董江波
（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院， 河北 石家莊 050000）
摘 要：隨著鋼鐵行業(yè)自動化程度的提高，高爐槽上料已經(jīng)從原來的手動、人工操作轉(zhuǎn)換為自動化、智能化操作，很好地將智能布料控制管理系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)中。鑒于此，對智能布料控制管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能等進(jìn)行具體闡述，并從生產(chǎn)設(shè)計(jì)的實(shí)際出發(fā)，簡要介紹高爐槽上料倉實(shí)施智能布料的應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：高爐槽上料倉 智能布料控制管理系統(tǒng) 智能化
1系統(tǒng)范圍
高爐料倉類型分為焦炭倉、礦倉；高爐料倉共 20 個(gè)（見圖 1）；移動布料小車有 3 臺（各用 1 個(gè)溜槽）；小車走行距離分別為 70 m、40 m、55 m。
2 料倉智能布料控制管理系統(tǒng)功能
2.1 動畫監(jiān)控
上位 CRT 站提供強(qiáng)大的監(jiān)控功能，包括工藝流程監(jiān)視、料位顯示、小車實(shí)時(shí)位置、操作畫面、記錄報(bào)表畫面、通信監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置等。
工藝流程監(jiān)視畫面顯示輸料工藝流程的全貌、局部圖、工藝流程監(jiān)視用主菜單等。工藝流程畫面的重要作用是可實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備的狀態(tài)（運(yùn)行、停止、故障等），并可在上位畫面中用不同的顏色標(biāo)識出不同的狀態(tài)（紅色表示停止，綠色表示運(yùn)行等）。操作人員可以通過操作鼠標(biāo)或鍵盤，方便、快速地在上位站上切換流程畫面，實(shí)現(xiàn)工藝流程監(jiān)視。
2.2 多種控制方式
智能布料系統(tǒng)提供現(xiàn)場本地控制、HMI 遠(yuǎn)程、HMI 半自動、HMI 全自動四種控制模式，可實(shí)現(xiàn)自由切換控制，從而保證布料過程在任何情況下都能正常運(yùn)行，不影響生產(chǎn)。
本地控制：保留現(xiàn)有遙控或操作箱操作模式。
HMI 遠(yuǎn)程控制：在現(xiàn)有小車控制箱上添加旋鈕開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)布料小車的遠(yuǎn)程操作，包括點(diǎn)動小車前進(jìn)、后退、停止等。
HMI 半自動控制：現(xiàn)場切換到遠(yuǎn)程情況下，可在上位機(jī)上選定操作模式為半自動模式，然后選定目標(biāo)倉，布料小車將會自動走行至目標(biāo)倉。
HMI 全自動控制：每次更換料種時(shí)，在上料之前，通過人工選定上料料種，小車會自動查找該料種對應(yīng)料位的最低倉，并將其作為目標(biāo)倉進(jìn)行下料；當(dāng)目標(biāo)倉到達(dá)設(shè)定高料位時(shí)，小車便自動查找下一個(gè)相鄰?fù)N料倉，以作為下一個(gè)目標(biāo)倉，直到所有相鄰?fù)N料都處于高料位后，報(bào)警提示停止進(jìn)料。
2.3 安全聯(lián)鎖
系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料系統(tǒng)的自動聯(lián)鎖，布料系統(tǒng)設(shè)備與運(yùn)料系統(tǒng)設(shè)備均遵循逆料流方向啟動、順料流方向停止的原則。半自動控制情況下，只有當(dāng)布料系統(tǒng)的布料小車對準(zhǔn)目標(biāo)料倉，布料備妥后，方可發(fā)出運(yùn)料系統(tǒng)啟動允許的指令，指令與皮帶 ProfiNET 遠(yuǎn)程 IO擴(kuò)展模塊進(jìn)行通訊，將運(yùn)料系統(tǒng)與布料系統(tǒng)進(jìn)行畫面整合（由甲方技術(shù)人員配合）。
碰撞聯(lián)鎖：在小車的走行最大位置和最小位置加裝限位開關(guān)，共設(shè) 2 套極限開關(guān)聯(lián)鎖，對編碼電纜走行定位進(jìn)行冗余檢測，防止碰撞。
檢修聯(lián)鎖：每個(gè)倉都可以設(shè)定為檢修倉，在檢修倉狀態(tài)下，小車不會在該倉停車進(jìn)行下料。
堵料聯(lián)鎖：在布料小車兩側(cè)溜槽和頂部漏嘴處安裝堵料開關(guān)，在下料過程中，如果檢測到堵料開關(guān)信號，上位機(jī)則會提示異常報(bào)警，甚至?xí)?lián)鎖停機(jī)。
高料位預(yù)警：增加安全聯(lián)鎖功能，當(dāng)料倉達(dá)到高料位之后，上位機(jī)提供報(bào)警。
布料小車故障預(yù)警：在自動運(yùn)行狀態(tài)下，布料小車如若異常運(yùn)行，上位機(jī)會提供報(bào)警，緊急情況下則會聯(lián)鎖停機(jī)。
需要注意的是，以上聯(lián)鎖均可解除。
2.4 系統(tǒng)設(shè)置
料倉剎車值設(shè)置。由于現(xiàn)場小車在走行過程中溜車和皮帶拉力等情況會發(fā)生不斷變化，用戶可通過調(diào)整小車在各個(gè)料倉的左右剎車值來確保小車的精準(zhǔn)定位。當(dāng)小車超過目標(biāo)值時(shí)，將剎車值調(diào)大；當(dāng)小車不及目標(biāo)值時(shí)，減小剎車值。
下料范圍設(shè)置。當(dāng)用戶認(rèn)為系統(tǒng)對料倉范圍規(guī)劃不合理時(shí)，可自行修改料倉的范圍值，其中包括料倉的最大位置、最小位置、下料位置、最大下料位置、最小下料位置等。
料位值設(shè)定?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實(shí)際生成情況設(shè)定高低料位限值，也可自行設(shè)定高料位和低料位值。料位高于高料位或低于低料位的時(shí)候會報(bào)警，料位顯示為紅色。
2.5 其他功能
1）現(xiàn)場料位儀控制接入 PLC 系統(tǒng)，在主控室能準(zhǔn)確查看各倉實(shí)時(shí)料位，并在畫面上實(shí)時(shí)模擬出卸料小車的運(yùn)行過程和真實(shí)軌跡；系統(tǒng)可同時(shí)顯示中控和現(xiàn)場操作室的通信狀態(tài)（正常 / 故障）。
2）具有布料小車倉號自動識別功能，可實(shí)現(xiàn)無檢測盲區(qū)、無累計(jì)誤差的絕對位置檢測，無需設(shè)定基準(zhǔn)位置，上電即可檢測絕對位置。
3）布料系統(tǒng)提供下料記錄、設(shè)備動作日志、遠(yuǎn)程操作日志、錯(cuò)誤日志、料位變化趨勢圖等多種圖形報(bào)表，確保作業(yè)過程可管理、可追溯。
4）增設(shè)視頻監(jiān)控，在布料小車四周增加攝像頭，將監(jiān)控畫面?zhèn)骰丶厥?，?shí)現(xiàn)與上位機(jī)動畫冗余監(jiān)視，增加安全保障。
5）保留原小車現(xiàn)場控制功能，由轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換，以確保在非常情況下，可由操作工在現(xiàn)場操作卸料小車。
6）當(dāng)小車受到外力影響或發(fā)生機(jī)械故障而溜車移動了一定范圍時(shí)，系統(tǒng)會自動將小車開到原下料點(diǎn)并予以報(bào)警提示，防止小車溜出下料點(diǎn)而發(fā)生撒料、混料。特別嚴(yán)重情況下（超出下料范圍）可聯(lián)鎖皮帶停機(jī)，并予以報(bào)警提示。
7）完成雷達(dá)料位計(jì)安裝及檢測。將雷達(dá)料位安裝到最佳位置，料位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由雷達(dá)料位儀進(jìn)行采集，料位數(shù)據(jù)是控制下料的最關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一，而雷達(dá)料位儀容易出現(xiàn)粉塵干擾、料位變化、反應(yīng)周期長等異常，所以需對料位數(shù)據(jù)進(jìn)行多方式輔助檢測，保證料位的準(zhǔn)確性。
3 主要硬件指標(biāo)
3.1 計(jì)算機(jī)
品牌為戴爾（以下配置僅為最低要求）；數(shù)量 2 臺；CPU 為 I7；內(nèi)存 16 GB；硬盤 1 為 1 TB+128 GB；顯示器為 24″彩色 LCD；分辨率不小于 1 920×1 200。
操作系統(tǒng)為 Windows 7 及以上；編程軟件采用上位機(jī)經(jīng)典版 WINCC 7.5+ 博途 V16；滿足兩臺電腦可同步操作、不分主次的操作要求。
3.2 PLC
型號品牌為西門子。采用西門子 1 500，采用模塊化和插入式結(jié)構(gòu)；機(jī)柜內(nèi)的模件應(yīng)能帶電插拔而不損壞，而且不影響其他模件正常工作。
每個(gè)數(shù)字量的 I/O 通道都應(yīng)是相互隔離的，每個(gè)模擬量 I/O 通道都有相應(yīng)的信號隔離器，且模塊AI\AO\DI\DO 點(diǎn)有 15%富余量。
3.3 編碼電纜定位系統(tǒng)
編碼電纜技術(shù)指標(biāo)要求如下：編碼電纜具有阻燃、耐老化、耐寒、耐高溫（100 ℃）特性，以及不怕雨水、耐酸堿腐蝕等特點(diǎn)，粉塵區(qū)域非破壞性耐用時(shí)間＞5 年，位置檢測精度≤2 mm。
天線箱技術(shù)參數(shù)：有效接收距離為 3~30 cm。
開關(guān)電源技術(shù)參數(shù)：工業(yè)電源用于供給系統(tǒng)定位部分各部件的直流穩(wěn)壓電源，有 +24 V、-24 V、+15 V、 -15 V、+5 V 等 5 路直流穩(wěn)壓輸出，功率＞75 W。
3.4 雷達(dá)料位儀
雷達(dá)料位儀數(shù)量為 20 臺，主要用于料倉倉位的測量，尤其適用于高粉塵、高水汽環(huán)境。其具體技術(shù)指標(biāo)如表 1 所示。
3.5 軟件規(guī)格
1）提供一套完整的應(yīng)用程序軟件，包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序和性能計(jì)算程序。
2）所有的算法及系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)儲存在處理器模件的非易失性存儲器內(nèi)，執(zhí)行時(shí)不必重新裝載。
3）監(jiān)控系統(tǒng)的所有控制、監(jiān)視、報(bào)警和故障的判斷等功能，由上位機(jī)主機(jī)提供，且在 LCD 上顯示和監(jiān)視。
4）順序控制邏輯采用邏輯圖或梯形圖的形式進(jìn)行編輯，并能打印邏輯圖。
5）事故報(bào)警功能應(yīng)能使運(yùn)行人員方便地辨別和解決各種問題。
4 結(jié)語
隨著自動化程度的不斷提高，越來越多的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)更加重視上料系統(tǒng)的智能化。本文的智能布料控制管理系統(tǒng)給高爐槽的上料提供了極大的方便，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也希望能給廣大的鋼鐵一線的從業(yè)人員提供相關(guān)參考。