第一部分 设计技术文件

一、概述

　　近年来，我国的钢铁冶炼行业发展迅速，烧结矿是炼铁的主原料，而配料这一工艺是影响烧结矿质量的重要环节，各称量设备只有达到一定精度才能保证矿的质量。

传统烧结工艺中主要依靠工作经验进行调节，存在以下几方面的问题：

D不能适时进行调节配比，生产效率较低。

　　　D由于缺少计量设备，人为影响因素较多，物料不能很好控制，浪费现象严重，生产成本大大提高，不合格率较多，造成大量的废品。

　　　D由于物料的粉尘污染较严重，严重影响工人的身体健康。近几年来，工业过程自动化程度越来越高及人们对环保意识的增强，变频技术以其优异的性能，在国内外得以广泛应用。

二、系统的主要功能及特点

1、控制系统的主要功能

A监控功能：对皮带称配料过程的瞬时流量、日累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视；

A画面显示：通过计算机显示器可显示配料过程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格；

A打印管理：可随时打印配料报表，以便保存和查询；

A通讯功能：工控机与PLC和仪表之间进行可进行双向数据及信息交换；

A数据处理：系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量；

A控制功能：根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括PID调节；

A报警功能：上位机以画面方式和声光信号方式对各种参数超限或设备状态异常进行报警。

2、系统的主要特点

A在系统结构上采用中小型集散控制系统，实现了“分散控制，集中管理”，克服了“危险集中”的问题；

A上位机和下位机相对独立。具有手动、自动、半自动切换功能，联机时，彼此间按特定的协议互通信息，脱机时，单台秤可独立实现工艺闭环过程控制；

A上位机远离操作现场，提高了系统的稳定性，改善了操作员的工作环境；

A下位机选用可编程控制器，具有很强的抗干扰能力，编程简单易于掌握，能在恶劣的环境中长期可靠的运行；

A采用PID调节，提高系统的配料精度，并能根据生产要求，设置最佳的工作开关时序，较好的解决料头料尾问题，自动修改配料系统的物料配比；

三、系统的结构及工作原理

1、控制系统的总体构成拓扑图及系统原理图

　　　本系统由一套PLC系统和一套上位机监控系统组成。PLC系统由一个S7-300主站和13个仪表作为从站及专用通讯电缆组成，主站与从站通过PROFIBUS-DP通讯，上位机监控系统采用 Windows2000Professional Server SP2操作系统，安装西门子STEP7编程软件及WINCCV6.0组态软件。

控制系统的总体构成拓扑图及系统原理图如下所示：

系统原理图

B上位机：对整个系统进行实时监控，画面显示和报表打印;

B PLC：实现配料的自动控制;

B配料仪表：用于配料的PID调节及瞬时流量和累计流量等参数的显示;

B控制柜：用于系统的逻辑控制和供配电;

B现场手操箱：用于现场单台设备的启停控制。

2、系统的运行方式：每一台配料称设手动，半自动，自动三种控制方式

　　　B手动时，将现场控制箱和仪表箱的转换开关都打到手动位置，由现场控制箱上的启停按钮、电位器、频率表等实现控制，由称量仪表显示物料瞬时量及累积量。主要用于网络系统故障PLC控制系统发生故障或其它原因，需要进行手动检修试车工作情况下的应急操作。

　　　B半自动时，将现场控制箱和仪表箱的转换开关都打到自动位置，由现场控制箱上的启停按钮、频率表、称重显示仪表等实现控制，可以通过称重仪表设定的配方自动调整配料量，显示物料瞬时量及累积量。主要用于不需要上位控制时。

　　　B全自动时，将仪表箱的转换开关打到联动位置，由上位机控制皮带的启停，动态显示各物料量、皮带运行状态、各种报警指示，各配料量由上位机根据工艺要求统一设定，可进行采集和处理各配料控制回路来的称量信号与开关量状态，实现整个系统的皮带秤给料、称量检测、料量调节，选择和切换料仓等配料过程的自动控制。此时现场手动控制系统不起作用，完全通过中控室进行操作。

3、自动运行系统的启动和停止

四种方式：顺序启动、顺序停止、紧急停止、同时启动

B顺序启动:用于系统的初次启动或者顺序停止后的系统再启动，顺序启动功能可以控制参加配料的给料设备按照皮带的运行方向按一定的时间间隔依次启动，保证料头能够对齐。

B顺序停止：用于希望长时间停车的场合，这样可以保证输送皮带上的物料都运送干净，使皮带处于物料状态，并且可以保证料尾对齐。

B紧急停止：用于发生紧急情况所有参与配料的设备立即停止运行的场合。

B同时启动：用于急停后的再启动，能够使系统在上一次的“断点”处接着往下运行，就像没有发生过任何事情一样。

注意：不能随便，无顺序的点击这四个按钮，必须按操作要求来操作。

4、物料量的控制

　　　B当某种物料量所需配比确定后，将其作为设定值输入上位机，经网络传输给称重仪表。物料落到称重皮带上，其重量由称重传感器检测，取得物料流量（测量值）的反馈电压信号（0～30mV）到称量控制仪表并运算成为PV当前值，经PID运算再输出4～20mA控制信号至变频器，以此改变其U／F输出值，从而改变皮带速度来控制物料量的大小，实现自动配料。

B物料配比的控制：本系统给料任务来自上位机的配比输入与计算进行控制，即将各种原料的工艺参数输入计算机，由计算机直接对各料种进行设定和配比协调。

B自动倒仓控制:同一种物料分别装于几个料仓中(如精矿粉),在生产中只用到其中的部分料仓给料,要求在某一正在给料的料仓发生故障(无料、堵料、机械故障等)时,控制系统根据程序设定,自动启动一满足条件且没有参与配料的料仓给料系统。

B燃料流量值的自动调整：设备顺停时，由于精矿粉的总量随着料仓的逐个减少，这时，程序自动逐渐减少燃料的下料量，以保证原配比不变。

四、系统设备选型

1、网络系统选型

Ø上位工控机：研华IPC610 P4 17彩显，

C CPU：P42.8G

C内存：256M

C硬盘：80G

CCD-ROM:SONY DVD

ØPLC系统:CPU选用西门子CPU315-2DP。具有以下功能：

　　　C具有较大容量的工作存贮器，可用于大量的I/O配置。两个通讯口，可用于MPI多点通讯及Profibus-DP分布式通讯。

C具有最高187.5千位/S数据传输能力，字操作时间<1uS,工作存贮器128K字节。

C编程软件采用STEP7.V5.3,具有丰富的编程指令和结构模块，以及强大的组网能力。

C具有扩展通讯功能，最多可带32个扩展模块，每个扩展单元8个模块，也就是说除主机架外，可扩展3个机架。

Ø软件设置： 操作系统选Windows2000Professional SP2,上位机运行西门子WINCCV6.0组态软件,PLC编程软件选用西门子STEP 7 V5.3。

Ø组态软件功能:

　　　实现对全系统的控制管理以及进行系统运行界面的图形组态。运行期间上位机完成系统人-机对话、监控界面显示、报警处理和显示、生产数据处理和报表输出。

2、配料称选型

　　　配料秤集机械、电气、仪表一体，是对散装物料进行连续的输送、计量的理想设备。并可根据现场要求，实现用动、自动、联动控制方式。是烧结、焦化、原料、水泥配料等生产工艺中的必选设备。根据工艺要求，选用江苏天秤LB-PP-P系列皮带秤。

Ø组成

由秤重桥架、速度传感器和积算器组成。

Ø原理

　　　装有载荷传感器的称重桥架、安装于输送机的纵梁上，称重桥架支承的称重托辊，检测皮带上的物料重量，产生一个正比于皮带载荷电气输出信号。速度传感器直接连在从动滚筒上或者大直径的托辊上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度，积算器从载荷传感器和速度传感器接收输出信号，用电子的方法把皮带运动和皮带载荷相乘，并进一步处理通过输送机的物料总重量，将其转换成选定的工程单位，通过对时间的计算，同时产生一个瞬时流量值。累计总量与瞬时流量分别在显示器上显示出来。

Ø结构特点

C 秤重桥架采用16#槽钢整体焊接成型，抗变形；

C 采用环形裙边皮带，有效防止撒料；

C 机架尾轮采用包胶托辊；

C 采用美国先进的技术-橡胶轴支承，可靠，免维护；

C 具有完善的内外清扫器，保证皮带清洁；

C 加电流输出接口，可输出与流量成正比的4-20 mA电流；

C 通讯接口可选：标准RS485、Modbus、Profibus接口。

Ø技术指标

C称量范围：1～6000t/h

C皮带输送机倾角：≤18度

C皮带速度：0.1～4m/s

C皮带宽度：300～2000mm

3、现场仪表

　　　现场仪表直接接收秤重传感器、测速传感器信号，然后经过处理，把结果通过Profibus总线、I/O接口与S7-300设备相连。该仪表可挂壁安装，也可就地安装在称重设备旁，操作方便、抗干扰能力强。

Ø特点

C压铸铝合金外壳，防尘、防静电、抗干扰能力强；

C双行中文、四行英文背光液晶显示；

C硬件电路软件化，减少焊点，提高仪表长期稳定性；

C五键操作，简单易学；

C内有智能PID调节功能；

C提供Modbus、Profibus、CAN等通讯；

C控制方式多样化，可用于恒速配料方式、调速配料方式、同步调整配料方式以及双速调速配料方式等多种配料场合；

C模拟量、开关量输入输出；

C10V传感器供桥电压+毫伏输入+电流输入（重量）+开关量+控制量+重量输出+流量输出。

Ø技术指标

C精度：Ⅲ级

C线性度：±0.003%

C温度：-30℃-+55℃

C湿度：﹤90%

C电源:AC220V -15%~+10% 50HZ±2%

4、变频器

变频器选用施耐德ATV71系列变频器

Ø出色的性能

C最高可达220%的过力矩。

C异步电机有传感器或无传感器的磁通矢量控制。

C在线自动调节(FVC)。

C速度或力矩控制。

C输出频率最高可达1000 Hz。

C无传感器电机控制。

Ø可扩展的能力

C基本设备带有丰富的功能：应用程序功能、输入/输出、通信网络，

C这些可以通过以下各项实现进一步扩展：

C输入/输出扩展卡。

C编码器接口卡。

C通信卡。

C内置可编程控制卡(Controller Inside)。

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