高炉配送料系统设计hmi子系统
钢铁行业是国民经济的命脉行业，高炉炼铁是其中最为重要的环节。随着工业生产的规模化、大型化发展，提高高炉炼铁系统的自动化程度已经成为现代炼铁工业生产设计和研究的重要内容。本文根据高炉配送料对企业重要需求提出了高炉过程监控系统的总体设计方案，采用WinCC flexible设计了系统监控程序，并与PLC进行通信，实现对高炉本体、炉顶和槽下配料过程控制系统的设计。实验调试结果表明，系统运行稳定、可靠性高、交互性好。 关键词 高炉配送料，触摸屏，过程监控，可编程逻辑控制器 目 录
1 绪论1
1.1 研究背景 1
1.2 高炉上料现状和发展趋势1
1.2.1 高炉介绍1
1.2.2 国内外高炉炼铁行业的研究状况和发展趋势2
1.3 课题主要研究内容 3
2 系统总体设计 4
2.1工艺简介4
2.2 给料机的配置6
2.3 称量斗的电器配置7
2.4 卷扬电机与变频器选择7
2.5 其它电气元件选择7
3 可编程逻辑控制器PLC8
3.1 PLC控制器选型及硬件配置9
3.2 Step7应用9
3.3 Step7的语言9
3.4 I/O点分配10
3.5 触摸屏与PLC的MPI通信11
4 人机界面的设计12
4.1 触摸屏12
4.1.1 触摸屏的基本工作原理 12
4.1.2 触摸屏的种类 13
4.2 HMI软件 14
4.3 HMI软件总体设计 14
4.3.1 高炉上料工艺界面 15
4.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
2 用户管理界面的设置 16
4.3.3起始画面的设置 18
4.3.4 探尺控制 18
4.3.5 指示灯画面 19
4.3.6系统参数趋势图 20
4.3.7 报警设置 21
5 系统调试22
5.1用户管理功能调试 22
5.2基本功能调试 23
5.3系统参数设置功能调试 24
5.4指示灯功能调试 24
5.5 系统趋势图功能调试 26
结论 27
致谢 28
参考文献29
1 绪论
1.1 研究背景
高炉是炼铁或者炼钢生产的重要设备，高炉炼铁是一个大型的、多因素的过程，在要求严格的冶炼工艺下，其良好的运行能充足而优质的保障之后的生产过程正常进行，高炉上料设备是生产的关键环节，提高自动化水平，可大大降低工人的工作量，提高生产效率，而且通过控制装置对原材料的控制实现精确配比，又可提升产品的品质和质量。
1.2 高炉上料现状和发展趋势
1.2.1 高炉介绍
用于冶炼液态铁水的核心设备，横断面为圆形的炼铁竖炉称为高炉，炉壳用钢铁制作而成，耐火砖内衬被砌在炉内。高炉由五部分组成，依次为炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉，炉喉之上装有装料设备，通风口被均匀设置在炉缸上部，空气可吹入炉内；风口平面下设有出渣口和出铁口。
高炉炉壳：现在高炉大都使用钢板炉壳，只有很少数较小的土高炉才用砖壳，这些砖壳是用钢箍加固的，相比较大型高炉坚固性较弱，炉壳的作用是固定相关设备，坚固的炉壳是高炉的基础，同时炉壳能够密封炉体，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重要区域，呈圆锥台简称圆台形，从上向下慢慢扩大，用来使炉料在遇热发生体积膨胀后不会形成料拱，且减小炉料的下降阻力；炉腰：高炉直径最大的部分；炉腹：高炉熔化后造渣的核心区段，为倒锥台形，为适应炉料熔化后体积收缩的现象，其直径自上而下慢慢缩小，形成一定的炉腹角；炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存和排放区域，呈圆筒形；炉底：高炉炉底砌体不仅承受着炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到1400～4600℃的高温、机械和化学侵蚀，其侵蚀程度决定了高炉的使用寿命，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，很大的改善了炉底的散热能力；炉基：它的功能是将所集中承担的重量按照地面承载能力均匀分散的传给地面，因而其形状全都是向下逐渐扩大的；炉衬：高炉炉衬组成高炉的运行空间，且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功能；炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件特别恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高
炉上部调节的首要条件。
为了高炉的正常运行，各个系统设备按照一定的顺序、连锁关系工作，各个设备的动作程序根据高炉冶炼工艺编程而且通过PLC起到控制高炉设备的作用。高炉配送料控制系统包括以下主要系统：
1）料车卷扬系统；
2）探尺系统；
3）高炉料钟装料系统；
4）槽下称量装料及料仓储料系统。
高炉槽下上料工艺，含有高炉矿槽下部至高炉料车之前的受料、筛分、物料输送中料车式上料方式，为了确保高炉连续生产，防止供料暂时停止，具备一定的原料储备能力。储备能力通过设置料仓来实现。在上料机斜桥的下部有两个比较大的料仓。焦仓的容积比较小，数目相对较多的料仓是矿仓。矿仓上面的物料是通过胶带机来运输的，料仓的仓底与地面不接触，中间形成空架，利用重力落差来放料。料车设置有两个称量的漏斗，根据工艺的要求配料，它能够停留在任意一个料仓的下面取料，能将炉料卸入上料小车。料车是提供矿石和溶剂的一个核心设备。焦炭由焦仓经振动筛、称量漏斗直接载入料车。
高炉炼铁生产是冶金工业最核心的部分。高炉冶炼是将铁矿石还原成生铁的持续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体材料按照一定的配料比由炉顶装料设备分别送入高炉，并且使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替的一层层结构。矿石料在下降的进程中逐渐被还原、熔化成铁和渣，沉积在炉缸中，一段时间后从铁口、渣口流出[5]。
1.2.2 国内外高炉炼铁行业的研究状况和发展趋势
高炉是一次点火昼夜不停的连续运行数年的炼铁设备，根据高炉型号的不同每天产量可达千吨到万吨。这么大的产量需要有严格的质量要求，这就需要有非常精确的称量、配料、上料顺序和精湛的工艺作为保障。
高炉自动化的操作目的主要是保证高炉操作的4 个核心问题：即正确的配料并且以规定的顺序按时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节料柱中炉料的分布以及保持与煤气流很好的接触；要保持合理的热状态。现在高炉自动化核心是指仪表的检测和控制系统、电气控制系统和过程管理用的计算机，即高炉“三电”一体化。它在作用的分配上又是分级式层次结构，高层次是过程控制级，低层次是基础自动化级。基础自动化级，主要是进行电气自动控制和仪表自动控制，对工艺设备进程信息进行检测、显现、记录及数据基础判断处理，执行设备运转控制及工艺设备过程自调节、越限报警。过程控制级，用来完成生产优化控制、操作指导、数据处理和存储，与上级管理计算机和其他计算机之间的数据通信。比如芬兰罗塔鲁基公司拉赫厂的高炉是60年代由前苏联设计和建造的，当时的各项指标都较为落后。而最近的几十年来，那些高炉都已进入世界最先进高炉的行列。它们的经验主要有两条，一是保障烧结矿和焦炭的质量，二是建立了性能优良、工作可靠的计算机控制系统。现在，世界各国主要产钢的国家都采用了计算机控制高炉，其中日本的水平当属最高。
1 绪论1
1.1 研究背景 1
1.2 高炉上料现状和发展趋势1
1.2.1 高炉介绍1
1.2.2 国内外高炉炼铁行业的研究状况和发展趋势2
1.3 课题主要研究内容 3
2 系统总体设计 4
2.1工艺简介4
2.2 给料机的配置6
2.3 称量斗的电器配置7
2.4 卷扬电机与变频器选择7
2.5 其它电气元件选择7
3 可编程逻辑控制器PLC8
3.1 PLC控制器选型及硬件配置9
3.2 Step7应用9
3.3 Step7的语言9
3.4 I/O点分配10
3.5 触摸屏与PLC的MPI通信11
4 人机界面的设计12
4.1 触摸屏12
4.1.1 触摸屏的基本工作原理 12
4.1.2 触摸屏的种类 13
4.2 HMI软件 14
4.3 HMI软件总体设计 14
4.3.1 高炉上料工艺界面 15
4.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
2 用户管理界面的设置 16
4.3.3起始画面的设置 18
4.3.4 探尺控制 18
4.3.5 指示灯画面 19
4.3.6系统参数趋势图 20
4.3.7 报警设置 21
5 系统调试22
5.1用户管理功能调试 22
5.2基本功能调试 23
5.3系统参数设置功能调试 24
5.4指示灯功能调试 24
5.5 系统趋势图功能调试 26
结论 27
致谢 28
参考文献29
1 绪论
1.1 研究背景
高炉是炼铁或者炼钢生产的重要设备，高炉炼铁是一个大型的、多因素的过程，在要求严格的冶炼工艺下，其良好的运行能充足而优质的保障之后的生产过程正常进行，高炉上料设备是生产的关键环节，提高自动化水平，可大大降低工人的工作量，提高生产效率，而且通过控制装置对原材料的控制实现精确配比，又可提升产品的品质和质量。
1.2 高炉上料现状和发展趋势
1.2.1 高炉介绍
用于冶炼液态铁水的核心设备，横断面为圆形的炼铁竖炉称为高炉，炉壳用钢铁制作而成，耐火砖内衬被砌在炉内。高炉由五部分组成，依次为炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉，炉喉之上装有装料设备，通风口被均匀设置在炉缸上部，空气可吹入炉内；风口平面下设有出渣口和出铁口。
高炉炉壳：现在高炉大都使用钢板炉壳，只有很少数较小的土高炉才用砖壳，这些砖壳是用钢箍加固的，相比较大型高炉坚固性较弱，炉壳的作用是固定相关设备，坚固的炉壳是高炉的基础，同时炉壳能够密封炉体，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重要区域，呈圆锥台简称圆台形，从上向下慢慢扩大，用来使炉料在遇热发生体积膨胀后不会形成料拱，且减小炉料的下降阻力；炉腰：高炉直径最大的部分；炉腹：高炉熔化后造渣的核心区段，为倒锥台形，为适应炉料熔化后体积收缩的现象，其直径自上而下慢慢缩小，形成一定的炉腹角；炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存和排放区域，呈圆筒形；炉底：高炉炉底砌体不仅承受着炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到1400～4600℃的高温、机械和化学侵蚀，其侵蚀程度决定了高炉的使用寿命，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，很大的改善了炉底的散热能力；炉基：它的功能是将所集中承担的重量按照地面承载能力均匀分散的传给地面，因而其形状全都是向下逐渐扩大的；炉衬：高炉炉衬组成高炉的运行空间，且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功能；炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件特别恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高
炉上部调节的首要条件。
为了高炉的正常运行，各个系统设备按照一定的顺序、连锁关系工作，各个设备的动作程序根据高炉冶炼工艺编程而且通过PLC起到控制高炉设备的作用。高炉配送料控制系统包括以下主要系统：
1）料车卷扬系统；
2）探尺系统；
3）高炉料钟装料系统；
4）槽下称量装料及料仓储料系统。
高炉槽下上料工艺，含有高炉矿槽下部至高炉料车之前的受料、筛分、物料输送中料车式上料方式，为了确保高炉连续生产，防止供料暂时停止，具备一定的原料储备能力。储备能力通过设置料仓来实现。在上料机斜桥的下部有两个比较大的料仓。焦仓的容积比较小，数目相对较多的料仓是矿仓。矿仓上面的物料是通过胶带机来运输的，料仓的仓底与地面不接触，中间形成空架，利用重力落差来放料。料车设置有两个称量的漏斗，根据工艺的要求配料，它能够停留在任意一个料仓的下面取料，能将炉料卸入上料小车。料车是提供矿石和溶剂的一个核心设备。焦炭由焦仓经振动筛、称量漏斗直接载入料车。
高炉炼铁生产是冶金工业最核心的部分。高炉冶炼是将铁矿石还原成生铁的持续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体材料按照一定的配料比由炉顶装料设备分别送入高炉，并且使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替的一层层结构。矿石料在下降的进程中逐渐被还原、熔化成铁和渣，沉积在炉缸中，一段时间后从铁口、渣口流出[5]。
1.2.2 国内外高炉炼铁行业的研究状况和发展趋势
高炉是一次点火昼夜不停的连续运行数年的炼铁设备，根据高炉型号的不同每天产量可达千吨到万吨。这么大的产量需要有严格的质量要求，这就需要有非常精确的称量、配料、上料顺序和精湛的工艺作为保障。
高炉自动化的操作目的主要是保证高炉操作的4 个核心问题：即正确的配料并且以规定的顺序按时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节料柱中炉料的分布以及保持与煤气流很好的接触；要保持合理的热状态。现在高炉自动化核心是指仪表的检测和控制系统、电气控制系统和过程管理用的计算机，即高炉“三电”一体化。它在作用的分配上又是分级式层次结构，高层次是过程控制级，低层次是基础自动化级。基础自动化级，主要是进行电气自动控制和仪表自动控制，对工艺设备进程信息进行检测、显现、记录及数据基础判断处理，执行设备运转控制及工艺设备过程自调节、越限报警。过程控制级，用来完成生产优化控制、操作指导、数据处理和存储，与上级管理计算机和其他计算机之间的数据通信。比如芬兰罗塔鲁基公司拉赫厂的高炉是60年代由前苏联设计和建造的，当时的各项指标都较为落后。而最近的几十年来，那些高炉都已进入世界最先进高炉的行列。它们的经验主要有两条，一是保障烧结矿和焦炭的质量，二是建立了性能优良、工作可靠的计算机控制系统。现在，世界各国主要产钢的国家都采用了计算机控制高炉，其中日本的水平当属最高。
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