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1、目 录 中文摘要、关键词 .I 英文摘要、关键词 .II 第 1 章 引 言 1 1.1 课题研究的背景1 1.2 高炉上料国内外发展状况1 1.2.1 高炉介绍 .1 1.2.2 上料系统介绍 .2 1.3 课题研究的主要内容 .5 第 2 章 高炉上料自动监控系统的硬件设计 .7 2.1控制方案的选择 7 2.2.1 PLC 控制器选型及硬件配置 .7 2.2.2I/O 点分配8 2.2.3料车上料系统 .9 2.2.4高炉料钟装料系统 10 2.2.5 步进电机的选择 11 2.2.6 探尺系统.13 2.2.7系统的总体结构图 14 第 3 章 高炉上料自动监控系统的程序设计 16 3
2、.1 高炉上料自动监控系统的流程图设计 .16 3.2 高炉上料自动监控系统的梯形图设计 .17 第 4 章 高炉上料自动控制系统的仿真 22 4.1 生成 ASCII 文本文件.23 4.2 仿真软件配置设置.23 4.3 下载程序并仿真.24 结论.27 致谢.28 参考文献.29 西门子 PLC 高炉上料上的应用 摘要：高炉是炼铁或者炼钢生产的核心设备，是一种规模大、要素多、要求严格的冶 炼过程，其良好的运行能为后续的生产过程提供充足而优质的原量保证，本文对西 门子 S7-200 系列可编程序控制器应用于高炉上料电气控制系统的设计思想作了介绍， 对系统的硬件组成和软件设计作了较为详细的阐
3、述， 设计出的可编程程序控制装置 基本上完成了 120m小型高炉供料电气控制系统的硬件设计。实现了布料（槽上）和 槽下卷扬的实时控制和生产过程自动化的目的。 本文最后采用程序以及组态对文中程 序进行了仿真实验，确保程序的可行性。 关键词： 可编程序控制器 高炉 上料系统 自动控制 仿真 Abstract： Steelmaking furnace is the core of iron or equipment, is a large scale and elements, demanding smelting process, and its good operation can provid
4、e adequate follow-up production process and the high quality raw material guarantee. This text is applied to the Siemens S7-200 series programmable preface controller shaft furnace up anticipated the design thought of electricity control system to make introduction, made to elaborate a little bit in
5、 detail hardware composition and software design of system, designed the programmable process control device of to basically complete 2 shaft furnaces: 120 m to provide the hardware design of anticipating the electricity control system. Carry out the cloth (slot up) automates with real time control
6、and procedure in production of slot next winding of purpose. This text finally adopted procedure and configuration to carry on imitating reality to check to the procedure in text and ensure the feasibility of procedure. Keywords： Programmable controller Blast furnace Feeding system Automatic control
7、 simulation 第 1 章 引 言 1.1 课题研究的背景 高炉上料装置是生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大减轻工人 劳动强度，提高生产效率，同时通过原料的精确配比，又可提升产品的品质和质 量。本文简要介绍了 PLC 系统在高炉上料自动监控中的应用。该系统用 PLC 完 成所有的过程控制、数据采集、自动调节、事故处理及报警等工作。 1.2 高炉上料国内外发展状况 1.2.1 高炉介绍 高炉：用于冶炼液态铁水的主要设备，其横断面为圆形的炼铁竖炉，用钢铁 作炉壳，里面砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、 炉缸五部分，护喉之上设置装料设备；炉缸上部沿圆周均匀设
8、风口，热风通过热 风围管、支管和弯头、直吹管，由风口鼓入炉内；风口平面之下有出渣口和出铁 口。近代巨型高炉由于渣量少，不设出渣口。高炉的主要组成部分。高炉炉壳： 现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的 砖壳，炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受 炉顶载荷；炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形；炉身：高炉铁矿石间接还原 的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生 体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻力；炉腰：高炉直径最大的部位； 炉腹：高炉熔化后造渣的主要区段，呈倒锥台形，为适应炉料熔化后体积收缩的 特点，
9、其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角；炉缸：高炉燃料燃烧、渣 铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形；炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣 液及铁水的静压力，而且受到 14004600的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程 度决定着高炉的一代寿命，目前我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高 铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力；炉基：它的作用是将所集中承担的 重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的；炉衬：高 炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构 免受热应力和化学侵蚀的作用；炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流 冲刷下，工作条件十分恶劣
10、，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条 件。 高炉炼铁生产是冶金 (钢铁)工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成 生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料 装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替 分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定 期从铁口、渣口放出。其生产工艺流程如图 1-1 所示: 1.2.2 上料系统介绍 高炉是炼铁或者炼钢生产的核心设备，是一种规模大、要素多、要求严格的 冶炼过程，其良好的运行能为后续的生产过程提供充足而优质的原料保证，这对 控制系统的可靠性提出了较高的要求。尤
11、其是高炉的大型化趋势越来越明显的情 况下，用人工执行是非常困难的，故其能稳定、有序、准确的工作是很重要的。 烧结料石灰石焦炭 铸铁机 溶剂高炉热风炉鼓风机 铁水炉渣 转炉 图 1-1炼铁生产工艺流程 这就要求高炉实现自动化的生产方式。 高炉上料系统是炼铁高炉系统中最重要的一环，及时、准确的上料是保证高 炉产量和产品质量的前提。高炉上料系统的整套动作过程包括料车上料系统和炉 顶布料系统。料车上料系统必须快速严谨，如果上料慢，赶不上料线，影响产量， 而上错料，高炉将不能正常生产，甚至得拉风、休风 . 高炉布料指高炉炼铁过程中，炉料 (主要是矿石和焦炭 )在高炉炉喉的分布。 高炉布料的基本规律是高炉
12、冶炼工艺理论的重要组成部分，控制高炉布料是高炉 操作的一个重要手段。习惯上称之为 “上部调剂” 。通常高炉炉料是分批装入高 炉炉喉的。根据经验确定一批料的矿石量与按焦炭负荷确定的批料焦炭量组成料 批，通过布料设备双钟和旋转布料器装入炉喉。高炉是一种逆流反应器，煤气在 高炉下部产生，而后上升穿过料层 ;炉料从上部下降与煤气作用，完成加热、还 原、造渣、熔化等冶炼过程。炉料在炉内由上而下，温度逐渐升高，直到熔化前， 一直保持炉喉布料的层状结构口焦炭多的地方煤气流较发展，因而炉料温度升高 快，可见高炉布料对煤气分布以及软融带的形状和位置等是有重要影响的，这关 系到煤气能量的充分利用，炉料的顺利下降以
13、及高炉一代寿命的长短。正常的高 炉行程在炉内圆周方向上煤气与炉料的分布都是均匀或基本均匀的。 上料系统由料车、卷扬机、布料器、大小钟、均压阀、左右探尺等设备组成。 按流程可简单分为料车上料系统以及炉顶布料系统。 料车上料系统是料车按生产要求将中间仓内已配好的物料送到炉顶的过程。 炉顶布料指高炉炼铁过程中，炉料 (主要是矿石和焦炭 )在高炉炉喉的分布。 高炉布料的基本规律是高炉冶炼工艺理论的重要组成部分，控制高炉布料是高炉 操作的一个重要手段。习惯上称之为 “上部调剂” 。通常高炉炉料是分批装入高 炉炉喉的。根据经验确定一批料的矿石量与按焦炭负荷确定的批料焦炭量组成料 批，通过布料设备双钟和旋转
14、布料器装入炉喉。高炉是一种逆流反应器，煤气在 高炉下部产生，而后上升穿过料层 :炉料从上部下降与煤气作用，完成加热、还 原、造渣、熔化等冶炼过程。炉料在炉内由上而下，温度逐渐升高，直到熔化前， 一直保持炉喉布料的层状结构。焦炭多的地方煤气流较发达，因而炉料温度升高 快，可见高炉布料对煤气分布以及软融带的形状和位置等是有重要影响的，这关 系到煤气能量的充分利用，炉料的顺利下降以及高炉一代寿命的长短。正常的高 炉行程在炉内圆周方向上煤气与炉料的分布都是均匀或基本均匀的。 其基本的动作顺序是 :卷扬机将料车送到炉顶，配料倒入小钟斗。大、小钟严 格互锁，不能同时打开，当大钟斗一批料未满，小钟开启，料投
15、入大钟斗，一批 料满且料线信号到，大钟开启，经布料器后，配料均匀倒入炉内。开大钟时同时 打开均压阀，使大钟斗和炉压均压。左、右探尺用于探测炉内料位，料线信号到， 才能开大钟。 图 1-2高炉上料系统示意图 注：1 中间仓 2 料车3 小钟4 大钟 5 布料器 6 均压阀 7 左右探尺 3 4 5 6 7 1 2 高炉上料的控制方式： (1)点动操作 点动操作方式下，操作人员必须长按按钮，系统才会进行相应动作，这种方 式主要是用于设备的调试。 (2)手动操作 手动操作方式下，操作人员每一次操作按钮，系统就会产生相应的动作，这 种力式可以用于设备的调试，最主要的还是用于排除故障时的操作。当设备出现
16、 故障或物流不畅时，上料系统转入手动生产，直到排除故障，再切换到自动生产。 (3)半自动操作 通过按钮实现上料、卸料的单步自动控制。 (4)全自动操作（本文主要研究课题） 当检测到炉内缺料时，操作台通过按钮实现上料、开门、小车上下行的全部 自动控制。通过计算机可实现生产过程的按步顺序的自动控制过程，是主要生产 方式。 高炉自动上料系统是高炉冶炼系统中一个重要组成部分，对高炉冶炼的各项 指标有着极大的影响。一个良好的系统必须保证其工作的可靠性和准确性。因为 高炉生产的特殊性，这一系统必须在长时间高强度工作的情况下保证其可靠性， 确保高炉正常生产，同时又必须对各种入炉物料进行准确计量，按规定的装料制 度进行顺序装料。由于工厂的特殊工作环境，这一自动上料系统还必须易学好用， 易于维修，适合于工厂的实际情况 。 1.3 课题研究的主要内容 设计一个高炉上料自动控制系统，能够实现手动和自动两种方式控制，并且 使用仿真软件进行程序仿真。 指标要求： 1. 在手动控制方式下，按下相应的控制按钮，可以实现配料 小车上行、小 车下行控制； 2. 在自动控制方式下，动作顺序是：小钟
