1、引言：

　　鋼包烘烤器是煉鋼廠的重要設備，也是消耗能量的主要設備之一。鋼包烘烤器的合理工作不僅能減少能源損耗，還決定著煉鋼的生產效率。 本文以寶鋼廠電爐中間包烘烤裝置對系統簡要介紹，說明了該技術優越性及應用的廣泛性。為了使系統穩定、可靠運行，選用西門子S7-300PLC 和MP370 系列觸摸屏、分散控制的PLC 與集中顯示的觸摸屏系統。軟件部分采用用Step7 軟件和winccflexible2008 實現其程序控制和觸摸屏的控制與監控系統；從而使烘烤過程安全順利的進行。

2、烘烤裝置的構成：

　　燒烤裝置是由機械、電氣、儀表和燃燒系統等四部分組成：機械系統：烘烤器支座、旋轉臂、包蓋和電液推桿組成。電氣系統：助燃風機、電液推桿電機、控制柜、電氣柜、PLC（可編程序控制器）、HMI（觸摸屏）、點火電磁閥。

　　儀表系統：助燃空氣壓力變送器、煤氣壓力變送器、助燃空氣調節閥、煤氣調節閥、煤氣切斷閥、氮氣吹掃閥、煤氣檢測儀。燃燒系統：溫度檢測裝置、點火電極、火焰檢測器、高速噴嘴、煤氣空氣混合器。

3、電氣控制系統

　　3.1 系統的電氣設計：

　　電氣系統采用安全電壓24VDC對電液推桿、鼓風機、引風機、調節閥、切斷閥等設備控制。由于所選 CPU不具有繼電器輸出功能，每個輸出I/O點的電流最大不超過0.5A，而電磁閥、驅動電機的接觸器等執行機構電流都超過這一電流限制。為了防止電流過大和驅動電路的短路對PLC造成損害，我們采用了繼電器作為中間轉換元件。由于繼電器的線圈動作需要的電流較小，而它的主接線回路又可以承受較大的電流。從而使PLC通過控制繼電器的動作來間接的控制電磁閥與驅動電機的動作，這即實現PLC的小電流輸出對各電磁閥大電流控制的需要又起到了保護PLC輸出點的目的。同時為了防止在工作中出現意外，系統中還配置了硬急停，當按下急停按鈕時整個系統全部停止工作恢復到初始狀態。

　　為了調試、維修及設備的維護，系統設置了手動／自動選擇的控制方式。其工作原理為:當選擇開關的控制旋鈕旋轉到手動控制時，允許手動操作控制繼電器通斷電，實現對系統各設備的控制，方便烘烤裝置的初期調試及后期的維護。當PLC程序檢測到系統處于手動控制狀態時，將不能執行設備的自動啟動程序。當選擇開關的控制旋鈕旋轉到自動控制時，手動控制將失效，這時，PLC檢測到系統處于自動控制狀態，操作者只需按下設備運行按鈕，烘烤裝置就會按照程序設計人員設置的運行順序自動啟動。

　　3.2 控制系統硬件設計：

　　基于設備的控制系統對設備的操作與控制及所需的I/O 量，程序的設計及數據的存儲，故障的診斷多方面的需要。

　　電氣控制部分選擇S7-300 系列PLC,它既可以集中擴展，也可以用于構建帶有ET200M 的分布式結構。接口模塊(IM)可以通過Profibus-DP 網絡同時處理各機架間的通訊(IM153 連接的ET200M 可以最多連接125 個站點)。

　　項目中我們選擇的315－2DP,它具有MPI 接口和DP 接口，可以實現在線編程與控制網絡工作連接互不影響；接口模塊采用ET200S(IM151-1)來解決單機架I/O 點的數量不足；數字量模塊采用4DI-DC24V，檢測設備的運行狀態及接收現場反饋信號；輸出模塊選用4DO-DC24V/0.5A，控制設備的運行與停止；模擬量模塊選用2AI-I-2wire ,測量空氣，煤氣與煙氣的實時流量；選用模擬量輸入模塊2AI-TC,測量鋼包內溫度與煙氣的溫度；選用模擬量輸出模塊2AO-I,控制煤氣、空氣及煙氣的流量。

　　為了實現現場設備的監測與設備在線工作的數據記錄，人機信息的交流，選用了西門子高可靠性能的MP370。它可以實現控制系統的啟停；顯示整個系統的工藝流程；系統參數的動態顯示；在線參數的曲線趨勢的顯示與記錄；各設備閥門的操作及狀態顯示與記錄；還可以實現控制參數的調整及手動自動的切換。網絡配置如圖(1),控制系統如圖(2)所示：

3.3、控制系統的軟件設計：

　　PLC 程序設計(編程軟件Step7)：由于烘烤器控制系統是按一定的順序進行動作，我們采用了兩種控制方式來進行程序設計。對于設備的控制采用順序控制，烘烤曲線則采用了時間控制的方式。

　　設備控制程序主要是實現自動點火、氣體壓力低、煙氣溫度高等自動報警、聯鎖保護及換向閥的自動控制；調節和測量部分采用了PID 調節控制程序。其中對時間控制程序實現按照設定的時間段來自動調節流量曲線，調節煤氣、空氣和煙氣的流量，實現中間包的溫升控制與調節，并記錄煤氣流量、空氣流量和煙氣溫度。程序中采用主程序調用子程序的方式來完成烘烤任務。如圖(3)所示

　　當PLC 上電開始運行，首先執行程序掃描，進行程序初始化，對壓縮空氣壓力，助燃空氣壓力，煤氣壓力等外部條件進行檢測。如果不滿足系統點火條件，則系統報警，并將故障信號顯示在操作屏 (HMI) 上便于維護人員檢查并及時處理故障。如滿足條件時，點火準備好信號發出指示，允許點火。根據所選擇的手動/自動控制狀態，運行程序。當選擇手動狀態時，設備按照操作者的操作順序運行；當選擇自動狀態時，設備則會根據程序設計人員設計的運行順序，依次啟動鼓風機，引風機，點火程序，包蓋閉合。然后由操作人員在操作屏MP370中選擇自動烘烤/手動烘烤，當選擇自動烘烤時，設備會按照操作人員選擇的烘烤曲線隨著時間進行自動工作，直到工作結束；當選擇手動烘烤時，設備會按操作人員輸入的煤氣量、空氣量進行工作；直到工作結束。等待下一次的工作的開始。

　　觸摸屏(HMI)系統設計(組態軟件WinCC flexible)：觸摸屏分為五個頁面：預熱流程、預熱曲線、預熱操作、數據記錄及數據參數。數據流程中包含有裝置的主要設備的運行數據及相應的設備的工作狀態指示及設備的故障指示；預熱曲線可以跟據工藝人員的要求輸入六條可修改的預熱曲線，同時可以跟據需要選擇開始的時間及所需要的烘烤曲線，并將實時的工作時間與工作狀態顯示到屏幕上；預熱操作界面可以分別對煤氣調節閥、空氣調節閥、煙氣調節閥分別進行手動與自動的選擇，當在手動狀態時輸入所需的燃氣的流量或者是相應的閥門開度進行手動烘烤，當自動狀態時烘烤會按照預熱曲線中所選擇的曲線進行自動烘烤。數據記錄界面中對煤氣流量的設定值，反饋值等進行記錄并可以隨時查閱一年內的數據記錄。數據參數界面中有可以實時顯示設備的故障狀態，介質的實時流量，閥門的實時開度及所用的煤氣總量及單次烘烤所用煤氣量；參數的設置可以修改裝置運行中的一些重要參數。流程圖如圖(4)

4 結束語

　　本系統采用PLC+HMI的組合方式，可以滿足鋼包烘烤工藝的要求，目前本裝置從2009年底運行至今，運行穩定，烘烤效果良好。對于本系統具有以下特點：

　　(1) 利用PLC強大的控制功能。以PLC為控制中心，電氣控制硬件的組成、設計簡單。

　　(2) HMI采用了對就地監控，實時顯示，數據記錄，隨時查閱所采集現場工藝數據，參數設置等功能。為烘烤工藝的改進提供了實時數據依據，實現了PLC的可視化；解決了數據采集以及模擬量輸入數據采集時的干擾問題，提高系統的抗干擾性，使系統運行可靠穩定。

　　(3) HMI界面友好靈活可靠，功能強大，組態簡單，操作方便，網絡功能齊全。可以將運行數據通過網絡與廠區的過程自動化系統連接，進行數據交換。可以實現集中和本地手自動控制，提高了系統的安全性。

　　(4) PLC與觸摸屏的組合使用方式是工控領域的發展趨勢，它具有儀表控制系統無以比擬的技術優勢與成本優勢。