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高炉上料工艺分析

天津冶金职业技术学院

毕业课题

高炉上料工艺分析

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摘要

五矿营口450立方米高炉上料监控系统是由西门子公司S7-400可编程控制器和工业微机组成。

该系统为集中式控制系统，PLC完成对所有现场设备的控制，由上位机完成工艺上所要求的参数设定和工艺参数的状态显示。

上位机与PLC之间采用串行通讯完成数据交换，通讯协议为TCP/IP以太网通讯协议，通讯速率为10M。

所有的通讯过程都是由上位机来控制的。

在该系统的设计中，采用灵活的手/自动切换功能，即能够实现在局部的手动控制情况下，PLC应能在线对其它设备进行自动控制。

这样如果现场局部某个设备发生故障时，可以将该设备部分平滑切换到手动控制方式，该部分设备由手动操作控制，而其它设备应能实现自动控制。

这样就放宽了PLC控制系统运行对现场环境的要求，使PLC控制系统的效率提高。

关键词：

PLC，上位机，参数

摘要I

1高炉上料画面概述1

1.1系统组成1

1.1.1PLC系统构成1

1.1.2上位机1

1.1.3系统功能1

1.1.4运行环境2

1.1.5功能概要2

1.2系统启动2

1.3系统说明2

1.3.1工艺流程画面2

1.3.2布料单画面3

1.3.3料单画面3

1.3.4炉顶阀组操作画面3

1.3.5αβγ操作画面4

1.3.6探尺手动画面4

1.3.7料车手动操作画面4

1.3.8报警记录画面5

1.3.9特种布料画面5

2高炉上料系统工艺6

2.1上料操作画面工艺6

2.1.1振动筛、振动给料机的操作6

2.1.2称量斗闸门操作6

2.1.3皮带机操作6

2.1.4炉顶阀门操作6

2.1.5α角操作6

2.1.6β角操作7

2.1.7γ角操作7

2.1.8探尺操作7

2.1.9料车操作7

2.1.10布料操作7

2.2料单画面操作工艺8

2.2.1称量斗重量设定8

2.2.2补偿清零操作8

2.2.3配料单8

2.2.4料单8

2.3布料单画面操作9

2.3.1布料单α角的范围是1-7（设定范围）γ角的范围是1-7开度9

2.3.2中间斗满设定值9

2.3.3探尺料线设定9

2.4系统投入步骤9

2.5各设备及运行状态的逻辑联锁条件10

2.5.1自动布料的条件10

2.5.2手动布料顺序11

2.5.3槽下程序控制11

2.6上料程序13

2.6.1当自动操作时，上密封阀打开的条件13

2.6.2当自动操作时，下密封阀和料流调节阀打开的条件13

2.6.3密封阀及料流调节阀油缸动作与下列系统的关系13

2.7布料顺序15

2.8料车自动上行的条件15

2.9本单位高炉上料操作注意要点15

参考文献17

1高炉上料画面概述

1.1系统组成

1.1.1PLC系统构成

STEP7PLC控制系统，是一种可根据不同应用能完成各种I/O组合的模板式控制系统。

STEP7PLC产品根据I/O种类提供各种不同的I/O模板，例如：

24VDC开头量输入/输出模板、4-20mA模拟量输入/输出模板等。

五矿营口450立方米高炉上料系统中选用了以下模板：

1.电源模板：

10A用于给其它模板供电。

2.CPU模板：

CPU414-2DP运行程序。

3.通讯模板：

CP443-1，安装在主机架让。

4.开头量输入模板：

24VDC，作为现场状态信号与PLC控制器之间的接口。

5.开头量输出模板：

24VDC，作为PLC控制器与现场设备的接口。

6.STEP7PLC编程软件：

用来对现场设备进行控制编程。

有梯形图、语句表、功能块等多种编程语言。

1.1.2上位机

上位机采用DELL工控机，该机适用于工业现场控制，是具有完善的抗干扰能力的工业型计算机。

性能参数如下：

1.CPU：

为PentiemⅣ微处理器。

2.主频：

为PIV1.6G。

3.内存容量为256MB。

4.硬盘容量为40GB。

5.显示器为21寸数控彩显。

1.1.3系统功能

1.对上料系统设备（给料机、振动筛、闸门、东西料车、均压阀、放散阀等）进行自动顺序控制。

2.根据配料制度要求，自动选择料仓进行称量备料。

3.根据称量料斗的称量值对各种不同的矿种进行自动称量补正。

4.上位机能够显示各种现场设备状态和各种工艺参数，对配料制度进行参数修改，对各种不同的矿种进行称重和矿种设定。

1.1.4运行环境

监控系统是在中文版WINDOWS2000下，使用西门子公司的WINCC编程软件。

该软件具有良好的人机界面，在此界面下编制应用程序可谓简便之极。

使用面向对象的图形元件创建画式且触敏的显示窗口。

这些显示窗口可与自动化控制系统的输入/输出或MicrosoftWindows其它应用程序相连。

1.1.5功能概要

根据工艺要求，本系统主要完成如下几功能：

1.数据通讯：

从PROFLBUS网和以太网上读取、传送数据。

2.实时监视：

显示控制对象当前状态。

3.数据显示：

在显示画面上按照工艺及现场操作人员的要求，将经过计算机处理的数据显示在监视器上。

4.故障报警：

实时监视现场报警信号并记录处理。

5.数据记录：

处理数据形成各类班、日报。

6.趋势显示：

显示趋势图，以便操作人员参考。

7.对上料系统设备（给料机、振动筛、闸门、东西料车、均压器、放散阀等）进行自动顺序控制。

8.根据配料制度要求，自动选择料仓进行称量备料。

9.根据称量料斗的称量值对各种不同的矿种进行自动称量补正。

10.上位机能够显示各种现场设备状态和各种工艺参数，对配料制度进行参数修改，对各种不同的矿种进行称重和矿种设定。

1.2系统启动

用鼠标点中WINCC图标，选择KUANGCAO程序，即进入上料监控程序。

1.3系统说明

上料监控系统主要有工艺流程画面和分别针对各部分设备进行操作分画面及各种数据、信息显示。

当检测数据或监控设备异常时，画面均有闪烁报警，以提醒操作人员注意。

本系统分为如下几个画面：

1.3.1工艺流程画面

这幅画面包括炉顶和槽下系统的主要控制对象的当前状态。

画面右侧显示槽下东区：

料车变频器、料车主令箱、矿种指示、给料机状态、振动筛状态、称量斗称量值、称量斗闸门状态、皮带电机状态、中间斗称量值、中间斗闸门状态。

画面左侧显示槽下西区：

矿种指示、给料机状态、振动筛状态、称量斗称量值、称量斗闸门状态、皮带电机状态、中间斗称量值、称量斗闸门状态。

画面中间显示炉顶部分：

料罐装料程度（料空、料满）炉顶各阀门状态（均压放散阀、均压阀、煤气放散阀、料流调节阀、下密封阀）料流调节阀开度、布料溜槽状态、α、β、γ角度值、探尺位置。

画面还显示了上料制度。

此外，对于倾动和料流调节伺服器和旋转变频器，画面上也分别做了详细的显示。

操作人员只要监视此画面即可了解上料的全部运行状况。

画面底部是功能健，用户使用鼠标点中按键进行画面之间切换。

以下为画面中图标解释：

给料机、振动筛：

绿色-设备运行红色-设备停止。

称量斗：

称量斗闸门开称量斗闸门关。

炉顶各阀门：

阀门开（绿色）阀门关（红色）。

上密封阀:

上密封阀开（绿色）上密封阀关（红色）。

下密封阀：

下密封阀开（绿色）下密封阀关（红色）。

操作人员可以通过画面对设备（称量斗、称量斗闸门、皮带等）进行手动、自动切换操作，例如：

用鼠标点中1号焦碳称量斗阀门图标，即弹出以下操作画面：

用鼠标点中按键，按键由灰色转为黄色，即此功能被选中。

1.3.2布料单画面

本画面为典型的过程设定画面。

操作人员可以对布料方式进行选择对于主布料单画面，需要操作工在布料前，将第一批次的倾动角度、旋转圈数和料流阀开度预先设好。

1.3.3料单画面

在画面的上部分，是东、西两侧17个称量斗的料单输入画面，上部要求输入中间斗设定的值，中间部分是组合料单，下部是料单输入区，输入1-15组合号。

按“传送料单”弹出：

“确认按钮”点击确认料单传送成功。

1.3.4炉顶阀组操作画面

炉顶阀门有自动和手动两种操作方式，手动操作时，点击开阀或关阀，阀门动作将变成绿色，到位后绿色消失。

操作必须按照连锁关系进行操作。

自动时阀门将按照相应的连锁关系进行动作。

基本连锁：

1.挡料阀：

打开：

上密阀打开。

关闭：

无连锁。

2.上密阀：

打开：

挡料阀关闭均压阀关闭下密阀关闭放散阀打开且料罐压力达到大气压力关闭：

挡料阀关闭料罐没有装料过满。

3.下密阀：

打开：

上密阀关闭放散阀关闭料罐压力达到炉内压力或略高关闭：

料流调节阀关闭。

4.料流调节阀：

打开：

下密阀打开，料尺不在炉内（上限位），溜槽正在旋转，溜槽倾角正确且到达相应的旋转位置，关闭：

接到料空信号，料流调节阀打开到最大。

5.放散阀：

打开：

均压阀关闭，下密阀关闭。

关闭：

没有连锁。

6.均压阀：

打开：

放散阀关闭，上密关闭，关闭：

没有连锁。

1.3.5αβγ操作画面

1.3.6探尺手动画面

1.探尺可以自动操作，也可以手动操作，手动操作具有更高的优先级。

2.可以选择单尺工作，也可以选择双尺工作，双尺工作时可以选择单尺到料线提尺，或者双尺到料线提尺。

3.测量方式可选为：

连测、点测。

4.探尺的下探条件：

（1）料罐的下密封阀都已关闭。

（2）没有“休风”或者“坐料”命令。

（3）自动时，该探尺没有被禁用。

（4）自动时满足

（1）时只下探1次，探到料线即自动上提，等待布料。

手动时，下探次数不限，探到料线即自动上提，但也必须满足

（1）。

5.探尺的上提条件:

（1）点测时，探到料线。

（2）连测时，探到料线并且料罐里已经装好一批料，或者达到了“下级限”。

（3）连测时，如果有“锁定”命令，探尺上提，直至达到极限。

（4）在下降过程中，如果禁测到“休风”或者“坐料”命令，立即提尺。

1.3.7料车手动操作画面

料车手动操作画面，选择手动时料车手动操作。

点击“西车上行”西测小车上行，东侧小车下行。

点击“东车上行”东侧小车上行，西侧小车下行。

点击“小车暂停”小车可以停止在任意位置。

选择自动时小车按照料单自动运行。

注意：

小车暂停可以将小车停止在任意位置，在自动和手动情况下都可以起作用，但自动时必须转为手动后，才能重新启动料车。

料车空行在手动上料时料车需要空行按下此按钮料车到位后取消。

强制走车在料坑内阀门没有关闭时按下料车可以正常上行。

1.3.8报警记录画面

上料系统报警状态画面，分别显示各设备的报警信息和报警发生时间和报警解除时间。

显示红色并有“到达”说明表示报警发生，信息显示绿色并有“离开”说明报警解除。

1.3.9特种布料画面

特种布料是一种完全手动操作方式，相应的设备选择在手动状态，定点布料时按下定点布料按钮后，手动操作相应的设备。

扇行布料设定好起始角和终止角，待溜槽旋转到设定角度范围内以后，按下扇形按钮。

按设定角度布料。

停止时点下扇形按钮后才能停止溜槽旋转。

2高炉上料系统操作工艺

2.1上料操作画面工艺

工艺流程画面的设计主要是为了监视上料系统的整体全过程，包括槽下各振动给料机、振动筛所处的状态、称量斗重量实际值、各皮带机状态、料车在PLC控制下所处的位置、炉顶各阀门所处的开、关状态、α角度的实际值β角是否运转γ角所处的开度、探尺所处的实际位置、各控制设备是否自动、手动等。

显示上料过程各种报警信息。

操作人员应能够根据计算机的报警信息指出设备所处的非正常状态，协助相关专业的维护人员进行必要的处理。

2.1.1振动筛、振动给料机的操作

在进行选斗操作后，只需在相应的振动筛、振动给料机画面上用鼠标单击，即可弹出操作画面，对其进行自动、手动选择和手动启动、手动停止操作。

2.1.2称量斗闸门操作

在进行选斗操作后，只需在画面上相应的称量斗闸门的位置上用鼠标单击之即可弹出操作画面，操作人员可随时对其进行自动、手动选择和手动开、关操作。

称量斗闸门下的指示灯为PLC对闸门控制点的输出信号。

2.1.3皮带机操作

皮带机在PLC上只有手动和自动操作方式，实际生产一般处于常开工作状态，操作人员可根据实际工艺要求随时对其进行手动、手动开、手动关操作。

选择自动时，皮带机将根据设备运行情况自动进行启动和停止操作。

2.1.4炉顶阀门操作

炉顶阀门包括：

料罐上密封阀、料罐下密封阀、均压阀、放散阀、料流调节流阀。

炉顶各阀门操作只需在画面上用鼠标单击阀组操作即可弹出操作画面，操作人员可根据实际工艺要求随时对其进行手动、手动开、手动关操作。

应当指出的是，在自动布料前或过程中使某一阀门处于手动状态，将使自动布料不能正常进行。

在工长监控画面有炉顶解除连锁操作按钮，解除连锁后炉顶阀门将没有任何连锁，需要操作工特别注意操作顺序，防止损坏设备。

2.1.5α角操作

当α角机旁操作箱现场/中央选择按钮选择于现场位置时，可在现场操作箱对其进行手动上倾/下倾操作，选择中央位时，在画面用鼠标单击αβγ操作按钮即可出现α角操作画面，操作人员可以选择自动、手动、手动上、手动下三种操作方式，手动操作时用鼠标点上倾/下倾按钮，α角度即可增加或减小。

点击停止按钮可将倾动停止在任意位置。

2.1.6β角操作

当β角机旁操作箱现/中央选择按钮选择于现场位置时，可在现场操作箱对其进行手动正转/反转操作，选择中央位时，在画面用鼠标单击αβγ操作按钮即可出现β角操作画面，操作人员可以选择手动、手动正转、手动反转三种操作方式，手动操作时用鼠标点击正转/反转按钮。

溜槽旋转需要长期旋转，半个月进行一次正反方向转换。

2.1.7γ角操作

当γ角机旁操作箱现/中央选择按钮选择于现场位置时，可在现场操作箱对其进行手动开/关操作，选择中央位时，在画面用鼠标单击αβγ操作按钮即可出现β角操作画面，操作人员可以选择自动、手动、手动开、手动反转三种操作方式，手动操作时用鼠标点开/关按钮，γ角度即可增加或减小。

点击停止按钮可并将γ角停止在任意位置。

2.1.8探尺操作

探尺具有手动和自动两种工作方式。

东、西两探尺可以同时工作也可以只有一个工作，这取决于方式选择中操作人员是否选择了双尺还是单尺，只有双尺均位于上极限时，才能选择双尺或单尺工作。

探尺操作自动时分为点测和连测两种工作方式。

自动点测时，在布料后半批结束后自动进行料位测量，到达设定料线后，自动提探尺到上极限位置。

自动连测时，探尺会立即下放进行连续测量，直至到达探尺下极限后或料罐已经有料后自动提起。

2.1.9料车操作

打开料车操作画面即可选择料车自动、手动、手动东车上行、手动西车上行。

料车操作画面有强制走车和料车空行按钮。

在料坑下的称量漏斗闸门没有关闭，确认料已经放完情况下，按下强制走车按钮料车可以上行。

需要走空车时，按下料车空行按钮，料车空车上行，料单不进位。

强制走车和料车空行是在料车手动情况下进行的特殊操作。

2.1.10布料操作

布料操作只有“自动”一种方式，非自动方式时，布料是不能够自动完成的。

自动布料包括自动均压、自动调整α角、自动启动β角、自动调整γ角、自动开关下密封阀，按下自动即可以开始布料。

2.2料单画面操作工艺

2.2.1称量斗重量设定：

只要在相应料仓下键入所需的料种设定重量值即可

2.2.2补偿清零操作

2.2.3配料单：

配料单填入的数字必须在1-17范围内按工艺要求正确填写。

9、10；越位；空车

2.2.4料单：

料单填入的字符是配料单中的序号为1-15；注意：

前半批、后半批的第一车位置不能为0并且这一位置必须要求有一配料的料单（即必须要有1-17的其中一项）否则将不满足工艺要求且程序将出现错误。

附加批的第一车位置可以为0。

料单说明：

程序根据表3所填得车次找到相应的称量斗，根据设定的值下料。

第半批料根据布料单向炉内布料。

（详见布料单）料单,如表格2.1,2.2,2.3

表2.1系统成料斗

称量

斗号

设定值

数值

实际值

数值

表2.2（配料单）

仓号

表2.3小车布置图

前

半

批

车次

后

半

批

车次

附

加

车次

料单由上位机给定，根据料单表3所给定的车次依次寻址，找到表2的此车所装料的称量斗号。

根据表1设定的各料仓对称量斗下料的值进行配料。

料单填写规则：

根据配料制度和配料周期填写料单。

表1中的设定值由操作人员根据不同料种所需的重量填写称量值。

表2中填写表1中的任意仓号。

2.3布料单画面操作

2.3.1布料单α角的范围是1-7（设定范围）γ角的范围是1-7开度

注意：

布料单应与配料单配合使用，即配料单的前半批、后半批、附加批必须与布料单的前半批、后半批、附加批配合使用，不得缺省，否则将不满足工艺要求并出现错误。

2.3.2中间斗满设定值

此值为各矿称量斗重量组成一个中间半的重量低限。

此值设定过低会造成料车未放完料就上行的错误；此值设定过高会造成料车不能自动上行的错误。

因此，设定此值要有一定的根据，不能随便任意设定。

2.3.3探尺料线设定

必须根据工艺要求按工长指令设定料线的高度，否则将对高炉生产造成不利影响。

些值的单位是毫米。

注意：

料单、配料单、布料单、称量斗重量设定值、中间斗满设定值，修改后必须经过“传送料单”按钮，传送至PLC才能执行，否则无效。

2.4系统投入步骤

1.将料车操作箱上的选择开头和所需上料设备的选择开头置于“PLC操作”状态。

（若至于机旁状态在设备旁边有机旁显示）。

2.将画面上的“系统自动”按钮置于手动状态，把东、西矿斗及焦斗内的料送料罐内并放空，使料车与料单中所对应一侧料车在料坑底部。

3.使屏幕上状态面板甩使用的设备均处于自动状态。

按系统复位按钮。

4.设定料单、布料单、称量斗设定重量，配料单、探尺料线设定值，然后按“传送料单”按钮，再接确认按钮。

按传送布料单再按确认按钮。

5.将称量斗的矿超重值和焦超重值的重量按要求填写，目的是补偿值超过要求或过大时将数据清除，并且将设定值传送到称。

并将予装车的数添上最大为2。

6.进行必要的方式选择。

将各个称量斗的空值设定值大于称量值。

补偿值是否为0。

如不是重新按下系统复位按钮。

7.将需要使用的料仓对应的设备选择在自动状态。

8.确认槽下及炉顶液压站电机已运行。

9.启动槽下各皮带机并将振动筛、给料机、各称量斗闸门根据需要处于自动/手动状态。

10.将炉顶各阀门根据需要处于手动/自动状态。

11.α、γ处于自动状态，探尺处于自动-点测，并提双尺到上限位置。

12.较车操作置于自动状态。

13.东、西矿斗、中间斗闸门位于“自动”状态。

14.布料系统各个设备置于“自动”状态。

若有任一设备没有设在自动状态系统布料都将无法自动运行。

15.（此时料车在料坑）根据料单配料位置是左侧还是右侧，将料车按料单的要求把与第一车相对应的料车放在相应一侧的料坑底部，按下“料车自动”按钮，料车即可自动上行。

系统设入自动状态。

16.按下“系统自动”按钮。

注意：

系统复位按钮只能在系统投入自动之前按一次，或在料单不能按要求备料时，需要重新设入自动程序时使用。

其它时候不能随便按系统复位按钮。

2.5各设备及运行状态的逻辑联锁条件

2.5.1自动布料的条件

1.均压阀、下密封阀、料流阀、α处于自动状态、β旋转。

2.探尺在方式选择中选择双尺时，双尺自动点测到料线，方式选择中选择单尺时，单尺自动点测到料线。

2.5.2手动布料顺序

1.提探尺到上限

2.给料罐均压，均压后罐内压力有示指

3.调整α角

4.开下密封阀、截流阀。

5.料空后将截流阀开至最大，再关截流阀，关下密。

2.5.3槽下程序控制工艺

1.当料车中要求加入矿时，其备料系统的工作信号由相应的料车启动，和料坑矿石漏斗闸门关闭后发生，打开相应的矿石称量斗阀门，向料坑矿石漏斗装入规定的矿石。

当矿石称量斗电料坑矿石称量斗阀门打开条件子称发出信号后，关闭相应的矿石称量斗阀门。

2.料坑矿石称量斗阀门打开条件：

相应料车已进入料坑的装料位；料单发出装矿请求；相应的料坑称量斗已满。

3.矿石称量斗阀门向料坑矿石漏斗装料条件：

相应的料坑称量斗料空，料坑矿石称量斗阀门关闭条件，相应的料坑矿石称量斗阀门关闭，相应的料车以启动上行，相应侧的矿石胶带机已启动，料单程序选中。

4.当料车中要求加入杂矿与矿时，使用相应的杂矿仓，其备料系统的工作信号由相应的料车启动，和料坑矿石漏斗闸门关闭后发生，启动相应的杂矿给料机，向同列的矿石称量漏斗中加料，与烧结矿或块矿的称重进行叠加，当矿石称量漏斗电子秤发出料满信号后，停止给料机工作。

打开相应的矿石称量漏斗闸门，向料坑矿石漏斗装料；当矿石漏斗电子秤发出料空信号后，关闭相应的矿石称量漏斗闸门。

5.杂矿给料机开启的条件：

相应的矿石称量漏斗已装好烧结矿，装料程序控制系统发出装矿的信号，备料系统发出工作信号。

6.矿石振动筛开启的条件：

相应的矿石称量漏斗已关闭,相应的矿石称量漏斗料空，电子秤回零,相应的矿石料仓没有发出料空信号。

7.炼铁工艺对烧结矿过筛后碎矿运输控制系统的要求:

为实现烧结矿如炉前的过筛，每个烧结矿仓下均有振动筛，筛下物由3号、4

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