改造項目中，在原有2×120平方米燒結機的基礎上，增設了3#燒冷機組，擴容原有配料、混料、成品等系統，利用這次機會，有關單位和現場技術人員，在多種網絡協同控制方面進行了有針對性地研究和應用，取得了很好的效果和效益。

2 工藝系統簡述

　　120平方米燒結機系統包括：配料、混料、燒冷、成品、除塵、公輔等系統。工藝系統如圖1所示。

圖1 系統工藝圖

　　2.1 混料系統

　　混料系統的作用是將配料系統輸送的原料，按照一定的比例添加污泥和水，并進行充分的攪拌，為原料進入燒結機做好準備。

　　該廠原有2套配料混料系統，分別為ⅰ系統配料系統、混料系統，ⅱ系列配料系統、混料系統。改造以后的ⅱ系列混料系統采用2次混合工藝，經由配-2皮帶機將原料送入2#圓筒混合機，加入水和污泥進行攪拌，在2#圓筒混合機出口處經混-2皮帶機、混-4皮帶機進入4#圓筒混合機，再次加水攪拌，在4#圓筒混合機出口處經由混-6皮帶機、混-8皮帶機、混-10皮帶機、混-12皮帶機、混-14皮帶機將混合好的原料送到梭式布料器，分別供1#、2#120平方米燒結機使用。ⅰ系列混料系統改造部分為在5#圓筒混合機和3#燒結機梭式布料器之間增加混-15皮帶機、混-16皮帶機，其它系統保持不變。ⅰ系列混料系統改造后供應3#120平方米燒結機使用。

　　2.2 配料系統

　　燒結改造工程中配料系統分ⅰ系列和ⅱ系列配料系統，ⅰ系列配料系統保持不變，給3#燒結機配料。ⅱ系列配料系統在這次改造中要進行增容，給1＃、2＃燒結機配料。

　　2.3 燒冷系統

　　燒冷系統為燒結機的本體系統，屬于全新設備，其作用是將混合好的原料經過點火燃燒，生成燒結礦的過程。該系統的主要設備有：燒結機、帶冷機、給料機、破碎機、皮帶運輸機、主風機。燒結機是燒結生產的主要機械設備，它由臺車、臺車驅動裝置、原料給料裝置、鋪底料給料裝置、點火裝置、風箱裝置、風量控制系統、除塵裝置、密封裝備等部分組成。首先，燒結機臺車由驅動裝置從頭部向尾部移動，在移動的過程中，經過給料裝置進行鋪底、布料，然后經過點火和燒結后，臺車到達尾部，燒結完畢，然后對生成的燒結礦進行破碎、冷卻，送到成品系統。

2.4 成品系統

　　成品系統的作用是將燒結機燒成的燒結礦，經過冷篩篩分、皮帶運輸，分別做為高爐原料、燒結返礦或燒結機鋪底料使用。

　　成品系統改造主要是增加第三組冷篩即7#冷篩、8#冷篩和9#冷篩，增加成-1a皮帶機、成-1b皮帶機和成-2a皮帶機。在鋪底料系統增加鋪-6皮帶機、鋪-7皮帶機、鋪-8皮帶機。鋪-1皮帶機通過鋪-2皮帶機、鋪-3皮帶機、鋪-4皮帶機、鋪-5皮帶機供應1#120平方米燒結機、2#120平方米燒結機鋪底料，通過鋪-2皮帶機、鋪-3皮帶機、鋪-6皮帶機、鋪-7皮帶機、鋪-8皮帶機供應3#120平方米燒結機鋪底料。改造后3臺燒結機帶冷機對應3組冷篩要求每兩臺帶冷機都具備２走１的能力。

3 電控系統升級改造

　　3#120平方米燒結機工程，上位機監控軟件采用了施耐德公司的mp7.2組態軟件包和sql2000數據庫軟件包；服務器的操作系統為windows 2000 server版，客戶端的操作系統為windows 2000 professional版；plc編程軟件采用施耐德公司的concept2.6軟件包。本次工程，在原有2×120燒結機電控系統的基礎上，新增加兩套quantumplc主站7pc、8pc。7pc下掛5個遠程站，分別控制燒冷系統的儀表系統、布料液壓系統、干油潤滑系統、風機儀控系統。8pc下掛6個遠程站，分別控制燒冷系統的電氣系統、帶冷潤滑系統。機頭、機尾除塵plc系統、余熱鍋爐plc系統由設備廠家配套。混料、配料、成品電控系統的擴容升級改造，在原有plc系統1－6pc里進行，需編程控制的開關量點數為2728點，模擬量為352路。1pc主機升級為quantum，1－4pc增加以太網通訊模塊，網絡系統更換和新增共7臺moxa交換機，利用新型智能化的moxa交換機，把重要站點組成環網結構，冗余技術的應用提高了網絡的安全性。1、2#系統plc全部升級為quantum系列，使1～8pc均可采用以太網通訊方式，全生產線的數據傳遞更加靈活、可靠，編程維護更加便捷。1～8pc同時也組建了modbus plus網絡系統，利用mb+網有針對性地承擔了部分通訊任務，合理分配了以太網和mb+網絡的網絡負荷，提高了整個生產線的穩定性。上位操作系統增設了一臺hp服務器，增加11臺操作站，原上位監控系統mp7.0成功升級為mp7.2，并且把原有上位監控系統與新3#120平方米燒結機監控系統整合在一起。上位機系統雙服務器運行，提高了系統的安全系數，完全滿足全生產線三臺120平方米燒結機的生產控制要求。電控系統網絡圖如圖2所示。

圖2 電控系統網絡圖

4 主要網絡控制技術

　　為了更好的實施多網絡協同控制，制定了詳細的實施方案，主要實施步驟如下：

　　4.1 自愈環網

　　采用新型moxa智能交換機，主要plc站和主控制操作站，包括4大主要系統(配料、混料、燒成、成品)的上位通訊和數據交換，與原1#、2#燒結機模型控制系統的通訊等等，組成自愈環網，提高網絡穩定性；利用交換機的管理功能，每個通訊節點設置ip地址和mac地址許可驗證，屏蔽多余端口，綁定在線設備ip地址，提高網絡安全性。

4.2 多種通訊方式

　　根據現場設備具體情況，分別選擇以太網通訊功能塊、mb+通訊功能塊、peercop通訊等方式，降低網絡負荷率，提高plc通訊的穩定性。既能夠滿足系統間的數據交換速率，又不會影響hmi和mp7服務器以及控制模型和plc間的數據交換速度。

　　4.3 冗余遠程i/o

　　每套plc的各遠程站之間采用冗余遠程i/o總線，實現各遠程站到cpu之間的數據實時交換。

　　4.4 上位監控系統

　　原來的1#、2#120燒結機的上位控制服務器系統平臺由mp7.0升級到mp7.2，并且和新上的3#120燒結機的上位服務器成功平臺整合到一起，可以在任一個操作員終端監控三臺燒結機的生產，提高了系統的完整性和易維護性。并且將原系統中的服務器標簽進行了優化，去除了未使用的多余標簽，提高了服務器效率，才用雙服務器運行，提高了上位系統的穩定性。

5 結束語

　　該項目在2006年11月份至2007年4月份進行了現場施工、調試，在多方合作下，順利完成了自動化系統設備的升級改造，成功開發、利用了多種先進的網絡控制技術，確保了全生產線自動化控制系統的穩定、高效運行。