PLC系统在混铁炉除尘系统自动化改造升级中的应用研究

内容摘要：根据公司发展提出降本增效能源管控、降低人员劳动强度，实现现场操作自动化的要求，本文主要提出一种实现混铁炉除尘系统自动控制设计方法和思路。通过西门子S7-300型PLC、激光测距仪、机械限位的配置方案，通信网络和控制系统功能的设计，实现了对混铁炉除尘系统的远程集中控制、数据监测、故障报警、趋势查询等功能，降低了能耗，提高了设备的可靠性。

关键词：除尘系统； PLC ；除尘阀门；自动控制；除尘风机

一、现状概述

（一）、现场工艺、设备、操作流程简述

混铁炉除尘系统由除尘风机、除尘阀门、除尘罩等组成。操作方式为主控人员操作按钮开关来实现除尘阀门的开关和除尘风机速度的调节（低速、中速、高速），混铁炉兑铁时兑铁除尘阀门打开，出铁除尘阀门关闭，除尘风机高速。出铁时兑铁除尘阀门关闭，出铁除尘阀打开，除尘风机中速。混铁炉不兑铁也不出铁时，除尘风机低速。

（二）、主要存在的问题：

（1）混铁炉兑铁，出铁频繁，来回反复操作按钮开关，劳动强度大。

（2）操作时按钮开关转换复杂，人员易忘记开关阀门或者风机速度转换，造成能源浪费；

（3）设备状态信号未集中监控，无自动控制，且由于人会产生麻痹大意，容易造成生产和安全事故的发生。

二、项目目标及改造范围

（一）、项目实现的主要目标

通过PLC程序设计，实现混铁炉出铁或者兑铁时除尘阀门自动控制和除尘风机速度自动转换，同时实现设备状态实时集中监控、数据自动采集与检测、故障报警等功能。

（二）、实现目标所需进行的改造内容

（1）混铁炉电气室安装西门子S7-300型PLC、信号通过光缆远传至混铁炉操作室；

（2）混铁炉现场安装激光测距仪1台、监控摄像机3台、机械限位2个，所有信号通过控制电缆远传至混铁炉电气室；

（3）混铁炉操作室设操作电脑1台、视频监控液晶显示器1台；

三、技术方案

（一）控制系统程序技术方案

（1）除尘系统自动控制方案

混铁炉除尘系统自动化设计采用自动/手动方式，方式选择通过主控室关现场选择开关获得，当选择开关分别打至自动位置时，除尘系统操作权限实现PLC自动控制。

（2）数据自动采集与检测方案

数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。

模拟量检测的数据主要有：除尘风机转速，变频电流等；数字量的检测数据主要有：兑铁时钢包的位置信号、出铁车在出铁位置的机械限位信号等。

数据自动采集主要由PLC实现，现场传感器连续检测的标准信号通过硬线连接到PLC模拟量输入模块，PLC将标准信号进行转换处理，计算出除尘风机转速等现场信号的数值并传输给上位机集中显示。

（3）除尘系统自动控制方案

混铁炉兑铁时监测采用激光测距仪，激光测距仪检测3.5M-9M范围内的钢包信号输送给PLC数字模块。PLC与除尘风机变频器通讯来改变风机转速。同时输出数字量信号让兑铁除尘阀门打开，出铁除尘阀门关闭。出铁时，机械限位感应到出铁车在出铁位置时，出铁位数字量信号传给PLC，PLC与风机变频器通讯来改变风机转速。同时输出数字量信号让出铁除尘阀门打开，兑铁除尘阀门关闭。当混铁炉不出铁也不兑铁时PLC输出风机低速以达到自动控制的目的。

（4）系统监控及画面组态方案

系统监控和调试均通过工上位机实现。上位机选用研华工控机、配置22"液晶显示器。在上位机画面动态监控风机转速及除尘阀门的运行情况，实时显示风机电流，振动值等超限报警、故障信息自动弹出。具有故障记录、历史数据及趋势查询等功能。

四、系统组成介绍

1、PLC硬件系统：

本项目PLC采用德国西门子S7-300系列PLC，硬件组态如下

CPU       315-2PN/DP*1

模拟量模块   AI8x12BIT*1（设置成2线制模式）

A08x12BIT*1

数字量输入模块 DI32xDC24V*1

数字量输出模块 DO16xDC24V/0.5A*1

2、程序功能介绍

手动操作I10.0；自动操作I10.1；转换激光测距仪输入数字量信号I8.0；1#出铁车在出铁位数字量信号I8.1；2#出铁车在出铁位置数字量信号I8.2；兑铁除尘阀开启信号Q12.0，关闭信号Q12.1；出铁除尘阀开启信号Q12.2，关闭信号Q12.3；除尘风机低速控制字PQW272；除尘风机中速控制字PQW274；除尘风机高速控制字PQW276等

2、上位机画面功能介绍

在上位机画面动态监控风机转速及除尘阀门的运行情况，实时显示风机电流，转速等超限报警、故障信息自动弹出。具有故障记录、历史数据及趋势查询等功能。

五、维护标准介绍

常规仪表的使用、日常维护、故障处理和检修要求 ：按照 PLC模块及低压电气设备巡视周期自行编制点检巡视工作计划，计划编制应结合PLC模块及低压电气设备所处环境、巡视检查历史记录及模块运行状态评价结果。

六、结语

自动控制系统采用了技术先进的西门子S7-300型PLC，性能稳定，故障率低，且由合理的程序设计对原系统进行了改进，实现了实现混铁炉除尘系统自动控制功能。同时系统仍保留了就地控制方式，可在PLC控制系统故障时正常操作。该系统的使用必将提高混铁炉除尘系统的自动化水平，提升设备的本质安全性能，降低能耗。

参考文献

[1]薛迎成，何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2007。

[2]SIMATIC A&D， 西门子技术概述。

[3]《S7-300可编程控制器硬件和安装手册》 Siemens AG 2001年7月。

[4]廖常初．S7-300/400 PLC 应用技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2008。

作者简介：徐兴磊，1989年11月生，男，汉族，山东省菏泽市人，本科，助理工程师，研究方向：电气自动化。