■Ｈ三Ｗ０ＲＬＤ ０Ｆ ＮＶ三ＲＴＥＲＳ 《变频器世界》Ｊａｎｕａｒｙ，２０１８ 的混铁炉升级改造 Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ＰＬＣ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｐｇ ｒａｄｅ Ａｎｄ Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｘｅｒ Ｆｕ ｒｎａｃｅ 山东铜铁莱芜钢铁集团有限公司工程部郭宗华（Ｇｕｏｚｃ）１ｇｈｕａ） 山东电子职业技术学院郭金恒（Ｇｕｏ Ｊｉｎｈｅｎｇ） 山东钢铁股份有限公司莱芜分公司炼钢厂殷志辉（Ｙｉｎ Ｚｈｉｈｕｉ） 摘要：随着经济全球化不断深入，如何实现自动化生产过程中的高效、稳定、低运营成本，是每 个工业企业需面临解；央的问题。本文介绍了莱钢在６００吨混铁炉仪电控制系统升级改造中方案制定、 设备选型、ＰＬＣ系统硬件组态、应用软件开发、抗干扰措施设计实现等，为类似项目升级改造，建 立数字工厂提供借鉴。 关键词：混铁炉；变频器；工控机；编码器；服务器 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｅｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｇｌｏｂａ【ｉｚａｔｉｏｎ，ｈｏｗ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ Ｉｏｗ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｓｔ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐ ｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｐ ｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｅｖｅｒｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉａＩ ｅｎｔｅ ｒｐ ｒｉｓｅ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｓｏｌｖｅ．１ｎ ６００ ｔｏｎｓ ｍｉｘｅ ｒ ｉｎ ｌａｉ ｓｔｅｅｌ ａ ｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏＩ ｓｙｓｔｅｍ Ｕｐｇｒａｄｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ＰＬＣ ｓｙｓｔｅｍ ｈａ ｒｄｗａ ｒｅ ｃｏｎｆｉｇｕ ｒａｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａ ｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｓｕｃｈ ａｓ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅａｓｕ ｒｅｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｉＩａ ｒ ｐ ｒｏｊｅｃｔ，ｂｕｉ【ｄｉｎｇ ｄｉｚｉｔａ【ｆａｃｔｏｒｙ ｆｏ ｒ ｒｅｆｅ ｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｉｘｅ ｒ；Ｉｎｖｅｒｔｅ ｒ：ＩｎｄｕｓｔｒｉａＩ ｃｏｎｔｒｏ【ｍａｃｈｉＲｅ：Ｅｎｃｏｄｅ ｒ；Ｓｅ ｒｖｅ ｒ 【中图分类号】ＴＮ７７３【文献标识码】Ｂ【文章编号】１５６１—０３３０（２０１８）０１—００９１—０４ …一 ｚ— Ｌ Ｌ一。 助燃ＪｘＬ机等 他辅助改符， ２） ］：艺控ｆｈ０。 －川充成 足生产数据统计、远程计量和全自动 控制要求。 （４）缺陷综述：由于接触器等 Ｉ ＪＩ铡股份荣芜分公刊炼钢厂对 １９８４ 投川ｔ的６００吨混铁炉仪电控制 系统升级改造， 逐步完蒋丁 ２０１７ ８』Ｊｌｌ【 式投Ｊ｛ｊ，实现Ｊ ｒ 电信息 宰 能化改汁构想。 （２）仪控 ｊ分：采』ｌＪ ＤＤＺ—Ｉ１ ｌ乜动 儿绀合仪表的煤气爪力、流 、 炉黼测艟， ｒ”ｌｆ 反馈Ｉ【ｉ动调 、 设备频繁动作，长期处于高温和导电 灰 １１、 劣环境，受机械和电气寿命等 因袭影响导致：倾翻机构 令丌关触 点 合调整非常麻烦，甚争用砂纸打 瞵；电机定子及转了滑环短路被烧、 动圈温度指示仪和 ｌ划 求仪等设符， 吱现混铁炉使川介顺测 平ｌ】川路渊节。 （３） 问题：泓铁炉 使朋 ．０ ｌ ， （１）电控于ｆ＿５分：倾剁机构采Ｊ羽两 过柞 ｝Ｊ＇址 彩次人修， 资金 碳刷接触压力小足打火使滑环出现麻 接触器触 弧光Ｉ＾＿ｊ烁烧蚀、接触 俞绕线交流 机驱动，转了¨路书Ｉ乜 制，对仪 设 从术进 彻底改造， ｌ５【ｌ 速，…交流接触器分级切除，两 俞ＩＵ机且为备川；接触器、抱 、倾 电气 ｛象 换部分电缆和老化无 良或 连、弹簧压力／ｆ 足、松动或 脱落、动作时间过长或抻卜困难：电 器什，仪表』 虽逐步 换为ＤＤＺ一… ！ 数 以及兜纸记录仪 ‘怕 设备， 但仍处低水、 ， 定驯 校，／１ 能满 劫角发定化动作【¨ｌＩ卜令控制器等操作 ｆｔ：和显示器件纰成，此外还仃煤 磁机构铁 芷＝接合而脏污、偏斜、短路 片脱落有剩磁吸合时噪声过大或断扦 ¨ ｌｌ ｝ｌ （■Ｉ６８．ｆＯＭ ９１ 伺服控制 ¨｛＼（ （（ｆ＼ 动作迟缓， 烧损线圈，造成各种啦故频发，多次出现 冈铁水倾倒在地烧毁设备事故，且元器件更换频繁，更新 换代快，祷件消耗人，采９蜘 难， 换 差，给设备检修 和日常维ｊ＝ Ｊ一增ＪＪＪ１【木Ｉ巾；。 ３改造项国蒙 鉴于混铁炉仪电设备小能满足汁算机全数宇监控、无 法与其它白动化设备实现联网管控等现状，通过了解设备 情况和对牛产人 充分渊研分析，决定对其进行动念升级 改造，实现智能化控制。 改造本着保证生产安全，达到效益最大化，遵循需求 设计、硬软件丌发、集成测试、确认和试川１、结束和』ｌ 式 投用等有序史现原！Ｊ！『ｊ，经多 考察和充分论证，选 曲门 了ＰＬＣ及卡¨火设符可满址混铁炉对系统功能的控制要求 等特点，既ｌ方便维护，又便于操作。 改造方案：将绕线电机更换为鼠笼电机，采Ｈｊ变频训 速，变频器外）Ｊ【ｌ旁路切换㈨路， 原ｌ＝ｉ 令控制器同轴 增 改总线型编码器，作为倾翻角度显示车Ｉ】软限位，所有设帑 动作、数据采集卡【】 尔余部由ＰＬＣ克成搽作 控，取消 次仪表，既节省电缆，又减少尢器什，线路也得以简化。 ４謇动控制系统维成 混铁炉自动控制以 门Ｊ Ｓ７—４００ ＰＬＣ、变频器为 Ｉｌ Ｊ， 外闹编码器等辅助没桥组成，ＰＬＣ通过ＣＰＵ Ｉ～置 场总 线Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ接【１连接变频器和编 器，并 ｊ卜化机联 实现自动控仆刊， 台Ｉ：拎机 俞为服务器，’ｊ‘俞为操 作站并燎具Ｉ 站功能，共同完成整个过程：‰ 和系统 软件开发设计，程序设汁采用模块化编程，应 相关数 块组成具有特定功能整个ｊ 控系统， 系统运行过程ＩＺ Ｉ 上程师可 线调试和修改系统状念控制参数以及维护。其 网络系统结构 １所示。 Ｐｒｉｎｔｅｒ 图１自动控制网络结构图 ５自动控制系统功能 整个系统自动控制按ＰＬＣ程序发…指令 顺序 ｊＩ蚌 控制、联动联锁控制以及信号传输、报警干【ｌ数 采集，操 作 ｉ ｉ站人机界而友好，采川Ｗｉｎｄｏｗｓ ７ ＳＰ１ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ操 作系统下巾文版基十Ｓｉｍａｔｉｃ组态编 软什Ｓｔｅｐ７ Ｖ５．５ ＳＰ２ 和ｊ＿Ｌ仃多功能ＷｉｎＣＣ Ｖ７．３【：业组念 软什，通过 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ现场总线实现对现场砹 过程 控、动态数 ｛ｔ 、参数设定、画面操作和系统复化，外 仃过 息ｌＪ １、 报臀信息顺序显示、报表打印等功能，．史 和可带 较 。 混铁炉ＰＬＣ ｌ＿卜要完成兑铁炉门升降、炉体 翻、侧泡 小１４］：走、助燃空气风机、煤气凋节阀以及抱 机构等拄带１．， 全 控系统显示加热煤气、空气流量和 力，炉内雨Ｉ炉体温 度，电动调节阀位等２０个测量点参数、卢比报警等功能， 其１。Ｉ『Ｉｊ面如图２所示。 曼！！苎纠 苎．！熊ｌ！墨 ｌ！１ ·！ Ｉ曼 ！ ！曼 图２主监控画面示意图 卜画面除完成生 过程临 ， 殴 ‘ 时干ｌ】 殳趋势Ｉ 而、维护画面、设备运行趋势画而、参数设定等 换 而， 分别对混铁炉实时数据采集各馍拟蕈变化｝｝Ｊｌ线、倾翻角嫂、 超ｌ；艮、事故报警等显示和操作监控，此外助燃 机、除，Ｉ 等辅助设备视整体实况，可分别手动或自动投入。 ６混铁炉操作流程 系统由炉前操作台和机旁操作箱 功、操作站【 Ⅲ 础 种操作模式，权限由选择 关决定。 卜画面自动操作：操作员进入ｊ监控画而操作按钏商体， ， ：键 击功能按钮，其设备 控、灾时干ｌ １史趋势，参数设 定干ＩＪ反馈值、 户管理、系统复位等监控 Ｉｆ１ 可进仃 换操 作，一１『Ｌ。什相应ｒ四ｊ面窗体按钮［Ｕ 浏览丰监控Ｉｎ１ｊＩ 砹备起／停、 炉濉和煤气压力以及流量等实时趋势干ｌ】历殳趋势、报 永 平Ｉ１ 何等功能。 （１）炉体倾翻：操作台ｒ动操作时，选择被操作电机 和操作＿Ｉ：佗，操作手柄前摇或后摇分别给出０～士１ＯＶ信号， 经ＰＬＣ程序采集处理，转换成０～￣５Ｖ数字信号传输到变 频器驱动电机以给定速度止反转，完成炉体倾删、停止、 旧协，编码器输¨｛倾翻角位移除 操作台角度 示仪及卞 …１ｊＩ自 爪外，还可由ＰＬＣ程ｒ 起软 化行程作川：自动操 作时，操作方式切换垒自动， Ｉｌ 化机 画而选择“算机 操作”，住频率设定蛳面点 Ｉ 鼠 和１键盘，根据运｛Ｊ：工况 设定变频器最佳频率对应速瞍，ＰＬＣ按改定 序自动充成 所＿仃动作循环。 （２） 铁控制：此时侧兑小１ｉ 等待位，铁水称量罐 １ｉ＿ＪＦ到 铁化，倾翻炉体倒铁水， ｔ铁后进入闩动控制， 炉体返… 位，同时铁水称 １ｉ和操｛１＝室显示铁水晕最， ／自动过 完 一致。 （３）兑出铁控制：此时炉休 ｆ ，将炉 提剑 限 化，侧兑小 从等待位移至兑铁化，ＪＪｕ铁水到侧兑小午流 入炉内，铁水兑克侧兑小车退 等待化，兑铁炉门降到下 限佗关闭； 铁时侧兑小车 铁水称 乍均 等待位，倾 动炉体倒铁水，Ｌ｝ｌ铁到量运 转炉，炉体旧零位。 炉门升降：操作方式为ｒ动，按｝ ／卜降起动按钮， 炉¨ 丌／＿卜降，相应指示灯 尔动作状念，拨停ＩＩ：按钮 炉门动作停【『：或到位闩动停Ｉ ：操作办式为 动， ｌ 位 机卜Ｉ刨 点山鼠标和键盘进 １动操作。 侧兑小１ｉ水半往返：操作俞操作力‘式为于动，现场 搽作箱为集 ｝ｌ】按操作台进／ 起动按钮，侧兑小车进入 兑铁ｒ化或退 等待位，按停ＩＩ：按钮，侧兑小 进／退停 Ｉｆ：或到位后白动停止，现场操作耥 换至就地， 现场操 作车ｉ：ｉ手动操作侧兑小车进退； ｝ｉＩ 而 鼠标和键盘， ＰＬＣ按设定程 完成自动操作动作循环。 （４）炉体倾翻备用：［Ｉｉ独 ｊ ＰＬＣ系统的白藕变压 器心急降 起动完成，有“本控一停一远控”■种ｌ：作方式， 权限由控制柜面板选择开关决定，当 关置丁丰Ｈ应操作位 时，住操作台或控制柜点按Ｉ 反转 动按钮，接触器吸 合丌始降 起动，完成“倾翻一停Ｉ卜一ｌｕ】化”循环动作， 将炉体 事故状态下返 零化 安全 锁 辜敝弹鲼 为 混铁炉安全运行，ＰＬＣ程序ｌ｝ｌ没仃机械及电气 安伞联锁ｌ几］路， 』｜操作台设彳丁急停人Ｔ干预按钮，紧急 情况下，按卜该按钮系统全部停１ｉ，复化该按钮系统恢复 运行，炉休＿仃０。、３０。、４７。、一５。旧个Ｔ何，南切换开关选 扦，【 常范 为０。～３０。，ｆ：；＝修 作范 为０。～４７。，一５。 Ｔ『＿ｌＥ ＷＯＲＬＤ ＯＦ ｌＮＶＥＲＴＥＲＳ 《变频器世界》Ｊａｎｕａ ｒｙ，２０１８ 是炉体返 ０。时防止过趟限位损坏相关设备，其维修及 连锁１ｎ６面如 ３所示，维修和操作人员从该ＩｆＩＩ 景颜色 变化判定设符动作状态。 Ｉ 】 ｌ 医 互口匾 圃匝 匝互巫］匝互互］ 医五 至二］匝 圃匝亘圃匝 巫］匝面亟 ［二ｉ面互 匝五 匝巫 匝互巫］匝巫亟］ 医五互口匝五 匝五 匝互巫］匝互互二二］ 匝 口匝亟圃匝亟 匝巫 匝匦互二二］ 匝匝五口匝五 匝 匾五巫二二］匝面 ］ 匝匝 匝五 ］匝面五］匝五正］ 臣巫亚］［巫亟］ 面五］匹 巫］匝面圈 ［巫互］［五习［面面］区 巫二二］匝亟 厂—而 —］ 图３维修及联锁画面示意图 （１）当愉修或调试定位，手动操作模式【ｆ、『， ｉ操作 台干Ｉ］侧兑小 操作箱均可操作侧兑小午，各设备问无联锁： 但 侧兑小１ 操作辅操作，操作台除急停按钏外， 它所 有 件均操作无效。 （２）Ｊ ０ 位：炉体住任意ｊ二位同至０。ｒＩ助停止， 倒铁时倾翻 ３０。和 位０。自动停止。 （３）榆修：［：位：炉体向卜倾翻至４７。ｒ１动停１ （４）十ｌ１关联锁：炉体未到０他兑铁炉门／ｆ 能 升降、 轨道衡ｆ 铁水罐１一不拖走、倾翻操作无效；ｆＪ！！ＪＪ兑小乍术退 到化，泡铁炉门 能Ｆ降；炉体末到０位、兑铁炉门术丁ｌ 肩到位，侧兑小乍不能进到兑铁位；侧兑小１ 术退到位， 兑铁炉门术关闭到他、 铁罐车未到出铁化、炉体均 能 向卜倾翻。 （５） 急措施：当电气发生故障时，ＩＪＪ‘ 机旁用于 搬动气动 门放松制动 ，使混铁炉自动转 零位，当变 频器和ＰＬＣ ｍ现 题时，白耦调压系统ｆＩ动投入作为应 急处 ，完成炉体倾倒，停止，同位。 ８抗扰功慧设计 为确 控制系统止常运行和通讯网络稳定畅迎，设计 中根据各种十扰源情况，采取以卜抗干扰功能。 （１）接地：计算机系统单独接地，接地｝ 儿 １．０Ｑ， 以防接地线 产牛环流引起ＰＬＣ误动作。 （２）模拟量输入信号滤波：系统模拟 输入信号进 入ＰＬＣ模拟晕通道前，先经过信号隔离器消除通道中串 模。－扰，提高信躁比。 ”ｎ ”ｆ ，Ｉ６慧（ ， Ｉ ９３ 伺服控制 ｝ｉ｛＼（）（ｆ ６结语 本文通过采用ＰＬＣ与变频器结合的控制方式，时电 梯拖动系统中的交流异步电动机进行ｊ，变频调速控制 通 ｌ ／厂————＿－、 ｌ ／ ＼ ＼ 过西门子ＳＴＥＰ７编程软件进行上位机编程和调试，实现 ｌｆ ／／； Ｌ、 ＼ 电梯的逻辑控制功能。ＰＬＣ电梯实验装置是简化版的电梯 ，、。 ＬＬ————————＿－—————Ｌ——ｌ 控制系统，通过学习变频器及ＰＬＣ的逻辑控制功能， 叮 加速稳定运行 减速爬行 ｔ（ｓ） 以对电梯的工作及运行有更清晰的认识和了解，为后划学 圈６理想电梯运行曲线 习更复杂的电梯控制系统打下理论和实践基础。 使用ＢＯＰ埘变频 进行快迷参数化（严格按照电机 的铭牌进行相关参数的设置），ＭＭ４２０变频器主要参数 设置如表３所示。 ＞００Ｏ０００００ｏ０００ｏ０Ｏｏ００ｏ００ｏ０ｏ０００∞ 变频器参数 …Ｊ 侦 改定值 助能说明 Ｐ０３０４ ２３０ ３８０ 【Ｕ动机的额定电压（３８０Ｖ） Ｐ０３０５ ３ ２５ （）３５ 乜动机的额定电流（０．３５Ａ） 参考文献 Ｐ０３０７ ０ ７５ ０ ０６ ｌＵ动机『ｌ勺额定功率（６０Ｗ） …１廖长初．跟我动手学ｓ７—３００／４００ Ｐｌ Ｃ【ＭＩ．北京：机械工业出版社， Ｐ０３１０ ５０ ００ ５０ ００ ｆＵ动机ｎ勺额定频率（５０Ｈｚ） ２０１０，９． Ｐ０３ｌ１ （） ｌ４３０ ＩＵ动机的额定转速（１４３０ｒ／ｒａｉｎ） 【２】钱争争，郁琰．基于ｓ７ ３００Ｐｌ Ｃ与Ｄ７０（Ｉ变频器的四层电梯控 Ｐ１０００ ３ 定频率设定 制系统［ＪＩ．自动化应用，２（｝１７，（２）：９６—９７． Ｐ１０８０ ０ （） ＬＵ动机ｎ勺最小频率（ＯＨｚ） ３葛长存．基于ＰＩ （：的电梯控制系统研究 机电信息， Ｐｌ０８２ ５０ ５０．００ Ｉｕ动机的最人频率（５０Ｈｚ） ２０１ ７，（３（ ４６—４７． Ｐｌ】２０ ＩＩ） １（） 斜坡ｌ 升时间（１Ｏｓ） Ｉ４】陈洪国．电梯控制系统中ＰＬ （：技术的应用 科技创新导报 Ｐｌｌ２１ １０ ｌＯ 剁坡下降时问（１Ｏｓ） ２０１ ７，（１ ２）：９—１ ０． Ｐ０７００ ２ ｌ ＢＯＰ（键盘）设置 【５ｌ粱永波．ＭＭ４４０型变频器在电梯控制系统中的应用 科技与 Ｐ１２１０ １ ２ ¨Ｕ源跳闸／接通ｌ电源后再起动 创新，２０１７，（０３）：１４７—１４８． ｆ上摇９３贝１ （３）模拟墩通道 敞：模拟最信号输入导线采用内 模式一体化等日标。 外屏蔽层的多芯双绞电缆， 端接地，有效地衰减了高步负 干扰，降低ｒ辐身寸硐１电磁偶合＿ＩＦ扰，保证了有用信号正常 传输。 （４）模拟 ／数７ 通道 离：模拟量和数字量模 参考文献 块均采．¨＿】通道光电隔离模块， ‘方 降低通道问共模干 【１】王燕平．台达：深耕ＰＩ Ｃ助力智能制造［Ｊ１．自动化博览，２ｏｌ６（６）：３８— 扰，另一方而 信号进入ＰＬＣ通道之前，防止串入强干 ３９． 扰源烧坏。 【２】范春明．基于Ｐ１ Ｃ的变频器调速系统设计 机械管理开 （５）拄带【Ｊ电源隔离：为ＤＣ ２４Ｖ开关电源供电的 发，２０１５（６）：９—１０＋６２． ３王德吉．西门子工业网络通信技术祥解ＩＭ Ｊ＿北京：机械工业出版 ＡＣ ２２０Ｖ电源【扫隔离变压器输 ，仃效消除弱电回路屏 社，２０１２ 蔽电缆不能 变频器某‘频段内或脉宽调制频率无法调 ＿４１姜建芳．西门予ｓ７—３０Ｏ／４００ ＰＩ Ｃ工程应用技术ＩＭＩｌ机械工业出版 整时等产牛的 扰。 社，２０１２． ５左戍等基于（Ｘ）Ｍ／ＤＣ（）Ｍ的管控一体化系统设计与开发Ｕｌ工 ９结论 业控制计算机，２０１４（８）：１２０—１２１＋１２３ 系统的成功改造，实现了自动控制，用最小投资， 作者简介 取得最火经济效益，采用曲门子ＰＬＣ程序故障诊断、在 郭宗华（１ ９６３一）男工程监理工程师研究方向为电气自动化专 线监控和修改技术，维护方便，实现Ｊ，操作、控制、运行 业工程领域 ９８ １、ＨＥ ＷＯＲ！ Ｉ，ＯＦ Ｉ、、ＥＲ Ｉ｝：ＲＮ
