摘要：本文詳細闡述了施耐德QUANTUM PLC在高爐基礎自動化控制系統中的控制內容、功能要求、軟硬件及網絡構成、詳細控制方案及調試應用體會。
一、概述
邯鄲鋼鐵集團有限責任公司位于河北省南部重工業(yè)城市---邯鄲市，1958年建廠，屬國家特大型鋼鐵聯合企業(yè)，具有年產鐵鋼材500萬噸的生產能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高爐動工建設，2000年6月高爐順利出鐵。該高爐為引進德國克虜伯鋼鐵公司的設備和技術，年產生鐵150萬噸，利用系數 2.5，焦比480kg，噴煤量150kg/t，各項經濟技術指標位居國內同類型高爐第三名。
二、機型
2000m3高爐包括高爐及熱風爐本體、水處理、煤粉噴吹、環(huán)保除塵等崗位，從性價比綜合指標考慮，采用了大量性能優(yōu)良的施耐德電氣產品。高爐熱風爐本體基礎自動化控制系統PLC選用了TSX QUANTUM系列產品，風機變頻器選用了Altivar產品，低壓電器選用施耐德軟起動器、梅蘭日蘭開關、斷路器、接近開關、光電開關等產品。
三、工藝描述
煉鐵是在高爐內進行還原反應過程，爐料、礦石、燃料和熔劑從無鐘爐頂裝入爐內，從鼓風機來的冷風經熱風爐后，形成熱風從高爐風口鼓入，隨著焦碳燃燒，產生熱煤氣由下向上運動，而爐料則由上而下運動，互相接觸，進行熱交換，逐步還原，最后到爐子下部，還原成生鐵，同時形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水和爐渣分別由鐵口和出渣口放出。
高爐自動化的目的主要是保證高爐操作的4個主要問題：即正確的配料并以一定的順序及時裝入爐內；控制爐料均勻下降；調節(jié)料柱中爐料分布及保持與煤氣流良好的接觸；保持合適的熱狀態(tài)。
現代高爐自動化主要是指儀表檢測及控制系統、電氣控制系統和過程及管理用計算機。儀表控制系統和電氣控制系統通常由DCS或PLC完成。由于高爐在鋼鐵廠處于咽喉位置，需及時和穩(wěn)定地供給煉鋼工序合格的鐵水，故其穩(wěn)定性是很重要的。近年來，高爐向大型化方向發(fā)展，稍有不正常，損失就很大，因此其穩(wěn)定性就顯得愈加重要。高爐自動化的控制性能是決定高爐穩(wěn)定順行的一個至關重要的因素。
四、系統控制內容及功能要求
高爐生產要求計算機控制系統能夠保證生產過程的連續(xù)性和實時監(jiān)控性，而且要求數據量最多，所有設備的自動化程度要高。計算機系統要求數據采集周期短，刷新速率快，特別對通訊網絡而言，數據傳輸速率、網絡穩(wěn)定性和正確性尤為重要。
1、 高爐部分
·爐頂、爐喉、爐身、爐腰、爐缸、爐底、爐基的溫度、壓力、差壓、流量、料位、重量的檢測。要求數據采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。
·爐頂壓力控制：這是高爐生產中最重要的、必須投入自動運行的控制。正常情況下，高爐頂壓為250±3KPa。2000 m3高爐頂壓調節(jié)采用了比肖夫環(huán)縫洗滌塔專利技術，串聯方式的上下兩級喉口一個投入自動，一個投入手動。
·爐身靜壓校正：在高爐不同高度測量爐身靜壓力，可以較早得知爐況變化，較準確判斷局部管道和懸料位置，以便及時采取措施。2000 m3高爐在四個水平面上裝設4個取壓口以測量爐身靜壓力。
·爐體冷卻壁熱負荷檢測：高爐一代爐役的長短取決于冷卻壁的侵蝕情況。因此冷卻壁熱負荷檢測屬于重點監(jiān)控和維護內容，分析該處實時曲線和歷史趨勢可以幫助高爐工長正確判斷爐況，采取相應措施延長高爐爐齡。
·煤氣分析：分析高爐煤氣中H2、N2、CO、CO2含量，可以了解爐內反應，風口或冷卻系統漏水等情況。
·水冷系統控制：通過膨脹罐、接受罐、水泵、氣密箱、密閉循環(huán)水系統、爐頂打水的連鎖與閥門控制保護爐頂設備。
·氮風系統控制：通過送風閥、送氮閥、風機連鎖控制保護齒輪箱、閥箱等爐頂設備。
2熱風爐部分
·爐體溫度、壓力、差壓、流量參數檢測
·熱風溫度控制：通過自動調節(jié)混風切斷閥開度將適當配比的冷風摻入熱風管道中，控制送往高爐熱風圍管的熱風溫度在1200±20℃內。
·廢氣溫度與煤氣支管流量的串級控制：廢氣溫度與煤氣支管流量組成串級調節(jié)回路，廢氣溫度調節(jié)器的輸出作為煤氣支管流量調節(jié)器的外給定值。
·煤氣支管流量與冷風支管流量的比值控制：煤氣支管流量與助燃風支管流量組成配比調節(jié)回路，以煤氣支管流量作為比值器的輸入，比值器的輸出作為助燃風支管流量調節(jié)器的外給定值。
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2）功能碼  4.2 VB與PLC通信的實現 以下舉例說明現場設備與PLC通信的實現。 1）控制要求：控制PLC的起動、停止，并顯示運行狀態(tài)（綠色為運行，紅色為停止） |
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2）功能碼 4.2 VB與PLC通信的實現 以下舉例說明現場設備與PLC通信的實現。 1）控制要求：控制PLC的起動、停止，并顯示運行狀態(tài)（綠色為運行，紅色為停止）；能夠用交替型按鈕控制Y0,Y1，并用指示燈顯示Y0,Y1狀態(tài)（綠色為運行，紅色為停止）；能夠對D256，D512兩個寄存器進行數值寫入的操作。 2）實現思路：PLC起動停止的標志位為M1072，查DVP協議，知道地址為H0C30，按功能碼01操作； 同樣Y0,Y1的地址分別為H0500，H0501。寫入FF00為ON，0000為OFF，按功能碼05操作；D256，D512地址分別為H1100，H1200，按功能碼06操作即可。 3）VB接口的設計如圖10所示。  圖10 監(jiān)控程序界面 用按鈕控制PLC的起動停止，Y0、Y1的ON/OFF及D256、D512寫完數據的發(fā)送；用Shape組件做指示燈，表示PLC的運行狀態(tài)和Y的狀態(tài)；用timer組件不停的讀取M1072的狀態(tài)，以判斷PLC的運行情況；用MScomm控件實現PC與PLC的通信。 4）編程實現的代碼構成 ?。?） LRC算法校驗的實現 Public Function LRC(str As bbbbbb) As bbbbbb c = 0 l = Len(str) For c = c + 1 To l c_data = Mid$(str, c, 2) d_lrc = d_lrc + Val("&H" + c_data) c = c + 1 Next c If d_lrc > &HFF Then d_lrc = d_lrc Mod &H100 End If h_lrc = Hex(&HFF - d_lrc + 1) If Len(h_lrc) > 2 Then h_lrc = Mid(h_lrc, Len(h_lrc) - 1, 2) End If LRC = h_lrc End Function ?。?） 運行的開始就判斷PLC的狀態(tài)并設置標志位 Rem 初次運行打開串口，并顯示PLC運行狀態(tài) Private Sub bbbb_Load() Dim s1 As bbbbbb Dim s2 As bbbbbb Dim s22 As bbbbbb Dim s3 As bbbbbb Dim s4 As bbbbbb MSComm1.PortOpen = True s2 = "01010C300001" s22 = LRC(s2) s1 = ":" + s2 + s22 + Chr$(13) + Chr$(10) MSComm1.Output = s1 s3 = MSComm1.bbbbb s4 = Mid$(s, 6, 8) If s4 = "0C30FF00" Then plc = 1 Rem PLC為運行標志 Else plc = 0 Rem PLC為停止標志 End If End Sub ?。?） 下面一段為用指示燈表示PLC的運行狀態(tài) Private Sub Timer5_Timer() Dim s1 As bbbbbb Dim s2 As bbbbbb Dim s22 Dim s3 As bbbbbb Dim s4 As bbbbbb s2 = "01010C300001" s22 = LRC(s2) s1 = ":" + s2 + s22 + Chr$(13) + Chr$(10) MSComm1.Output = s1 s3 = MSComm1.bbbbb s4 = Mid$(s3, 8, 2) If s4 = "31" Then plc = 1 Rem PLC為運行標志 Else: If s4 = "30" Then plc = 0 Rem PLC為停止標志 End If If plc = 1 Then Label2.Caption = "PLC正在運行......" Shape1.FillColor = RGB(0, 255, 0) Rem green Else Label2.Caption = "PLC已經停止" Shape1.FillColor = RGB(255, 0, 0) Rem red End If End Sub （4） PLC的起動與停止 Rem 起動PLC Private Sub start_Click() Dim strout As bbbbbb Timer5.Enabled = False str = "00050C30FF00" Rem M1072 為PLC起動停止標志位。查地址表，M1072為OC30.FF00為置ON,0000為置OFF。 Rem 以上都是固定格式，要牢記。 LRCC = LRC(str) Rem 計算 str的lrc校驗碼。 strout = ":" + str + LRCC + Chr$(13) + Chr$(10) Rem 欲傳送之數據。13為D，10為A MSComm1.Output = strout Timer5.Enabled = True End Sub Rem 停止PLC Private Sub stop_Click() Dim strout As bbbbbb Timer5.Enabled = False str = "00050C300000" LRCC = LRC(str) strout = ":" + str + LRCC + Chr$(13) + Chr$(10) MSComm1.Output = strout Timer5.Enabled = True End Sub Y0、Y1的ON/OFF與PLC起動/停止的控制方式相同，指示燈的表示方式也相同。D256，D512數據寫入的操作類似，限于篇幅其它代碼就不再列出了。 5 結束語 VB語言易于編程使用，為與串行設備的通信提供了很大的方便。臺達PLC采用標準的目前廣為流行的MODBUS協議，為實現PLC與監(jiān)控計算機的通信提供了簡化的平臺。由于臺達所有的機電產品都支持MODBUS協議，所以，掌握了VB與PLC通信過程，也就等于掌握了PC與臺達所有機電產品的通信。 |
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
