周国贞 丁剑锋 徐化善

摘要：介绍韶钢7号高炉主皮带除铁装置PLC控制系统的改造实践，从备件通用性、低改造成本的角度考虑，基于现有的备件库存，充分挖掘技术潜力，通过重新设计控制程序，实现除铁装置功能最大化发挥，达到有效保护主皮带的目的。

关键词：除铁装置;PLC;控制;改造

韶钢7号高炉采用皮带供料方式，如果供料主皮带被原料夹带的铁件划伤或损坏，将会导致高炉断料甚至停产等重大生产事故。除铁装置是用于检除运行中的皮带上物料里夹杂的铁件，防止皮带被划裂的一种设备。所以，为高炉上料主皮带安装除铁装置并确保对其进行可靠、有效的控制是十分必要的。

原除铁装置控制系统存在的问题：原采用schneider小PLC控制，该设备使用多年后工作极不稳定，经常“死机”，造成高炉主皮带缺乏实时可靠的安全防护，存在极大隐患。

基于和其它高炉区域PLC备件的通用性考虑，在现有备件库存中选用从其它停产产线回收的SIMATIC模块化微型PLC，型号为6ES7 313-6CF03-0AB0。该PLC具有应用灵活，与高炉工控系统有相同的通讯协议，方便纳入同一个工业以太网，且易于操作、编程和维护等优点，可满足中、小规模的性能要求，是一个低成本的解决方案。

除铁装置主要部件包括：金属探测器、行走小车、电磁吸盘、弃铁槽、程控柜等，自动电控整流柜采PLC智能控制模块，与探测器联锁使用，整体实现自动化控制。

系统工作示意图如图1所示：

PLC硬件选用SIMATIC S7-300系列6ES7 313-6CF03-0AB0，该模块集成了CPU、通讯模块和输入输出模块，包括CPU313C-2DP、16个点的DI和16个点的DO。I/O地址的分配见下表：

实施时，首先做好线缆标记，然后拆除原PLC，依次安装新PLC导轨、电源模块、CPU以及I/O模块，通过PLC前连接器将I/O信号接线并连接到端子排，与原标记好的信号线进行对接。

各模块安装到位并接通电源之后，需进行PLC硬件组态，即在STEP 7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的组态，明確PLC输入/输出变量的地址，为设计程序打下基础，硬件组态编译后要下载到CPU，PLC将会检查实际硬件和组态硬件的一致性，确保可有效运行。

此次改造的难点是程序设计。原因是原使用的schneider PLC和改造选用的SIMATIC PLC使用完全不同的编程软件和语言，且当时schneider PLC程序没有任何注释难以理解和消化。所以只能通过除铁装置电气控制原理图和运行规律进行PLC程序的倒推设计。

在编程语言的选择方面，梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言，其与电气控制系统的电路图很相似，直观易懂;顺序功能图就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法，可提高设计的效率，对程序的调试、修改和阅读也很方便。此次改造，使用西门子编程软件Step7 中的梯形图LAD编写组织块程序OB1，用顺序功能图S7 Graph编写除铁控制子程序FB5。除铁控制子程序FB5在组织块OB1中被调用，CPU对组织块程序OB1进行循环扫描执行，扫描周期为150ms。

经梳理，程序主要控制流程如下：

在皮带正常运行时，若输送的原料中夹杂有铁件，那么当铁件随皮带通过金属探测器时（见图1系统示意图），金属探测器立即发出信号给程控柜，程控柜收到信号后便开始计时。经过一定的时间铁件随物料经过电磁吸盘下方时， PLC系统精确控制程控柜接通励磁电源V2（注：V1>V2>V3>V4，V5为反向励磁），从而将物料表面或夹杂在物料深层的铁件和一些磁性物料同时吸起。行走小车拖动电磁吸盘移出主皮带，同时励磁电压由V2切换到V4，然后电磁吸盘在电动小车的带动下运行到中间平台处，将吸起的物料通过励磁断电（V4断，V5通）卸下。接下来，依据铁件和磁矿性能的差异，电磁吸盘接通弱励磁（V3）吸起铁件送至弃铁斗释放（V3断，V5通），从而将铁件与矿物料分离。然后，电动小车带动电磁吸盘返回中间平台处，用强励磁V1将平台上留下的磁矿全部吸起，电动小车带动电磁吸盘返回主皮带上，放下物料，至此一个工作周期结束，系统进入待机状态。

如果电磁除铁装置在工作过程中，金属探测器又探测到新的金属信号，系统将通过接口与主皮带PLC控制系统联锁，提示皮带停机。系统正在检除铁块的原程序不变，直到该工作周期结束，系统将再次自动启动，首先传送信号给主皮带开机，同时开始运行第二个除铁周期。

在初始参数设置方面，因金属探测器距离电磁吸盘待机位8米，物料输送皮带运行速度为2米/秒，则程序中初步设定延时3.5S接通电磁吸盘的励磁。

部分程序如图2所示。

参数进一步的调整。PLC程序按流程梳理情况设计完成后，其中涉及到的延时接通励磁的时间、顺序功能图步与步之间的转换条件等参数还需根据现场实际反馈的情况来优化调整，认真跟踪监控、掌握规律，通过不断测试找到最优的控制参数，参数的优化调整以该装置能自动有效进行除铁工作为目标。

经过一段时间的程序和控制线路对接调试，除铁器控制系统成功投入使用，多次自动将物料中的铁件检除，系统的设计完全达到了预期的功能要求，新PLC系统且具有对工业现场的恶劣环境适应性强、可靠性高、监控方便、易于维护等优点，实现了对高炉上料主胶带机进行实时有效的保护。

参考文献：

[1]周国贞.炼铁热风炉自动控制系统冗余改造的实现.科学与财富，2019年第11卷.

周国贞（1983-），男，壮族，广西上林人，主要研究方向为自动化与信息化;丁剑锋（1981-），男，汉族，广东省茂名市人，主要研究方向为电气自动化技术与应用;徐化善（1973-），男，汉族，湖北省随州市人，主要研究方向为电气自动化技术与应用。