1、引言：

　　鋼包烘烤器是煉鋼廠的重要設(shè)備，也是消耗能量的主要設(shè)備之一。鋼包烘烤器的合理工作不僅能減少能源損耗，還決定著煉鋼的生產(chǎn)效率。 本文以寶鋼廠電爐中間包烘烤裝置對系統(tǒng)簡要介紹，說明了該技術(shù)優(yōu)越性及應(yīng)用的廣泛性。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行，選用西門子S7-300PLC 和MP370 系列觸摸屏、分散控制的PLC 與集中顯示的觸摸屏系統(tǒng)。軟件部分采用用Step7 軟件和winccflexible2008 實現(xiàn)其程序控制和觸摸屏的控制與監(jiān)控系統(tǒng)；從而使烘烤過程安全順利的進行。

2、烘烤裝置的構(gòu)成：

　　燒烤裝置是由機械、電氣、儀表和燃燒系統(tǒng)等四部分組成：機械系統(tǒng)：烘烤器支座、旋轉(zhuǎn)臂、包蓋和電液推桿組成。電氣系統(tǒng)：助燃風機、電液推桿電機、控制柜、電氣柜、PLC（可編程序控制器）、HMI（觸摸屏）、點火電磁閥。

　　儀表系統(tǒng)：助燃空氣壓力變送器、煤氣壓力變送器、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、氮氣吹掃閥、煤氣檢測儀。燃燒系統(tǒng)：溫度檢測裝置、點火電極、火焰檢測器、高速噴嘴、煤氣空氣混合器。

3、電氣控制系統(tǒng)

　　3.1 系統(tǒng)的電氣設(shè)計：

　　電氣系統(tǒng)采用安全電壓24VDC對電液推桿、鼓風機、引風機、調(diào)節(jié)閥、切斷閥等設(shè)備控制。由于所選 CPU不具有繼電器輸出功能，每個輸出I/O點的電流最大不超過0.5A，而電磁閥、驅(qū)動電機的接觸器等執(zhí)行機構(gòu)電流都超過這一電流限制。為了防止電流過大和驅(qū)動電路的短路對PLC造成損害，我們采用了繼電器作為中間轉(zhuǎn)換元件。由于繼電器的線圈動作需要的電流較小，而它的主接線回路又可以承受較大的電流。從而使PLC通過控制繼電器的動作來間接的控制電磁閥與驅(qū)動電機的動作，這即實現(xiàn)PLC的小電流輸出對各電磁閥大電流控制的需要又起到了保護PLC輸出點的目的。同時為了防止在工作中出現(xiàn)意外，系統(tǒng)中還配置了硬急停，當按下急停按鈕時整個系統(tǒng)全部停止工作恢復到初始狀態(tài)。

　　為了調(diào)試、維修及設(shè)備的維護，系統(tǒng)設(shè)置了手動／自動選擇的控制方式。其工作原理為:當選擇開關(guān)的控制旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動控制時，允許手動操作控制繼電器通斷電，實現(xiàn)對系統(tǒng)各設(shè)備的控制，方便烘烤裝置的初期調(diào)試及后期的維護。當PLC程序檢測到系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)時，將不能執(zhí)行設(shè)備的自動啟動程序。當選擇開關(guān)的控制旋鈕旋轉(zhuǎn)到自動控制時，手動控制將失效，這時，PLC檢測到系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，操作者只需按下設(shè)備運行按鈕，烘烤裝置就會按照程序設(shè)計人員設(shè)置的運行順序自動啟動。

　　3.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計：

　　基于設(shè)備的控制系統(tǒng)對設(shè)備的操作與控制及所需的I/O 量，程序的設(shè)計及數(shù)據(jù)的存儲，故障的診斷多方面的需要。

　　電氣控制部分選擇S7-300 系列PLC,它既可以集中擴展，也可以用于構(gòu)建帶有ET200M 的分布式結(jié)構(gòu)。接口模塊(IM)可以通過Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)同時處理各機架間的通訊(IM153 連接的ET200M 可以最多連接125 個站點)。

　　項目中我們選擇的315－2DP,它具有MPI 接口和DP 接口，可以實現(xiàn)在線編程與控制網(wǎng)絡(luò)工作連接互不影響；接口模塊采用ET200S(IM151-1)來解決單機架I/O 點的數(shù)量不足；數(shù)字量模塊采用4DI-DC24V，檢測設(shè)備的運行狀態(tài)及接收現(xiàn)場反饋信號；輸出模塊選用4DO-DC24V/0.5A，控制設(shè)備的運行與停止；模擬量模塊選用2AI-I-2wire ,測量空氣，煤氣與煙氣的實時流量；選用模擬量輸入模塊2AI-TC,測量鋼包內(nèi)溫度與煙氣的溫度；選用模擬量輸出模塊2AO-I,控制煤氣、空氣及煙氣的流量。

　　為了實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測與設(shè)備在線工作的數(shù)據(jù)記錄，人機信息的交流，選用了西門子高可靠性能的MP370。它可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的啟停；顯示整個系統(tǒng)的工藝流程；系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)顯示；在線參數(shù)的曲線趨勢的顯示與記錄；各設(shè)備閥門的操作及狀態(tài)顯示與記錄；還可以實現(xiàn)控制參數(shù)的調(diào)整及手動自動的切換。網(wǎng)絡(luò)配置如圖(1),控制系統(tǒng)如圖(2)所示：

3.3、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計：

　　PLC 程序設(shè)計(編程軟件Step7)：由于烘烤器控制系統(tǒng)是按一定的順序進行動作，我們采用了兩種控制方式來進行程序設(shè)計。對于設(shè)備的控制采用順序控制，烘烤曲線則采用了時間控制的方式。

　　設(shè)備控制程序主要是實現(xiàn)自動點火、氣體壓力低、煙氣溫度高等自動報警、聯(lián)鎖保護及換向閥的自動控制；調(diào)節(jié)和測量部分采用了PID 調(diào)節(jié)控制程序。其中對時間控制程序?qū)崿F(xiàn)按照設(shè)定的時間段來自動調(diào)節(jié)流量曲線，調(diào)節(jié)煤氣、空氣和煙氣的流量，實現(xiàn)中間包的溫升控制與調(diào)節(jié)，并記錄煤氣流量、空氣流量和煙氣溫度。程序中采用主程序調(diào)用子程序的方式來完成烘烤任務(wù)。如圖(3)所示

　　當PLC 上電開始運行，首先執(zhí)行程序掃描，進行程序初始化，對壓縮空氣壓力，助燃空氣壓力，煤氣壓力等外部條件進行檢測。如果不滿足系統(tǒng)點火條件，則系統(tǒng)報警，并將故障信號顯示在操作屏 (HMI) 上便于維護人員檢查并及時處理故障。如滿足條件時，點火準備好信號發(fā)出指示，允許點火。根據(jù)所選擇的手動/自動控制狀態(tài)，運行程序。當選擇手動狀態(tài)時，設(shè)備按照操作者的操作順序運行；當選擇自動狀態(tài)時，設(shè)備則會根據(jù)程序設(shè)計人員設(shè)計的運行順序，依次啟動鼓風機，引風機，點火程序，包蓋閉合。然后由操作人員在操作屏MP370中選擇自動烘烤/手動烘烤，當選擇自動烘烤時，設(shè)備會按照操作人員選擇的烘烤曲線隨著時間進行自動工作，直到工作結(jié)束；當選擇手動烘烤時，設(shè)備會按操作人員輸入的煤氣量、空氣量進行工作；直到工作結(jié)束。等待下一次的工作的開始。

　　觸摸屏(HMI)系統(tǒng)設(shè)計(組態(tài)軟件WinCC flexible)：觸摸屏分為五個頁面：預(yù)熱流程、預(yù)熱曲線、預(yù)熱操作、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)參數(shù)。數(shù)據(jù)流程中包含有裝置的主要設(shè)備的運行數(shù)據(jù)及相應(yīng)的設(shè)備的工作狀態(tài)指示及設(shè)備的故障指示；預(yù)熱曲線可以跟據(jù)工藝人員的要求輸入六條可修改的預(yù)熱曲線，同時可以跟據(jù)需要選擇開始的時間及所需要的烘烤曲線，并將實時的工作時間與工作狀態(tài)顯示到屏幕上；預(yù)熱操作界面可以分別對煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥、煙氣調(diào)節(jié)閥分別進行手動與自動的選擇，當在手動狀態(tài)時輸入所需的燃氣的流量或者是相應(yīng)的閥門開度進行手動烘烤，當自動狀態(tài)時烘烤會按照預(yù)熱曲線中所選擇的曲線進行自動烘烤。數(shù)據(jù)記錄界面中對煤氣流量的設(shè)定值，反饋值等進行記錄并可以隨時查閱一年內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)參數(shù)界面中有可以實時顯示設(shè)備的故障狀態(tài)，介質(zhì)的實時流量，閥門的實時開度及所用的煤氣總量及單次烘烤所用煤氣量；參數(shù)的設(shè)置可以修改裝置運行中的一些重要參數(shù)。流程圖如圖(4)

4 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)采用PLC+HMI的組合方式，可以滿足鋼包烘烤工藝的要求，目前本裝置從2009年底運行至今，運行穩(wěn)定，烘烤效果良好。對于本系統(tǒng)具有以下特點：

　　(1) 利用PLC強大的控制功能。以PLC為控制中心，電氣控制硬件的組成、設(shè)計簡單。

　　(2) HMI采用了對就地監(jiān)控，實時顯示，數(shù)據(jù)記錄，隨時查閱所采集現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)，參數(shù)設(shè)置等功能。為烘烤工藝的改進提供了實時數(shù)據(jù)依據(jù)，實現(xiàn)了PLC的可視化；解決了數(shù)據(jù)采集以及模擬量輸入數(shù)據(jù)采集時的干擾問題，提高系統(tǒng)的抗干擾性，使系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定。

　　(3) HMI界面友好靈活可靠，功能強大，組態(tài)簡單，操作方便，網(wǎng)絡(luò)功能齊全?？梢詫⑦\行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)與廠區(qū)的過程自動化系統(tǒng)連接，進行數(shù)據(jù)交換。可以實現(xiàn)集中和本地手自動控制，提高了系統(tǒng)的安全性。

　　(4) PLC與觸摸屏的組合使用方式是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，它具有儀表控制系統(tǒng)無以比擬的技術(shù)優(yōu)勢與成本優(yōu)勢。