CN102967150A - Plc控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统 - Google Patents

Abstract

一种PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，属于镍铁生产领域。系统包括小料仓、中间大料仓、竖炉、料尺控制单元和自动加料控制单元；小料仓、中间大料仓和竖炉内均设有料尺控制单元，料尺控制单元由卷扬机、钢丝绳、重锤组成；自动加料控制单元由PLC控制单元、人机接口，传感器检测单元、执行机构组成。本发明优点是应用传感器检测技术和PLC逻辑控制技术，在无人工操作的情况下实现完全自动检测竖炉料况，并根据料况及时地对竖炉加料，不仅节省人力，而且为竖炉高效率高产量的生产提供了最有力的保障。

Description

PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统

技术领域

本发明属于镍铁生产领域，涉及到竖炉上料控制系统，主要利用检测技术和PLC技术实现竖炉自动送料和自动加料。

技术背景

由于其投资低和高效性，竖炉已被大量镍铁生产企业用来生产镍铁。但对竖炉生产基本是人工完成的。这样不仅需要大量的劳动力，也降低了作业效率，而且操作人员在这样的环境下作业存在很大的安全隐患。特别在上万吨的大规模镍铁生产中，竖炉数量达到上百个，如果对于上料系统采用自动化控制，不仅可以节省大量人力，还可以大大提高生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PLC技术和仪表检测技术的自动上料系统，它能实现对竖炉无人工自动上料。即通过检测装置检测炉内的原料，PLC采集到这些值，通过计算得出要加入的炉料重量。然后PLC输出控制信号控制上料料斗下的电动阀加入所计算出的生产原料。

PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，包括小料仓即矿石料仓10、焦炭料仓11、石灰石料仓12，中间大料仓13，竖炉14、料尺控制单元4和自动加料控制单元5。小料仓、中间大料仓和竖炉内均设有料尺控制单元。料尺控制单元4由卷扬机1，钢丝绳2，重锤3组成；自动加料控制单元5由PLC控制单元6和人机接口(HMI)7，传感器检测单元8，执行机构9组成。

料尺控制单元实现对炉内料的探测控制，卷扬机通过钢丝绳拉动重锤上下移动。通常情况下，重锤由于自身重量落在炉料上与炉料紧紧接触，PLC控制单元向卷扬机电机变频器输出向上转动的提升力矩M1作为力矩限幅值和向上的提升速度，连接重锤和卷扬机的钢丝绳绷紧，重锤受到钢丝绳向上的提升力作用，但力矩M1不足以克服重锤重力产生的力矩M3，重锤不会随提升力向上移动，相反，重锤随着炉料下降仍然向下移动，并与炉料紧紧接触，此时装在卷扬机后的编码器即可指示炉料的位置。当料尺检测到需向炉内加料时，向卷扬机电机变频器输出向上转动的提升力矩M2作为力矩限幅值和向上的提升速度。力矩M2足以克服重锤重力产生的力矩M3，重锤随着卷扬机的转动向上提升直到起始位。当重锤达到起始位时即可向炉内加料。

为了减少料尺在上上下下的往返过程中产生的测量误差，在起始位上方加行程开关作为料尺位移值的标定位，以便操作人员在一定时间周期内对料尺手动标定。

自动加料控制单元分三部分，一部分实现对三个小料仓(矿石料仓10，焦炭料仓11，石灰石料仓12)自动送料；二部分实现对由三个小料仓向中间大料仓13加料；三部分实现由中间料仓向竖炉14内加料。三个小料仓的自动加料以料仓下的传感器信号为依据，当称重仪检测某个小料仓内没料时，就会启动相应的皮带机送料到小料仓，当传感器检测到小料仓装满料时停止皮带机送料。料尺检测信号被实时送到PLC系统，料尺测量的料位值低与设定的某一极限位置时，PLC由此产生加料信号，同时PLC里既定的顺控程序块将按照工艺要求判断出哪个小料仓需向中间料仓加料，所需加的重量和配比由二级模型机给出。PLC由此输出打开小料仓阀门控制信号，小料仓开始向中间料仓加料，在此过程中PLC会根据程序里算出的所需加料值和中间料仓下的称重仪测量值实时比较，当两者之差小于某一值时阀门关闭停止向中间料仓加料。同时PLC给出中间料仓向竖炉内加料的控制信号，中间料仓下的阀门打开开始下料，当下料值达到程序设定值时阀门关闭停止加料。

本发明优点是应用传感器检测技术和PLC逻辑控制技术，在无人工操作的情况下实现完全自动检测竖炉料况，并根据料况及时地对竖炉加料，其对竖炉料况检测的精确性和对竖炉加料的及时性，以及对所加料多少的控制精度都是人工操作所无法比拟的。因此，它是不仅是一种节省人力的上料系统，而且为竖炉高效率高产量的生产提供了最有力的保障。

附图说明

图1为本发明竖炉自动上料系统结构图；

1卷扬机，2钢丝绳，3重锤，4料尺控制单元，5自动加料控制单元，6PLC控制单元，7人机接口(HMI)，8传感器检测单元，9执行机构，10矿石料仓，11焦炭料仓，12石灰石料仓，13中间大料仓，14竖炉。

图2为本发明自动加料控制工艺流程图；

图3为本发明PLC自动控制系统结构图。

具体实施方式

本发明自动上料系统，包括小料仓、中间大料仓、竖炉、料尺控制单元和自动加料控制单元。小料仓、中间大料仓和竖炉内均设有料尺控制单元。料尺控制单元由卷扬机1，钢丝绳2，重锤3组成；自动加料控制单元由PLC控制单元4和人机接口(HMI)5，传感器检测单元6，执行机构7组成。

料尺控制单元实现对炉内料的探测控制，卷扬机通过钢丝绳拉动重锤上下移动。通常情况下，重锤由于自身重量落在炉料上与炉料紧紧接触，PLC向卷扬机电机变频器输出向上转动的提升力矩M1作为力矩限幅值和向上的提升速度，连接重锤和卷扬机的钢丝绳绷紧，重锤受到钢丝绳向上的提升力作用，但力矩M1不足以克服重锤重力产生的力矩M3，重锤不会随提升力向上移动，相反，重锤随着炉料下降仍然向下移动，并与炉料紧紧接触，此时装在卷扬机后的编码器即可指示炉料的位置。当料尺检测到需向炉内加料时，向卷扬机电机变频器输出向上转动的提升力矩M2作为力矩限幅值和向上的提升速度。力矩M2足以克服重锤重力产生的力矩M3，重锤随着卷扬机的转动向上提升直到起始位。当重锤达到起始位时即可向炉内加料。

为了减少料尺在上上下下的往返过程中产生的测量误差，在起始位上方加行程开关作为料尺位移值的标定位，以便操作人员在一定时间周期内对料尺手动标定。

自动加料控制单元分三部分，一部分实现对三个小料仓(矿石料仓10，焦炭料仓11，石灰石料仓12)自动送料；二部分实现对由三个小料仓向中间大料仓13加料；三部分实现由中间料仓向竖炉14内加料。三个小料仓的自动加料以料仓下的传感器信号为依据，当称重仪检测某个小料仓内没料时，就会启动相应的皮带机送料到小料仓，当传感器检测到小料仓装满料时停止皮带机送料。料尺检测信号被实时送到PLC系统，料尺测量的料位值低与设定的某一极限位置时，PLC由此产生加料信号，同时PLC里既定的顺控程序块将按照工艺要求判断出哪个小料仓需向中间料仓加料，所需加的重量和配比由二级模型机给出。PLC由此输出打开小料仓阀门控制信号，小料仓开始向中间料仓加料，在此过程中PLC会根据程序里算出的所需加料值和中间料仓下的称重仪测量值实时比较，当两者之差小于某一值时阀门关闭停止向中间料仓加料。同时PLC给出中间料仓向竖炉内加料的控制信号，中间料仓下的阀门打开开始下料，当下料值达到程序设定值时阀门关闭停止加料。

本发明自动控制加料系统包括PLC控制单元和人机接口(HMI)，传感器检测单元，执行机构部分。PLC控制单元由两门子S7-400系列PLC系列构成，西门子PLC性能稳定，处理速度快，功能强大，组网能力也相当强。整个控制系统包括一个PLC主站和ET200远程站。PLC主站由一个S7-400的CPU(型号6ES7416-2XN05-0AB0)，一个CP443-1工业以太网通信模块(型号6GK7443-1EX11-0XE0)，一个DP通讯模块(型号6GK7443-5DX04-0XE0)以及相应的机架模块和电源模块。主要完成对信号输入输出处理，逻辑计算，通讯处理等。ET200远程站由ET200通讯模块(型号6ES7153-1AA03-0XA0)以及相应的数字输入输出模块，模拟输入输出模块。完成对现场检测信号的输入采集和对输出信号的输出。ET200采集的信号通过DP网线传送到PLC主站系统。HMI由两台惠普工控机组成。主要显示现场检测到的料位值，料仓内料重，执行机构的运动状态，以及作为操作人员的手动操作界面。工控机与PLC之间以以太网通讯协议实现数据互换。PLC系统图如图3所示：

传感器单元相当于整个控制系统的眼睛，主要完成对现场工艺参数的检测，主要由四个称重仪，一个库伯勒编码器组成和一个行程开关组成。四个称重仪分别完成料仓内料的称量。编码器完成料位的检测。行程开关指示料尺的标定位。

执行机构包括四个电动阀门和一个西门子变频器。其中三个电动阀门控制三个小料仓向中间料仓加料。另一个电动阀门控制中间炉仓向炉内加料。西门子变频器控制料尺卷扬电机的设定速度和设定力矩。

Claims (7)

1.一种PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，其特征包括小料仓，中间大料仓(13)，竖炉(14)、料尺控制单元(4)和自动加料控制单元(5)；小料仓即矿石料仓(10)、焦炭料仓(11)、石灰石料仓(12)；小料仓、中间大料仓和竖炉内均设有料尺控制单元；料尺控制单元(4)由卷扬机(1)，钢丝绳(2)，重锤(3)组成；自动加料控制单元(5)由PLC控制单元(6)和人机接口(7)，传感器检测单元(8)，执行机构(9)组成。

2.根据权利要求1所述一种PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，其特征是料尺控制单元实现对炉内料的探测控制，卷扬机通过钢丝绳拉动重锤上下移动；重锤由于自身重量落在炉料上与炉料紧紧接触，PLC向卷扬机电机变频器输出向上转动的提升力矩M1作为力矩限幅值和向上的提升速度，连接重锤和卷扬机的钢丝绳绷紧，重锤受到钢丝绳向上的提升力作用，但力矩M1不足以克服重锤重力产生的力矩M3，重锤不会随提升力向上移动，相反，重锤随着炉料下降仍然向下移动，并与炉料紧紧接触，此时装在卷扬机后的编码器即可指示炉料的位置；当料尺检测到需向炉内加料时，向卷扬机电机变频器输出向上转动的提升力矩M2作为力矩限幅值和向上的提升速度，力矩M2足以克服重锤重力产生的力矩M3，重锤随着卷扬机的转动向上提升直到起始位，当重锤达到起始位时即可向炉内加料。

3.根据权利要求2所述一种PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，其特征是在起始位上方加行程开关作为料尺位移值的标定位，以便操作人员在一定时间周期内对料尺手动标定。

4.根据权利要求1所述一种PLC控制的节能环保型红上镍矿冶炼竖炉上料控制系统，其特征是自动加料控制单元分三部分，第一部分实现对矿石料仓(8)，焦炭料仓(9)，石灰石料仓(10)三个小料仓自动送料；第二部分实现对由三个小料仓向中间大料仓(11)加料；第三部分实现由中间料仓向竖炉(12)内加料；三个小料仓的自动加料以料仓下的传感器信号为依据，当称重仪检测某个小料仓内没料时，就会启动相应的皮带机送料到小料仓，当传感器检测到小料仓装满料时停止皮带机送料；料尺检测信号被实时送到PLC系统，料尺测量的料位值低于设定的某一极限位置时，PLC由此产生加料信号，同时PLC里既定的顺控程序块将按照工艺要求判断出哪个小料仓需向中间料仓加料，所需加的重量和配比由二级模型机给出，PLC由此输出打开小料仓阀门控制信号，小料仓开始向中间料仓加料，在此过程中PLC会根据程序里算出的所需加料值和中间料仓下的称重仪测量值实时比较，当两者之差小于某一值时阀门关闭停止向中间料仓加料，同时PLC给出中间料仓向竖炉内加料的控制信号，中间料仓下的阀门打开开始下料，当下料值达到程序设定值时阀门关闭停止加料。

5.根据权利要求1所述一种PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，其特征是PLC控制单元由西门子S7-400系列PLC系列构成，包括一个PLC主站和ET200远程站；PLC主站由一个S7-400的CPU，一个CP443-1工业以太网通信模块，一个DP通讯模块以及相应的机架模块和电源模块；完成对信号输入输出处理，逻辑计算，通讯处理；ET200远程站由ET200通讯模块以及相应的数字输入输出模块，模拟输入输出模块；完成对现场检测信号的输入采集和对输出信号的输出；ET200采集的信号通过DP网线传送到PLC主站系统；人机接口由两台惠普工控机组成；显示现场检测到的料位值，料仓内料重，执行机构的运动状态，以及作为操作人员的手动操作界面；工控机与PLC之间以以太网通讯协议实现数据互换。

6.根据权利要求1所述一种PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，其特征是传感器单元完成对现场工艺参数的检测，由四个称重仪，一个库伯勒编码器组成和一个行程开关组成；四个称重仪分别完成料仓内料的称量；编码器完成料位的检测；行程开关指示料尺的标定位。

7.根据权利要求1所述一种PLC控制的节能环保型红土镍矿冶炼竖炉上料控制系统，其特征是执行机构包括四个电动阀门和一个西门子变频器；其中三个电动阀门控制三个小料仓向中间大料仓加料，另一个电动阀门控制中间大料仓向炉内加料；西门子变频器控制料尺卷扬电机的设定速度和设定力矩。

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