竖炉球团自动控制系统的设计与实现

摘要

竖炉球团工艺作为一种重要矿石加工工艺，对自动控制系统的要求也越来越高。随着用户对球团矿质量和产量要求的不断提高以及国内外资源竞争的加剧，传统的控制竖炉球团生产过程已不能适应现代技术飞速发展的今天，因此必须要利用现代计算机技术、自动控制技术、信息网络技术实现竖炉球团生产过程的自动控制、自动监管等功能，这是现在工业生产过程的必然发展要求。
　　 本文以西门子S7-300系列可编程逻辑控制器(PLC)在竖炉球团系统中的实际应用为例，详细研究了竖炉球团工艺控制系统的设计方法以及软硬件部分的实现过程。
　　 这次设计的对象系统是某钢厂的竖炉球团工艺控制系统。该系统的主要任务是将膨润土与铁精矿配料完成的矿粉经过干燥、润磨、造球，然后通过布料小车进入竖炉焙烧，焙烧好熟球经过冷却后通过链板机将成品矿输送到成品矿仓，然后运到高炉。竖炉焙烧控制环节为整个控制系统的核心部分。该系统中采用两台工控机、一台下位机PLC，上下位机之间通过先进的以太网通讯技术进行通讯的整体设计方案。在上位机监控系统的设计过程中，利用Kingview6.52组态软件来开发人机界面，以实现工艺现场设备的运行状态监控和操作人员在上位机上对设备的控制。下位机采用西门子S7-300PLC作为主控制器，以STEP7为软件开发环境，设计程序从总体到细节，利用结构化程序设计作为整体软件设计的指导思想。
　　 竖炉焙烧环节影响着整个球团矿的质量和产量。竖炉焙烧环节包括布料车均匀布料到竖炉干燥床干燥，然后经过预热、焙烧、还原、冷却，最后通过电磁振动卸料机排料等主要工序。提高竖炉生产效率，就是要保证在球团正常焙烧的情况下以最快速度下料，在最大速度前提下提高竖炉的热效率。影响竖炉热效率的主要是煤气和空气，也就是要找到最佳的燃空比。本文设计了竖炉球团生产效率优化模型，建立了煤气、助燃风、冷却风和下料速度之间的相关性方程，通过约束条件求得燃空比公式，在最大速度时，可得到最佳燃空比值。通过跟实践经验的对比，可证明该优化模型的设计是合理的。
　　 该系统的设计既着眼于竖炉球团设备安全、经济、稳定运行，又考虑到控制系统的监控管理和通讯环境质量，在一定程度上提高了球团矿的质量和产量。竖炉球团自控系统现已投入生产，系统运行稳定，效果良好。