麦尔兹窑计算机控制系统

摘　要：通过本文简要介绍了西门子S7-400系列PLC在莱钢Maerz石灰窑生产中的应用。通过人机界面和PLC实现设备的启停、各项参数监控等。

关键词：Maerz石灰窑；西门子S7-400；监控画面
　　莱钢3座MAERZ双膛石灰窑是当今世界上最先进的石灰锻烧工艺设备，其有并流蓄热独特特点，热效率高、石灰产量高而含硫量较低。石灰竖窑检测和控制系统采用西门子S7—400PLC，实现从上料、煅烧到出灰计算机全自动控制。
一、 系统组成
1.1　PLC控制系统
　　为了保证整个系统安全可靠和生产的连续性，提高自动化水平，我们采用以西门子S7-400 PLC为核心的集中和分散相结合的计算机控制系统，由中央控制室、现场PLC控制站、远程I/O站组成。
　　中央控制室：设监控计算机、打印机等，负责对整个石灰窑工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监控、管理、历史数据存储以及报表打印；
　　现场PLC控制站：由带DP接口CPU模块（CPU414和CPU416）、以太网模块（CP443-1）和I/O模块组成，通过高速、实时的工业以太网与中央控制室进行通讯；
　　远程I/O站：由DP从站接口模块（IM153-1）、I/O模块、AI/AO模块及变频器组成，通过Profibus-DP现场总线与现场PLC控制站进行数据通讯。
1. 2上位监控系统
　　上位机监控系统设一台工程师站和四台操作员站，选用西门子工业控制计算机，每台机器上装有网络通讯卡CP1613，它们各通过工业以太网与三套S7-400系统的通讯处理器CP443-1通讯口连接，实现了数据交换。
　　监控组态软件是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。我们在此监控系统中采用西门子公司的WINCC6.0组态软件，用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监控画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，提高了工作效率。上位监控计算机提供了友好的人机界面。
二、控制系统
2.1控制方式
根据用户和工艺设计的要求，石灰窑整个系统控制方式设计为计算机控制系统远程手动操作（即远程手动）、计算机控制系统全自动控制（即远程自动）两种控制方式。两种方式的级别由高到低依次为远程手动、远程自动。
　　远程手动：通过中控室内监控计算机实现远程手动控制；
　　远程自动：根据工艺要求设定控制程序，实现对工艺过程的自动控制。
2.2Maerz石灰窑的工艺参数的调节
焦炉煤气量和空气量的合理配合是保证石灰窑煅烧温度的关键调节，煤气量和空气量配比根据石灰石粒度和石灰质量进行动态调整，可以调节过量空气系数。
窑内的工艺参数的调节是整个窑生产出高质量合格石灰的关键，工艺参数调节包括窑的焦炉煤气量和空气量的合理配合，石灰冷却风调节，通道处温度控制等，所有工艺参数调节的性能指标都能很好的达到要求。
　　石灰窑生产的原料主要是石灰石（主要成分是CaCO3），成品是生石灰（主要成分是CaO）。原料通过上料小车、可逆皮带分别加入两个窑膛，经过煤气燃烧，煅烧成生石灰，输出到成品料仓。控制系统主要包括石灰石原料处理，煅烧系统，风机系统，废气除尘系统，成品处理，小料破碎系统以及配套的煤气加压站、液压站。新建石灰窑工艺设计先进，自动化程度高，所有设备具备机旁手动、半自动、全自动三种控制模式，并具备设备故障诊断报警功能。
2.2监控画面
　　Maerz石灰窑系统中不仅要对窑生产过程中的各种参数监控及调节，还要对各种生产设备进行控制操作。我们这里对主要的对石灰石原料系统的工艺及控制流程图加以说明。
　　原料系统设备及工艺流程包括原料震动给料机---〉1#皮带机---〉原料振动筛---〉3#皮带---〉窑前料仓---〉窑前皮带机---〉称重料斗---〉上料小车---〉窑顶料仓，经过这些步骤完成石灰窑原料的筛选、称量、加料过程。 在生产过程中，窑顶料仓的重量控制上料小车的运行。
三、系统特点
本系统以PLC和监控计算机为核心，以工业以太网作为系统骨干网络，将现场PLC控制站和监控计算机连接起来，构成一个分布式控制系统。
3.1先进性
本系统不仅采用了先进的软、硬件，而且着眼于企业“自动化控制”的需求，贯彻了数字化、信息化的先进思想，使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分。
3.2可靠性高
控制系统在严格的工业环境下长期、稳定地运行。系统组件的的设计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，适应较宽的温度变化范围。现场控制站的PLC能够在恶劣的环境中长期可靠运行，开窑四年多一直正常运行。
3.3功能强大
PLC的编程语言符合IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。
CPU内置软PID，并提供了丰富的指令集及函数库，用户直接调用。高速工业以太网作为系统的骨干网络，实现高速数据传输、高度数据共享。组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。
3.4优良的开放性
　　TCP/IP协议是目前开放性最好的协议，可以轻松进行系统扩展。
组态软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供丰富的API编程接口，同时也为世界各大厂商，如Siemens、GE、Omron等的设备提供了完善的驱动程序库，从而可以将其它系统轻松接入本系统。
四、总结
　　本控制系统自投产以来一直运行稳定,在该系统中PLC控制充分发挥了控制可靠、编程方便和功能强大的优点，人机交换界面图文并茂、形象直观、操作方便等给整个系统的稳定性带来较大的益处，生产出的优质石灰能够满足炼钢生产要求，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。
参考文献：
[1]刘文霞 刘文艳 陶玲、MAERZ石灰窑上料自动控制系统，莱钢科技，2007，（2）；18-19
[2]]乔凤华 杨诗洪、石灰回转窑PLC控制系统，中国工控网，2008 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/241644.html