一种高炉无钟布料实验自动控制系统

摘要

本发明公布了一种高炉无钟布料实验自动控制系统，该系统主要由PLC，触摸屏，电脑，现场执行机构以及集线器组成，所述的PLC、触摸屏、电脑通过集线器构成以太网络进行数据交换，所述的PLC与现场执行机构通过CC-Link主站模块和远程模块组成CC-Link总线网络。该系统具有自动化程度高，能够根据实验需要控制实验设备运转，能根据实验需要输入任意的布料参数进行大量的序列实验，并能通过触摸屏即时录入实验过程中的观察到的实验现象。可以分析布料过程中各重要参数的变化，了解布料的整个过程，并基于此解析实验结束后的测量结果，为数学模型的建立提供重要的数据，是冶金实验室研究高炉无料钟布料规律适用的控制系统。

说明书

技术领域

一种高炉无钟布料实验自动控制系统，属于冶金试验研究设备技术领域。

背景技术为了研究高炉布料规律，一些高炉工作者根据实际高炉按一定比例 缩小制作成实验室实物模型来研究高炉布料的规律，但都无自控系统，或自动 化程度低。不能将设备控制，测量仪器，设定布料参数，实验测量数据有机结 合起来实现实验者的实验意图，实验灵活性差,不能根据不同的实验需求来做大 量序列实验，设备利用率低；不能获得布料过程中的重要参量的变化，这样就 缺少一种对实验测量结果的分析的手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种高炉无钟布料自动控制系统，通过电缆和通讯网 络将PLC，触摸屏，电脑以及试验设备和仪器仪表连接起来，对关键实验设备 和仪器进行设定和控制，并能在线采集，显示和保存设备和仪器反馈的重要参 数，能分析重要参数在布料过程中的变化情况，以及在布料过程中通过按钮即 时录入布料过程中的重要实验现象，如焦炭坍塌，实际布完料，解决背景技术 中存在的不足。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高炉无钟布料实验自动控制系统，该系统主要由PLC，现场执行机构， 触摸屏，电脑，以及集线器组成，所述的PLC、触摸屏、电脑通过集线器构成 以太网络进行数据交换，所述的PLC与现场执行机构通过CC-Link主站模块和 远程模块组成CC-Link总线网络。

根据PLC，触摸屏，电脑和这些现场执行机构的关系可以分为三个部分：（1） 对执行机构的控制，包括对料流控制阀，风量仪，以及旋转电机和倾动角电机； （2）对现场执行机构反馈信号的采集，包括料流阀开度，风量，风压；（3）对 PLC控制单元的信号采集，包括旋转角度和倾动角度。

所述的对料流控制阀，风量仪，以及旋转电机和倾动电机的控制。料流控 制阀、风量控制阀的控制信号为4-20mA模拟信号，通过给定不同的电流值每个 阀会自动打开到相对应的位置，PLC通过CC-Link远程模拟量输出模块来控制 4-20mA的输出电流。操作人员在触摸屏输入角度值以及流量值，PLC程序会自 动计算出对应的电流值来控制每个阀的开度；对旋转角度、倾动角度的控制采 用伺服电机实现，PLC通过专用的伺服定位模块来控制电机旋转速度、位置， 伺服是通过脉冲控制来实现位置控制的，操作人员在触摸屏输入实现所需的布 料矩阵，PLC程序会自动转为脉冲数。

所述的对现场执行机构反馈信号的采集，包括料流阀开度，风量，风压。 其中料流控制阀、风量、风压反馈信号均为4-20mA模拟信号。用CC-Link远程 模拟量输入模块来采集信号，采集到的信号通过PLC内部数据处理转换成为角 度值、流量值以及压力值，显示在触摸屏上并传输给电脑。

所述的对PLC控制单元的信号采集包括旋转角度和倾动角度，通过PLC读 取伺服电机自身带的编码器来完成。伺服电机编码器会反馈当前旋转的脉冲数 给PLC，通过矩阵与脉冲的内部计算，可以计算出在布料过程中当前的溜槽旋 转角度和倾动角度，该角度实时显示在触摸屏上并传输给电脑。所述的触 摸屏包括3个显示画面，“实时画面”，“布料方式”和“布料设定”，三个画面 之间可以任意进行切换。操作人员在“布料方式”和“布料设定”画面下进行 实验所需的布料矩阵，旋转速度，风量，料流阀开度等相关设置后，回到“实 时画面”对设备进行操作以及录入实验过程中的现象如实际布料所需的时间， 焦炭坍塌开始时间。

所述的实时显示的旋转角度和倾动角度每隔0.1s采集一个数值，显示在触 摸屏上，并传输到电脑上，并以一定的格式保存以供实验后的分析。

同现有技术相比，本发明对实验关键设备和仪器进行设定和控制，并能分 析重要参数在布料过程中的变化情况，以及记录布料过程的重要现象。对准确 进行实验，提高高炉布料的精度提供有价值的信息。具体表现在：

（1）自动化程度高，布料灵活，能够根据实验需要在触摸屏上选择各种布料 方式布料如单环，多环，定点，螺旋，能够任意设定布料矩阵，送风， 溜槽旋转方向，旋转速度等重要参数进行一序列的实验，得到布料规律；

（2）能够在线采集，显示及保存溜槽旋转和倾动，风量，风压的数值，可以 分析整个布料微过程；

（3）能够在布料矩阵执行的过程中，手动点击触摸屏上设计好的按钮记录布 料过程中重要的实验现象，如料运动到溜槽，实际布完料以及焦炭坍塌。 为数学模型的建立提供重要的数据。

附图说明：

图1：本发明高炉无钟布料自动控制系统图；

图2：本发明高炉无钟布料自动控制系统中触摸屏“实时画面”图；

图3：本发明高炉无钟布料自动控制系统中触摸屏“布料方式”图；

图4：本发明高炉无钟布料自动控制系统中触摸屏“布料设定”图；

图5：本发明高炉无钟布料自动控制系统布料过程中旋转角度随时间的变化 图；

图6：本发明高炉无钟布料自动控制系统布料过程中倾动角度随时间的变化 图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

在保证现场设备，PLC，触摸屏，电脑，及集线器正常工作的情况下，在触 摸屏中进行参数的设置：

首先：进入“布料方式”画面，根据实际高炉的应用情况选择：多环，顺 时针，边缘到中心，手动的布料方式；通过触摸屏下方的切换按钮进入“布料 设定”画面，设置料批号，布料矩阵，如表1所述，溜槽的旋转速度192°/s，倾 动速度6°/s，溜槽待机位置包括旋转角度0度，倾动角度0度的设定。

表1：布料矩阵的设置

档位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 角度（°） 42.7 40.8 38.9 36.5 34.1 31.2 28.8 25.5 22.6 19.3 15.9 12.6 7.3 圈数 2 4 4 4 4 3 2 0 0 0 0 0 0

然后：通过触摸屏下方的切换按钮切换到“实时画面”，根据实验需要对现 场的设备进行操作，依此点击“送风”按钮进行送风，点击“待机位置”按钮 使溜槽进行复位操作，点击“初始位置”使溜槽运动到初始位置，以及点击“旋 转开始”按钮使溜槽开始布料操作。

布料操作开始后旋转角度，倾动角度以及风量和风压以及料流调节阀开度 都会实时显示在“实时画面上”，同时这些值传输到电脑上供实验后分析用。与 此同时操作人员在实验过程中也可以记录实验中的重要现象，可以通过点击“运 动到溜槽”，“焦炭坍塌”和“实际布完料”按钮则PLC会自动记录溜槽运动到 溜槽的时间，布矿石过程中焦炭发生坍塌的时间以及实际布完料的时间，这些 值显示在触摸屏上，同时也会传输给电脑上供分析用。其中运动到溜槽作为计 时的起点，即0s，焦炭坍塌事件和实际布完料事件都是以此作为计时起点。

最后待实验做完后在电脑上调出这些设定的参数，实时的参数，以及录入 的参数做出相关的图表，并进行实验过程的分析，得到如图5和图6所示的图 表。