AOD投料PLC控制 - 全文

　[摘要]论述AOD投料系统的PLC控制，结合HMI操作画而重点分析PLC控制的核心部分：料批的处理，同时还介绍了一些操作模式、一个炉攻内所用到的各种批次以及与上位机的通信等内容。

　　[关键词]料批;称重;加料顺序

　　前言

　　AOD投料系统采用西门子PCS7控制系统，通过一台单独的S7—400来控制各个设备的运行。整个投料系统的控制分自动模式和计算机模式，在自动模式下操作人员只需在HMI画面上输入各种设定值并确认，程序将自动控制设备的运行。在计算机模式下，各种设定值将直接通过上位机也下传到L1并显示在L1的料批表画面上，操作人员确认后程序将自动控制设备的运行。

　　

 

　　整个AOD投料系统的控制设备主要包括1台两门子S7-400 PLC、8个ET200、6个Simocode及用于通信网络连接的OSM、OLM等，如图1所示。现场设备主要包括：(1)20个高位料仓(SH)及22个振动给料器，(2)6个称重料仓(WH)及振动给料器，(3)3条可逆皮带机，(4)2个到转炉的汇总料仓(CH)及振动给料器，(5)1个到AOD钢包去的汇总料仓(CHL)及蛤壳门等，如图2所示。

　　

 

　　2 控制模式

　　对于AOD投料控制系统来说，根据控制对象的不同可以分为两种，一种为单体设备的控制模式，也叫驱动模式(Drive mode)，另一种为整个投料系统的控制模式，也叫系统模式(System mode)。单体设备的驱动模式分为：现场模式、手动模式、自动模式。系统模式分为：自动模式和计算机模式。单体设备的现场模式是通过安装在设备边上的操作盘进行控制，手动模式是在I-IMI画面上通过faceplate将设备选择为手动模式井在画而上进行操作，自动模式也是在HMI画面上通过faceplate将设备选择为自动模式，但设备动作由程序来自动控制。下而主要介绍两种系统模式。

　　2.1自动模式

　　在自动模式下，操作工需要手动将各种设定值如物料的重量、加料顺序等输入到料批表中或调用已经存储在L1上的料批表设定值并进行使能，根据这些设定值程序自动将各种原料从高位料仓通过振动给料器传送到称重料仓进行称重，

　　并通过皮带机传输到汇总料仓中。操作人员既可以对料批进行投料操作也可以对运行中的料批进行中断、重启或齐料操作。在这种模式下，HMI画面上还提供了一组按钮供操作人员对料批表进行处理，如料批表的保存(最多可以保存十张表)，调用保存的料批表数据(有十张表供选择)。

　　2.2 计算机模式

　　在计算机模式下，所有的设定值都来自上位机(L2)，这些数据被保存在程序单独为12开的一块内存中，并显示在自动模式下的同一张料批表和单独的一张12料批表中，其它如料批的启动、处理、卸料等都和自动模式一样。对于上位机的

　　各种设定值信息，即使在自动模式下也会传送给Ll，因此操作工在自动模式下也可以查看L2模型计算出来的数据以供参考。

　　3 料批处理

　　3.1 综述

　　AOD投料系统的核心是料批的处理，通过对各个料批的处理来自动控制各种设备的运行，跟踪每个设备的运行状态及物料状态，并显示在HMI画面上供操作工监视和操作之用。

　　所谓一个料批，就是指根据工艺的要求，在特定的冶炼阶段所需要加入的各种物料的重量和顺序，根据这些重量和顺序分别将存放于高位料仓中的对应物料进行单独称重并通过皮带机卸料至汇总料仓中。而整个料批就是由好几个单独的料批按顺序排列组成的。

　　在HMI上有单独的料批处理操作画面(如图3所示)供操作员人员设定每个料

　　

 

　　批的每个物料的重量设定值及加料顺序设定值以及每个料批的控制按钮及状态指示。当操作人员按下“START OF HEAT”(炉次启动)后每个料批的状态做复位为“DISABLED”，这时操作人员可以在前一个炉次的设定值上重新进行新的数据输入，输入完成后可以按“ENABLE”按钮进行料批的使能，使能后的料批根据先后顺序自动将数据存人中间料批缓冲区内。

　　对于2—6号称重料仓，是加料称量，即从高位料仓中放料至称重料仓称重开始，当重量达到设定值后高位料仓停止放料。对于1号称重料仓，是卸料称重，即称重料仓中的物料重量是一个固定值，这个固定值操作员可以在画面上进行修改，当从1号称重料仓中放料至皮带机时开始称重，当放掉的物料重量等于设定值时停止放料，称重也即结束。当这个称重料仓的物料重量少于设定值时，如果没有其他操作请求，则可以进行重新添料，即从高位料仓放料至1号称重料仓，当达到设定值后停止放料。

　　料批使能后根据加料顺序值程序自动控制对应高传料仓的振动给料器振动将物料从高位料仓放到称重料仓。如果正在被处理的批次其中有一个或多个称重料仓没有被用到，而在缓冲区内的下一个批次用到了这几个称重料仓，那么这个批次也被启动，即分别根据加料设定值和顺序号进行称量。

　　在一个批次中顺序号排在最前的物料称重完成后如果相对应的称重料仓没有其他物料要求或其他物料的顺序号与完成称重的物料顺序号不是相连的，则开始对这个称重完成的物料进行放科处理，即皮带机系统开始运转，称重料仓的振动给料器开始振动，将物料从称重料仓通过3根可逆皮带机传送到汇总料仓中。两个到转炉的汇总料仓是交替使用的，即前一批料如果放到1号，则下一批放副2号，再下一批放到l号。

　　3.2 正常批次

　　对于AOD投料系统，在一个炉次内正常的批次分为：0 8arch(0批)、Mainblow 1(主吹炼1批)、Mainblow 2(主吹炼2批)、Mainblow 3(主吹炼3批)、Reduction(还原批)、Desulffurize(脱硫批)、Alloying(加合金批)、Tapping(出钢批)。

　　0批次是在炉次启动后吹炼开始前加入的，主吹炼1批次、主吹炼2批次、主吹炼3批次是在AOD吹炼过程中加入的，它有三个来自AOD吹炼系统加料时的氧气总量值和投料速率值，用于在自动力计算机模式下自动投料。还原批次、脱硫批

　　次和加合金批次用于在AOD处理阶段时进行投料。出钢批次是在AOD出钢后将物料从CHL加入钢包中的。

　　

 

　　对于每一个料仓中的物料，都有4个总量累计值，分别为：Tot.Enabled SP(总的使能设定值)、Tot.Weighed se(总的称重实际值)、Tot.Discharged SP(总的加料实际值)、Tot.Diseared SP(总的弃料实际值)，如图4所示。这4个总量累计值只针对于—个炉次，在炉次启动时这些值都会被清零，随后在这个炉次内根据不同的操作，这些值会被不停的累加起来，直到这个炉次结束。在AOD物料处理批次画而上，有一个“VIEW SELECT”按钮，点击会弹出对话框，操作员可以选择查看4个里而的任意一个总量值。对于不同的选择，在“VIEW SELECT”，按钮下面有一个状态指示框，显示现在是哪一种总量值。

 　3.3 高优先批次

　　高优先批次是用于在正常冶炼的批次内插入一个批次，且这个批次的优先级别高于其他正常的批次。即当有一个或几个正常批次使能后，这些批次在料批缓冲区内按使能顺序被依次排列并等待处理，但是当有一个高优先批次被使能后，高优先批次即被排列到所有已经被使能但还没有处理的批次前面.一旦当前正在处理的批次处理结束后投料系统将首先处理高优先批次，而非正常排列在缓冲区内的批次。当高优先批次处理结束后.投料系统又回到正常批次的处理。

　　高优先批次只能有一个，即高优先批次被使能后，只有当它处理结束后才能再一次使能高优先批次。

　　3.4 重吹炼重处理批次

　　重吹炼重处理批次是一个批次，在重吹炼阶段叫重吹炼批次，在重处理阶段叫重处理批次。在所有设定值被输入并经过使能后，它的物料处理过程和单个批次的处理过程相同。重吹炼重处理批次和高优先批次一样，它也能被霞复使能，但是，只有当它投料结束后才能再一次被使能。

　　

 

　　3.5 下一妒批次

　　下一炉批次(如图5所示)包括3个批次，既下一个炉次的前三批料，在当前炉次还没有结束之前即可以对下一炉次的前三批料进行使能并处理，这是为了节省冶炼周期，保证在电炉出钢后，钢水进入AOD就能马上进行处理。它的料批功能与正常料批一样，提供了料批的保存、调用等功能。但是这些料批只有在当前炉次出钢后才能被使能。

　　3.6 手动投料

　　对于有些特殊钢种，对于物料的要求特别高，比如只能在平台上进行投料或者它所需的物料重量很小，那么手动进行投料显得更有优势，因此在AOD投料系统中增加了手动投料这一功能。对于这些物料，需要手动进行选择，物料名称和物料代码在选择后自动显示，重量则要操作员手动输入并按“Charged”按钮。程序会将这些物料名称、物料代码、物料重量输入值传送给上位机模型进行计算之用。手动投料表如图6所示。

　　

 

　　3.7 批次使能规则

　　对于料批的使能，有一定的使能规则，所有的料批只有在满足所有的使能条件后操作员才能对它进行使能操作，否则，“Enable”这个按钮将是灰色的，即不能被操作。在PLC的程序里面所有料批按先后顺序排列如下：高优先批次(High Priority Batch)、0批次(0 Batch)、主吹炼1批次(Mainblow1)、主吹炼2批次(Mainblow 2)、主吹炼3批次(Mainblow 3)、还原批次(Reduction)、脱硫批次

　　(Desulfurize)、合金化批次(Alloying)、出钢批次(Tapping)、重吹炼处理批次(Reblow/RetreamaentBatch)、下一炉0批次(Next 0 Batch)、下一炉主吹

　　炼1批次(Next Mainblow 1)、下一炉主吹炼2批次(Next Mainblow 2)

　　高优先批次：不管炉次启动没有，在任何时候都可以被使能。

　　0批次：炉次启动且从0 Batch开始的所有后面的批次都没有被使能(除了量处理批)的状态下，它才可以被使能。

　　主吹炼1批次：炉次启动且从Mainblow 1开始的所有后面的批次都没有被使能(除了重处理批)的状态下，它才可以被使能。

　　主吹炼2批次：炉次启动且从Mainblow 2开始的所有后面的批次都没有被使能(除了重处理批)且Mainblow 1已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　主吹炼3批次：炉次启动且从Mainblow 3开始的所有后面的批次都没有被使能(除了重处理批)且Mainblow 1和Mainblow 2都已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　还原批次：炉次启动且从Reduction开始的所有后面的批次都没有被使能(除了重处理批)且Mainblow 1已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　脱硫批次：炉次启动且从Desulfurize开始的所有后面的批次都没有被使能(除了重处理批)且Reduction已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　合金化批次：炉次启动且从Alloying开始的所有后面的批次都没有被使能(除了重处理批)且Reduction已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　出钢批次：炉次启动且从Tapping开始的所有后面的批次都没有被使能(除了重处理批)且Reduction已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　重吹炼重处理批次：炉次启动且从重吹炼重处理批开始的所有后面的批次都没有被使能且Mainblow 1已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　下一炉0批次：当前炉次出钢开始后且从下一炉次0 Batch开始的所有后面的批次都没有被使能的状态下，它才可以被使能。

　　下一炉主吹炼1批次：当前炉次出钢开始后且从下一炉次Mainblow 1开始的所有后面的批次都没有被使能的状态下，它才可以被使能。

　　下一炉次主吹炼2批次：当前炉次出钢开始后且从下一炉次Mairdalow 2开始的所有后面的批次都没有被使能且下一炉次Mainblow 1已经被使能的状态下，它才可以被使能。

　　3.8 料批数据的检查

　　对于每一个料批，当数据输入后并按下使能按钮，程序将对所有输入的设定值进行合理化检查，只有在所有数据检查通过后，这些数据才会保存到料批缓冲区并等待处理。这些检查包括以下部分：

　　A：所有输入的物料重量设定值要大于0，所有的物料顺序值要大于0小于22。

　　B：所有输入的物料重量设定值要大于相对应的高位料仓的最小设定值。

　　C：对于吹炼1、吹炼2、吹炼3、重吹炼、下一炉次吹炼l、下一炉次吹炼2批次，其相对应的加料速度要大于最小加料速度，小于最大加料速度。

　　D：1号2号SH的重量设定值要小于1号WH的再填充没定值(Refdl SP)且这个重量设定值换算成的体积不能大于1号Wt-I的体积。

　　E：3号至6号的SH的重量设定值换算成的体积的总和不能大于2号WH的体积。

　　F：7号至10号的SH的重量设定值换算成的体积的总和不能大于3号WH的体积。

　　G：11号至14号的SH的重量设定值换算成的体积的总和不能大于4号WH的体积。

　　H：15号至18号的SH的重量设定位换算成的体积的总和不能大于5号WH的体积。

　　I：19号20号的SH的重量波定值换算成的体积的总和不能大于6号WH的体积。

　　J：如果批次不是出钢批次，则1号至20号SH的重量设定值换算成体积的总和不能大于CHl或CH2的体积。

　　K：如果批次是出钢批次或高优先批次且高优先批次的物料方向姓CHL，则1号至20号SH的重量没定位换算成体积的总和不能大于CHL的体积。

　　L：每批料除第一个数据输人值外，其他所有输入的重量设定值，其对应的高位料仓要可用。

　　M：所有输人的重量设定值，其对应的高位料仓下的振动给料器要在自动模式且可用。

　　N：所有有相应物料重量输人值的WH，其振动给料器耍在自动模式。

　3.9 批次处理过程

　　通过以下的例子进行详细分析料批的处理过程。下面表中的设定值仅仅为加料顺序号，物料的重量设定值因与物料处理顺序无关，故未列出。对于6个称重料仓也只取了1号、3号、5号3个，另外3个称重料仓与WH03和WH05的功能是一样的，因版面限制故不一一列举。料批一共举了9个，分别对应不同的设定值。(见表1)。

　　3.9.1 料批1处理

　　对于料批1(见表2)，WH03对应的SH09和WH05对应的SHl8同时开始放料到称重料仓中进行称重，WH01由于顺序号高所以不能启动。当WH03称重完成后开始卸料到汇总料仓中去。当WH05称重完成后需要等待，只有当WH03卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后WH05才能开始接着卸料至同一个汇总料仓中去。

　　当WH05完成卸料后WH01直接开始卸料称重至汇总料仓去。当WH01卸料称重完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　　3.9.2 料批2处理

　　对于料批2(见表3)，WH01、WH03和WH05同时开始称重，即WH01开始卸料称重，WH(B对应的S)108和WH05对应的SHl6同时开始放料到称重料仓中进行称重。当WH03和WH05称重完成后需要等待，只有当WH01卸料称重完成且经过一段时间

　　延迟(用于皮带机的清空)后WH03才能开始卸料到汇总料仓(非料批1的汇总料仓)中去。当WH03卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后WH05才能开始接着卸料至同一个汇总料仓中去。当WH05卸料完成且经过一段时间延迟(用于

　　皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　　3.9.3 料批3处理

　　对于料批3(见表4)，只有当2个汇总料仓中有一个料仓已经放空后才能将这批料放到汇总料仓中去。WH01、WH03和WH05同时开始称重，即WH01开始卸料称重，WH05对应的SHl6开始放料到称重料仓中进行称重，而WH03由于料批3没有用到，但是料批4用到了，所以也可以进行称重，即根据料批4里的SHl0的设定值进行称重。当WH05称重完成后需要等待，只有当WH01卸料称重完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后WH05才能开始卸料到汇总料仓中去。当WH05完成卸料且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　　表4 料批3—4

　　3.9.4 料批4处理

　　对于料批4(见表4)，WH01和WH05同时开始称重，即WH01开始卸料称重，WH0对应的SHl6开始放料到称重料仓中进行称重，WH03如果还没有完成称重则继续，如果已经完成了则需要等待SHl0的物料卸空以后才能对SH08继续进行称重。当WH03称重完成后需要等待，只有当WH01卸料称重完成且经过一段时问延迟(用于皮带机的清空)后，WH03才能开始卸料到汇总料仓中去。当WH03卸料完成后马上开始对SH08的物料进行称重。当WH05称重完成后需要等待，只有当WH03卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后，WH05才能开始接着卸料至同一个汇总料仓中去。当WH03对SH08的称重完成后需要等待，只有当WH05完成卸料日经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后，WH03才能开始卸料至汇总料仓去。当WH03卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　 3.9.5 料批5处理

　　对于料批5(见表5)，处理过程与料批4完全一样，对于设定值的不同，在控制程序里可以进行再转换并重新编排加料顺序。

　　表5 料批5

　　3.9.6 料批6处理

　　对于料批6(见表6)，WH01、WH03和WTl05同时开始称重，即WH01开始卸料称重，WH03对应的SH08和WH05对应的SHl6同时开始放料到称重料仓中进行称重。当WH03对应SH08的物料已经完成称重，则马上进行对SHl0的物料的称重，当WH03和WH05称重完成后需要等待，只有当WH01卸料称重完成且经过一段时间延迟(用

　　于皮带机的清空)后才能开始卸料到汇总料仓中去，WH03和WHO5哪个先卸料看准先完成称霞。当所有WH卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　　对于同样的加料顺序有以下规则：(1)同一个称重料仓有两种物料请求且加料顺序号一样，则从低的高位料仓号开始称重。(2)如果有好几个称重料仓有相同的顺序号，那么一般WH01总是在其他称重料仓前面先处理。如果WH01由于故

　　障无法工作，也不影响其他称重料仓的处理。总的原则屉“谁先来，准先处理”。

　　表6 料批六

　　3.9.7 料批7处理

　　对于料批7(见表7)，WH03对应的SHl0和SH05对应的SHl6同时开始放料到称重料仓中进行称量，WH01由于顺序号高所以不能启动。WH03和WH05哪个先完成称重哪个就先卸料至拒总料仓。当WH03和WH05所对应的加料顺序为01的物料都卸料完成后，开始对WH01进行卸料称重。当WH03对SHl0的物料卸料完成后马上开始对SH08的物料进行称重。当WH03对SH08称重完成后需要等待，只有当WH01卸料称重完成且经过一段时问延迟(用于皮带机的清空)后WH03才能开始接着卸料至同一个汇总料仓中去。当WH03卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　　

　3.9. 8 料批8处理

　　对于料批8(见表8)，WH03对应的SHl0和WH05对应的SHl6同时开始放料到称重料仓中进行称重。WH03和WH05哪个先完成称重哪个就先卸料至汇总料仓。当WH03对应SHl0的物料卸料完成后，开始对SH08进行称重。当WH05对应SHl6的物料卸料完成后，开始对SHl8进行称重。当WH05对应SHl8的物料称重完成后需要等待，只有当WH03对应的SH08卸料完成后才能开始进行卸料。当WH05卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　　

 

　　3.9.9 料批9处理

　　对于料批9(见表9)，WH01、WH03和WH05同时开始称重，即WH01开始卸料称重，WH03对应的SHl0和WH05对应的SHl6同时开始放料到称重料仓中进行称秉。当WH03对应的SHl0完成称重后不需要先卸料而可以直接在原有的基础上对SH08开始称重，当SH08也完成称重后需要等待，只有在WH01完成卸料称重后才能进行对WH03的卸料。当WH05完成对SHl6的称重后需要等待，只有当WH03完成卸料后才能对WH05进行卸料。当WH05卸料完成且经过一段时间延迟(用于皮带机的清空)后皮带机运行停止。

　　

4 总结   本设计实现预期的效果。AOD投料PLC控制有其独有的优势，必将得到广泛的应用。