Modicon PLC 在燒結(jié)自動化中的應(yīng)用

[摘 要]論述了Modicon PLC的特色和燒結(jié)廠在自動化生產(chǎn)上的需要，在文章中作者提出了一套切實可行的方案，可以有效地解決燒結(jié)生產(chǎn)中存在的問題，并在實際工程中得到了驗證。
在當今的冶金生產(chǎn)工程中，煉鐵原料的燒結(jié)處理是必不可少的一環(huán)，而燒結(jié)工藝過程的關(guān)鍵參數(shù)就是各種原料的配比。對配比的精確控制是實現(xiàn)高質(zhì)量燒結(jié)礦的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)的燒結(jié)生產(chǎn)，對于各個料種的給料量控制采用了手動方式，或者單料種的給料自動下料，整個系統(tǒng)沒有進行集中控制，生產(chǎn)數(shù)據(jù)也不能及時地反映給生產(chǎn)管理人員，從而造成了生產(chǎn)人員勞動負荷較大，產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣不能及早預(yù)知。
目前的PLC系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展得很完善，具有各種處理能力，除了傳統(tǒng)的順序控制外，數(shù)學(xué)運算能力已經(jīng)接近（奔騰）計算機。PLC在燒結(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大地提高了燒結(jié)生產(chǎn)的自動化水平，一些新的控制策略和思想可以很方便地實現(xiàn)，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，為現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)對生產(chǎn)過程更高層次的管理提供了極為方便的實現(xiàn)手段。
1 Modicon Quantum PLC
Modicon Quantum PLC系統(tǒng)是具有數(shù)字量處理能力的專用計算機系統(tǒng)，Quantum具有模板化、體系結(jié)構(gòu)可擴展的特點，廣泛用于工業(yè)和制造過程中的實時控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用遠程I/O的800系列）、I/O接口、通訊模板、電源和底板。

Modicon Quantum PLC軟件系統(tǒng)功能強大，符合國際IEC1131標準的全部規(guī)定，提供了多種編程語言供用戶選擇，用戶實現(xiàn)其控制思想的手段大大增強，特別是程序生成的設(shè)計與編程與PLC無關(guān)，并且?guī)в蟹植际胶投喙δ躊LC系統(tǒng)的現(xiàn)代化硬件體系、與強大的操作員和監(jiān)視系統(tǒng)（MMI）的接口以及最新通訊系統(tǒng)的配置。
2 北鋼三燒燒結(jié)自動化系統(tǒng)
北鋼三燒燒結(jié)自動化系統(tǒng)是以高可靠性工業(yè)微機、可編程序控制器（PLC）為核心而構(gòu)成的全分布式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)；變頻調(diào)速系統(tǒng)以施耐得公司的Altivar 58變頻器為核心組成，整個自動化系統(tǒng)具有90年代末國際先進水平。
系統(tǒng)采用MB+網(wǎng)絡(luò)作為主要連接方式，輔助以遠程I／O工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組成一個完整的自動化體系，由可編程控制器（PLC）操作站、上位計算機組成。PLC控制工藝設(shè)備的運行，檢測系統(tǒng)中各個生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)及工藝參數(shù)，并按確定的控制程序?qū)Ω鱾€設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)。操作站主要功能是操作人員通過CRT上的實時動態(tài)畫面監(jiān)視現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對生產(chǎn)過程進行必要的控制和調(diào)節(jié)，以及進行趨勢分析等。上位計算機記錄、處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)運行方式
根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)從整體上說具有三種基本的運行方式：
現(xiàn)場手動運行
計算機聯(lián)鎖運行
計算機解鎖運行
“現(xiàn)場手動運行”是指操作人員在現(xiàn)場的機旁箱上進行的設(shè)備的啟／停操作以及設(shè)備運轉(zhuǎn)速度設(shè)定。當一臺設(shè)備處于現(xiàn)場手動運行狀態(tài)時，這臺設(shè)備就完全從整個系統(tǒng)中脫離出去了，設(shè)備的啟動、停止完全受現(xiàn)場操作人員的控制，這臺設(shè)備也就不能再參與系統(tǒng)的任何連鎖了。
“計算機聯(lián)鎖運行”和“計算機解鎖運行”從控制方式上講，可以統(tǒng)稱為“計算機自動運行”。
“計算機聯(lián)鎖運行”是指處于自動運行的所有設(shè)備每時每刻都參加各自的所有的條件連鎖，例如運行安全聯(lián)鎖、工藝參數(shù)連鎖、啟停順序連鎖等等。當系統(tǒng)處盂聯(lián)鎖狀態(tài)時，它的啟動、停止既受別的設(shè)備的影響，也會影響別的設(shè)備的啟動、停止，系統(tǒng)各個設(shè)備的運行環(huán)環(huán)相扣。
對于燒結(jié)配料這樣的物料輸送系統(tǒng)來說，這一點特別重要，有效地防止因下游設(shè)備故障而引起上游皮帶的堆料就是“聯(lián)鎖運行”的重要作用之一。
“計算機解鎖運行”是指處于自動運行的所有設(shè)備不再隨時判斷它的運行和停止條件，該臺設(shè)備的啟動、停止僅僅受操作人員在CRT上對他發(fā)出的啟停命令的影響，操作人員通過一臺CRT就可以隨意控制接入計算機的所有設(shè)備。這種運行方式，為設(shè)備的試車、檢修等針對單臺設(shè)備的操作提供了極大的方便。
但是要注意，從系統(tǒng)安全角度來說，“計算機解鎖運行”方式具有一定的危險性，特別是當整個系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，如果系統(tǒng)解鎖，就很有可能造成物料堆積、設(shè)備損壞等等十分討厭的結(jié)果。所以，除非真的有必要，一般不要采用“計算機解鎖運行”方式，而應(yīng)該把系統(tǒng)長時間的置于“計算機聯(lián)鎖運行”狀態(tài)。
4 系統(tǒng)的啟動和停止
系統(tǒng)啟停方式包括下列4種：
緊急停止
順序停止
順序啟動
同時啟動
緊急停止用于需要所有參與配料的設(shè)備立即停止運行的場合，例如發(fā)生緊急情況要立即使系統(tǒng)停車時。
當點擊“緊急停止”按鈕時，系統(tǒng)所有正在運行的給料設(shè)備全部立即停止運行，只有處于現(xiàn)場機旁手動的設(shè)備不理會，仍然處于它自己原來的運行狀態(tài)。
順序停止用于希望長時間停車的場合，這樣可以保輸送皮帶上的物料都運送干凈，使皮帶處于物料狀態(tài)，并且可以保證料尾對齊。
順序啟動用于系統(tǒng)的初次運行或者順序停止后的系統(tǒng)再次啟動，順序啟動功能可以控制參加配料的給料設(shè)備按照皮帶的運行方向按一定的時間間隔依次啟動，保證料頭能夠?qū)R。
同時啟動用于急停后的系統(tǒng)再次啟動。
同時啟動能夠使系統(tǒng)在上一次的“斷點”處接著往下進行，就象沒有發(fā)生過任何事情一樣。
5 設(shè)定目標量的自動跟蹤
配料系統(tǒng)所使用的給料設(shè)備具備調(diào)速功能，并且已經(jīng)通過MB+網(wǎng)的形式接入了計算機，這是自動跟蹤下料量的硬件基礎(chǔ)。
系統(tǒng)實現(xiàn)目標值自動跟蹤的軟件基礎(chǔ)是在PLC中嵌入了調(diào)整靈活的PID功能，通過合理的設(shè)置PID的參數(shù)值，可以在響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)穩(wěn)定度之間取得平衡，優(yōu)化自動調(diào)節(jié)和跟蹤的效果。
當一個料種的給料目標值被設(shè)定或者被自動計算出來以后，作為PID模塊的給定值輸入到模塊中，而現(xiàn)場各類皮帶秤的輸出作為反饋信號也輸入到PID模塊中，最后計算機按照PID方式作出篩選的響應(yīng)，這種響應(yīng)被轉(zhuǎn)換為變頻器的設(shè)定頻率值，從而可以根據(jù)設(shè)定值與皮帶秤的偏差來調(diào)節(jié)給料電機的轉(zhuǎn)速，最終達到穩(wěn)定給料量的目的。
除了自動方式外，還有一種手動調(diào)節(jié)給料速度的方式，那就是“PID手動給定值”輸入，當選擇了這項功能時，可以直接輸入給料電機的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)不再使用PID方式進行調(diào)節(jié)，也不再考慮皮帶秤的輸出，給料電機的轉(zhuǎn)速用這種方式就可以直接控制。
手動給定的是一個百分比值，它的含義為變頻器最高輸出頻率的百分之多少，輸入范圍應(yīng)在0～100％。目前，批料系統(tǒng)所有變頻器的最高頻率都設(shè)定為50Hz，當變頻器的輸出為50Hz時，給料電機達到最高轉(zhuǎn)速。
畫面的下方為皮帶秤的實際輸出值，當調(diào)整手動給定百分比時，可以觀察皮帶秤的輸出值，不斷地增加或者減少百分比值，就可以讓皮帶秤的輸出達到設(shè)定目標值。
PID的3個參數(shù)直接關(guān)系到PID的響應(yīng)特性。
一般的來說，P值是一個比例參數(shù)，它沒有單位，P值越大，對于同樣的偏差，PID的響應(yīng)輸出就越大，但調(diào)節(jié)輸出的穩(wěn)定性就越糟糕，甚至產(chǎn)生劇烈的震蕩；I值的含義是積分時間，它的值越大，系統(tǒng)的響應(yīng)時間就會越長，當輸入有變化時，PID的輸出達到最后穩(wěn)定的時間就會越長；D值是一個微分時間，它的值越大，PID對輸入偏差就會越敏感。
以下是P、I、D三個參數(shù)在實際使用中的取值范圍：
P：0.5～20
I：5～40s
D：0～5s
6 結(jié)束語
該系統(tǒng)已經(jīng)于2001年在北臺鋼鐵公司第二煉鐵廠的燒結(jié)車間投入實際生產(chǎn)運行，Modicon Quantum PLC系統(tǒng)非常穩(wěn)定，軟件設(shè)計完全滿足現(xiàn)場需要，一改多年來手動操作進行生產(chǎn)的狀況，極大地提高了生產(chǎn)的自動化水平。