基于PLC的高炉上料自控系统设计（论文）.docx

基于PLC的高炉上料自控系统设计摘要本设计介绍了西门子S7-200 PLC在炼铁高炉上料料控制系统中的运用，通过西门 子S7-200PLC与高炉上料系统的结合，设计出可编程序控制器的控制装置，基本上完 成了 120n?高炉供料电气控制系统的硬件设计实现了布料（槽上）和槽下卷扬的实 时控制和生产过程自动化的目的基于PLC的高炉上料自控系统的设计，提高了高炉 上料控制系统的自动化水平、可靠性，实现了上料系统的实时监控和灵活方便具有 一定的参考应用价值关键词：可编程序控制器 咼炉 上料系统 自动控制PLC-BASED AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OFBLAST FURNACE DESIGNABSTRACTThe S7-200 PLC of SIMATIC Company was successfully applied in the control system of the feed-in the raw materials of the blast furnace. Siemens S7-200 PLC combine with blast furnace charging system,from a scheme of control device of programmable controller,finish the hardware design of electrical control system of 120m3 blast furnace material loading.Have realized the purpose of the realtime control of material providing and production process automation under the through and rise. Have used PLC in the design,There is a growing interest for the application of PLC and its networks in the field of industrialautomation. The automatic function and reliability of the feeding system in blast furnace are improved by the application.The realtime monitoring is realized and the technological composition can be easily made.KEY WORDS pic blast furnace charging system automatic control中文摘要 I英文摘要 II1绪论 11.1高炉上料系统的作用与地位 11.2高炉上料系统的传统控制方式 11.3高炉上料系统PLC控制方式 22总体方案设计 32.1炼铁工艺过程概述 32.2高炉上料设备及工艺简介 32.3操作方式 52.4控制方式 52.5设计概述 63 PLC控制系统设计 73.1 PLC 简介 73.1.1可编程控制器的发展史 73.1.2 PLC的硬件组成结构 83.2 I/O点分配 93.3 PLC控制电路的设计 113.3.1 PLC控制器选型及硬件配置 113.3.2料车上料系统 113.3.3高炉料钟装料系统 133.3.4探尺系统 153.3.5电气控制系统原理图 164 PLC控制系统软件设计方案 194.1 Step7软件介绍 194.2 PLC控制程序的设计 194.2.1程序的基本结构 194.2.2动作流程图 194.2.3梯形图设计 215模拟调试 256结论 29致谢 30参考文献 311绪论1.1高炉上料系统的作用与地位高炉是炼铁或者炼钢生产的核心设备，是一种规模大、要素多、要求严格的冶 炼过程，其良好的运行能为后续的生产过程提供充足而优质的原料保证，这对控制 系统的可靠性提出了较高的要求。

尤其是高炉的大型化趋势越来越明显的情况下， 用人工执行是非常困难的，故其能稳定、有序、准确的工作是很重要的这就要求 高炉实现自动化的生产方式高炉上料系统是炼铁高炉系统中最重要的一环，及时、准确的上料是保证高炉 产量和产品质量的前提高炉上料系统的整套动作过程包括料车上料系统和炉顶布 料系统料车上料系统必须快速严谨，如果上料慢，赶不上料线，影响产量，而上 错料，高炉将不能正常生产，甚至得拉风、休风高炉布料指高炉炼铁过程中，炉料（主要是矿石和焦炭）在高炉炉喉的分布高炉 布料的基本规律是高炉冶炼工艺理论的重要组成部分，控制高炉布料是高炉操作的 一个重要手段习惯上称之为“上部调剂”通常高炉炉料是分批装入高炉炉喉的 根据经验确定一批料的矿石量与按焦炭负荷确定的批料焦炭量组成料批，通过布料 设备双钟和旋转布料器装入炉喉高炉是一种逆流反应器，煤气在高炉下部产生， 而后上升穿过料层；炉料从上部下降与煤气作用，完成加热、还原、造渣、熔化等 冶炼过程炉料在炉内由上而下，温度逐渐升高，直到熔化前，一直保持炉喉布料 的层状结构焦炭多的地方煤气流较发展，因而炉料温度升高快，可见高炉布料对 煤气分布以及软融带的形状和位置等是有重要影响的，这关系到煤气能量的充分利 用，炉料的顺利下降以及高炉一代寿命的长短。

正常的高炉行程在炉内圆周方向上 煤气与炉料的分布都是均匀或基本均匀的高炉上料装置是生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大减轻工人劳 动强度，提高生产效率1.2高炉上料系统的传统控制方式早期高炉上料控制系统多采用继电控制，主要存在两大缺陷，一是控制系统复 杂，联锁环节多，外部连线多，故障频繁；二是工作模式只有手动和机旁两种操作 方式，手动操作用于生产，机旁操作用于机构调整，不能实现自动化产虽然说继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域他们比以往的产品具有更高 的可靠性但是，这也是随之带来的一些问题如绝大多数控制继电器都是长期磨损 和疲劳工作条件下进行的，容易损坏而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在 一起产生误操作，引起严重的后果再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设 备，其控制箱将是庞大而笨重的在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的 热及噪声，同时也消耗了大量的电能并且继电器控制系统必须是手工接线、安装， 如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试1.3高炉上料系统PLC控制方式随着电子技术的发展及普及应用，采用PLC作为主控制器实现高炉上料系统的 自动控制成为技术进步的必然。

它有效解决了传统继电控制的缺陷，提高高炉上料系 统的稳定性、实全性、可靠性和自动化，为高炉的稳产、高产创造了技术和设备条件 使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、 效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点虽然在工业控制系统中所使用的继 电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于PLC的出现已经改变了工业控制设计者的 设计思想编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动 控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接 口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制PLC 可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连显示器作为人机界面（HMI）是 一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按 钮、选择开关、信号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子 排所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行PLC可以方便、快捷地对生产过 程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、 ASCII字符等方式进行显示在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运 行状态。

PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员 通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印 可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利特别是现在, 由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从 而更广泛地应用于众多行业因此，近年来国内很多高炉的控制系统采用了 PLC控制2总体方案设计2.1炼铁工艺过程概述高炉炼铁生产是冶金（钢铁）工业最主要的环节高炉冶炼是把铁矿石还原成生 铁的连续生产过程铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分 批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构 矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口 放出其生产工艺流程如图2-1所示：图2-1炼铁生产工艺流程2.2高炉上料设备及工艺简介高炉上料系统是炼铁高炉重要组成部分，图2-2为高炉上料系统示意图:注：1配料仓2电振机3振动筛4称量斗5主皮带机6粉矿皮带机7碎焦皮带机8中间仓9料车10小钟11大钟12布料器13均压阀14左右探尺上料系统以料车为界，前部分是配料系统,后部分是上料系统。

配料是高炉优质、 高产、低耗的先决条件，所谓配料就是根据高炉对原燃料的产品质量要求及原料的化 学性质，将各种原料、溶剂、燃料、代用品及时返矿等按一定比例进行配加的工序 配料的目的是根据炼铁过程的要求，将各种不同的含铁原料、溶剂和燃料进行准确的 配料，以获得较高的生产率和性能稳定的优质铁水，符合高炉冶炼生产的要求配料 系统有7个配料仓，其中2个焦仓、1个杂仓、1个熔仓、3个矿仓；5台电振机和5台振 动筛，分别由一台电动机驱动；7台1.3m3称量斗，称量斗料空、料满信号来自称量仪 表，料空时，相应的电振机、振动筛起动，料仓下料，直到料满停止自动配料时， 称量斗开/闭由配料程序控制；手动配料时，根据配料单人工操作主皮带机将配料 送到中间仓等待料车，粉矿皮带机和碎焦皮带机分别将筛除的粉矿和碎焦送走因本 文主要考虑的是高炉上料系统，配料部分不做过多考虑上料料系统由料车、卷扬机、布料器、大小钟、均压阀、左右探尺等设备组成 按流程可简单分为料车上料系统以及炉顶布料系统料车上料系统是料车按生产要求将中间仓内已配好的物料送到炉顶的过程炉顶布料指高炉炼铁过程中，炉料（主要是矿石和焦炭）在高炉炉喉的分布高炉 布料的基本规律是高炉冶炼工艺理论的重要组成部分，控制高炉布料是高炉操作的一 个重要手段。

习惯上称之为“上部调剂”通常高炉炉料是分批装入高炉炉喉的根 据经验确定一批料的矿石量与按焦炭负荷确定的批料焦炭量组成料批，通过布料设备 双钟和旋转布料器装入炉喉高炉是一种逆流反应器，煤气在高炉下部产生，而后上 升穿过料层；炉料从上部下降与煤气作用，完成加热、还原、造渣、熔化等冶炼过程 炉料在炉内由上而下，温度逐渐升高，直到熔化前，一直保持炉喉布料的层状结构 焦炭多的地方煤气流较发展，因而炉料温度升高快，可见高炉布料对煤气分布以及软 融带的形状和位置等是有重要影响的，这关系到煤气能量的充分利用，炉料的顺利下 降以及高炉一代寿命的长短正常的高炉行程在炉内圆周方向上煤气与炉料的分布都 是均匀或基本均匀的其基本的动作顺序是：卷扬机将料车送到炉顶，配料倒入小钟斗大、小钟严格 互锁，不能同时打开，当大钟斗一批料未满，小钟开启，料投入大钟斗，一批料满且 料线信号到，大钟开启，经布料器后,配料均匀倒入炉内开大钟时同时打开均压阀, 使大钟斗和炉压。