（来源：中国炼铁网）

郑  威  何  涛

（酒钢集团宏兴股份有限公司炼铁厂）

摘  要  高炉上料系统作为高炉工艺的设备基础，系统的可靠稳定运行对高炉稳定运行有着着重要意义。本文通过对高炉上料系统的自动化改造设计与实现，实现了上料系统的自动化程度，为其他高炉实现自动上料奠定基础。

关键词  自动上料  无线定位  卸料小车  检测  控制系统

1  引言

高炉上料系统主要功能是将炉料直接送到高炉炉顶的设备。对上料系统的要求是：要有足够的上料能力，不仅能满足日常生产的需要，还能在低料线的情况下很快赶上料线。为满足这一要求，在正常情况下上料系统的作业率一般不应超过70％，工作稳定可靠，最大限度的机械化和自动化。

2  高炉自动上料系统的设计

酒钢炼铁厂7#高炉矿槽现有3条高炉矿仓皮带(SK1、SK2、SK3)、1条高炉焦仓皮带(SJ)和3条矿仓上料皮带(S1、S2、S3)，其中SK1、SK2、SK3、SJ皮带为卸料小车卸料，S1和S2皮带为矿仓上料皮带，S3为焦炭专线；料仓料位高低必须由人工查看。矿槽4台卸料小车卸料时，岗位人员根据料位高低，手动将小车打到低料位的料仓卸料，目前高炉矿槽上料作业通过人工现场跟随卸料车移动的方式操作卸料车，用手电筒查看料位的作业模式。

本次设计使用无线定位测距仪来检测卸料小车的实时位置，将卸料小车的实时位置信息传送到系统PLC，再到上位机，主控操作人员通过上位机时刻掌握卸料小车的具体位置和每个料仓的仓容情况（结合料位计）来控制卸料小车运行。通过无线定位测距仪和控制系统的协同工作，可以实现卸料小车行走位置准确可靠，将皮带机上的料卸在指定的料仓中，实现定点或多点布料，满足卸料需求。

3  实现及应用过程

本设计主要解决卸料小车的实时位置检测及远程控制，采用无线定位测距仪。无线定位测距仪由基站天线、基站主机和移动天线、移动接收机、智能控制器等组成。将移动天线固定于小车一端，移动接收机放置于车载电气柜内；基站天线固定于卸料小车走行相对侧（车间左侧或者右侧），基站主机、智能控制器放置室内，通过基站天线和移动天线的数据发送接收来实现小车走行位置检测，并将各实时数据传输到PLC内；通过操作工控电脑，配合料位计信号，实现卸料车的位置精确实时检测及卸料车远程控制；在现场加装带夜视功能的摄像头（对高炉卸料小车全局进行观测）；在每个料仓顶部设计加装料位计，可在线检测料位高度，对所有料位计信号进控制系统；分别在卸料车前、后极限处设置智能限位器，检测卸料小车的前后极限位置；在上位机仿真卸料车运行状态，实现卸料车远程智能控制；通过控制系统通讯，把翻板阀门、插板阀门和上料皮带的控制信号引入新增的PLC控制系统，在上位机上做连锁控制3个阀门及7条皮带的运行；更换卸料小车的供电方式，拖缆供电方式改为封闭式滑触线的供电方式；完善皮带的故障监测系统，包括皮带跑偏、皮带打滑、皮带撕裂、皮带堵料、皮带过热等检测保护装置；在槽上卸料点安装满料保护装置，完善了料仓的满料监测保护机制。

3.1  系统电气操作方式介绍

现有高炉矿槽上的电气控制系统只有机旁手动操作，在卸料车旁有操作箱，岗位随车操作卸料车卸料，所有的设备全手动操作，只是通过继电器、接触器设有简单必要的保护和联锁；改造新增PLC控制系统，保留原有的机旁手动操作模式，增加远程手动、远程自动模式，并将原有皮带控制、卸料小车控制和电动翻板控制等手动模式均纳入到PLC控制系统中，实现卸料小车的自动上料和卸料功能[1]。

3.2  自动化功能

现场PLC控制系统和采用FactoryTalk View软件的上位机监控系统；PLC柜安装在高炉矿槽下面的电磁站内；上位机监控系统安装在高炉电气室；PLC通过已有的工业以太网交换机跟高炉控制系统通讯。

3.3  卸料车位置检测方法

采用无线定位测距仪实时检测卸料小车的位置，在小车一端固定移动天线，移动接收机放置车载电气柜内；在地面卸料小车走行相对侧（车间左侧或者右侧）固定基站天线，基站主机、智能控制器放置室内，通过基站天线和移动天线的数据发送接收来实现小车走行位置检测，并将各实时数据传输到系统PLC内供调用[2]。在调试的时候用米尺校准每个料仓的左右仓壁和料仓中心点，将此数据写入上位机数据库内，当卸料车走行时，无线定位系统可实时检测出卸料车当前所处位置，对比数据库之前标定的料仓位置数据即可知道卸料车走行到对应料仓。

3.4  料仓料位检测

根据现场情况，结合现场实际环境，选用雷达物位计，用于非接触连续测量固体或液体介质。现场原有18个仓，在每个仓上安装2个料位计，分别安装在SK1和SK2之间、SK2和SK3之间，安装位置选用方便观察和维护的地方；在仓上安装料位倾斜开关，当仓满料时，输出料满信号，防止料仓满料。

3.5  卸料车和皮带的连锁控制方法

主控室的岗位操作人员通过操作上位机电脑，可以实现远程操控上料皮带启停，可以实现三通翻板阀的远程操控，可以实现矿仓皮带的远程控制，可以实现卸料车的自动布料控制；

主控室岗位操作人员在上位机上设置好本时间段内卸料的料种等参数→人工选择对应的上料皮带→三通翻板阀门自动或手动打开到对应矿仓皮带位→PLC自动预警并延时启动矿仓皮带→PLC根据本次料种、目前料位情况，自动控制卸料车预警并延时运行，停在本次料种料位较低的矿槽，并自动对准卸料口→手动预警并延时启动对应的上料皮带→手动预警并延时对上料皮带进行上料→PLC控制卸料车，根据料种及料位情况进行自动巡仓，定点或多点布料→仓容达到设定值后，上位机显示报警→岗位操作人员手动停止上料→岗位操作人员手动延时停止上料皮带运行→PLC自动延时停止对应的矿仓皮带；

系统对突发情况的连锁控制过程如下：皮带运行故障、翻板阀门运行故障、矿仓和焦仓的料位故障、系统立即停止对应的皮带，在上位机主界面上故障高亮显示，并在报表里面记录报警的时间、原因。

3.6  卸料车供电方式

将现有的拖缆供电的方式改为封闭式滑触线供电（又名磨电道供电）；其工程塑料绝缘外壳可装入35A～240A不同截面形状的导电体（可为3极～16极），集电器的运行由外壳引导，主要通过弹簧的碳刷传送；配套的橡胶防尘条能有效提高滑触线的IP防护等级，IP防护等级可到IP43；将滑触线固定在轨道下方的轨道立柱上，从卸料车上伸出支架，用于固定集电极等机构，达到车上供电稳定可靠的目的。

3.7  皮带故障监测系统

皮带故障信号检测主要包括：皮带跑偏检测、皮带打滑检测、皮带撕裂检测、皮带堵料检测等。皮带跑偏检测采用拉绳开关检测，皮带打滑检测采用非接触型转速监测器，皮带撕裂检测分为横向撕裂检测和纵向撕裂检测，皮带堵料检测采用检测器。

3.8  智能限位器

在高炉卸料车控制中，常需要用前、后极限开关来保护卸料车，以免误操作导致卸料车脱轨事故。在粉尘较低的环境中，常规采用行程开关、接近开关等方式进行限位检测，可是高炉矿槽在进行卸料时，扬起的粉尘及铁粉矿石等很可能会导致行程开关卡死、接近开关误动作，直接导致限位开关失效或者误动作，产生生产事故。

本设计使用智能限位器，采用无线超高射频检测技术，主要由信号采集仪、信号分析仪、信号标签及支架等组成；并连锁车载电气回路进行限位锁定，起到限位连锁保护的作用。

3.9  高炉矿槽自动上料系统改造的效果

通过高炉上料系统的改造，岗位操作人员在7#高炉主控室操控上位机可以完成自动上料全过程；实现了矿槽上的上料皮带启停、翻板阀门启停、矿仓皮带启停、卸料小车启停等远程操控；实现了皮带运行信号、翻版阀门运行状态、卸料小车运行状态、矿槽的料位情况等状态监测；实现了实时查询料位曲线、岗位操控记录、系统报警信息等。

岗位操作人员可以设置皮带选用、阀门选用、卸料口参数值、卸料车前后软极限值、料位报警值（高报警值、高高报警值、低报警值、低低报警值）等。能时刻掌握各个料仓的实际料量，了解卸料小车的实时位置，实现了自动定点或多点均匀卸料[3]。

提高了卸料效率，节约了成本；减少了工人劳动强度，保护岗位操作人员身体健康；杜绝各类生产安全事故和混料错仓等质量事故的发生。实现了信息的有效收集，提高了设备作业率；提高了自动化控制水平和信息化管理水平，保障产量和质量。

4  结语

酒钢7号高炉矿槽自动上料系统改造的方向为智能化、自动化、经济可靠。在原有的设备基础上进行了改造设计，实现了目标功能。工艺完善，上料能力强，检修维护方便。同时，该方案的思路也可供其他同级别高炉矿槽上料系统改造方案借鉴。

5  参考文献

[1] 刘旭玲.基于CAN总线网络的高炉上料自动控制系统研究.信息科技.2019，11.2009.02.

[2] 张洪明.包钢三号高炉上料自动控制系统[J].内蒙古科技与经济.2004(21).

[3] 付淑英，裴建良，李荣，胡浩新钢7号高炉上料生产自动控制系统改造设计[J].新余高专学报.2006(06).