1 引言
天铁集六号烧结机于2001年8月建成投产，设计烧结机面积为126m2，分为混合上料系统（A系统）、烧结系统（B系统）、冷却筛分系统（C系统），运灰系统（D系统），机头除尘系统（E系统），机尾除尘系统（F系统）六个系统。利用系数1.21t/m2.h，作业率90.4%，年产高碱度烧结矿120.7万吨。通过电器、仪表、计算机实现了三电一体化设计。
2 自动控制系统设计
2.1 系统配置
6号烧结机自控系统低压电气开关控制采用施耐德的空气开关、接触器。过程控制由4套施耐德Quantum 系列PLC控制即机头主抽风机PLC系统，机头除尘PLC系统，机尾除尘PLC系统，烧结生产控制PLC系统；1套用于控制烧结机润滑的施耐德Momentum系列PLC系统。生产控制主系统由1个主控站,6个远程站组成。二台监控计算机（IFIX站）用于控制主系统的操作。机头、机尾 iFIX站控制机头机尾除尘操作、智能终端Magelis监控风机系统，如图1所示。
图1 系统配置
2.2 控制设计
（1）电气系统原理设计。参加联锁的电气设备，现场设有一个选择开关，设有手动、零位、自动三个位置。手动用于单体试车或故障检测，零位用于事故处理，自动用于计算机集中控制。对于皮带系统，有5个开入信号（选择开关位置信号、反馈信号、跑偏信号、溜槽堵料，集中供电信号），3个开出信号（预告、启动、溜槽振动器启动）。其它设备设有3个开入信号（选择开关位置信号、反馈信号、集中供电信号），2个输出信号（预告、启动）。对于变频调速设备，其电机运行的各种数据通过MB+网送入PLC。如图2所示。
（2）仪表系统原理设计。机头主抽风机PLC、机头除尘PLC、机尾除尘PLC的仪表检测信号，经过MODBUS PLUS网送入生产控制主系统PLC，机头主抽风机PLC、机头除尘PLC、机尾除尘PLC分别设有人机对话装置MAGLIS，且中央控制室能够监视和控制（参见图1）。
6号烧结机的温度检测信号直接进入PLC的热电阻模块，负压通过二次仪表转换成4-20mA信号进入PLC的模拟量模块，点火温度采用的是红外线检测，其输出的4-20毫安信号进入PLC模拟量输入模块，煤气、水量等调节阀设有手动、自动调节，其位置反馈信号通过4-20mA的模拟量输入模块进入PLC。铺底料、混合料等料位采用ABB的检测仪表，其输出的4-20mA信号进入PLC的模拟量输入模块（参见图2）。
实现了集中监视、分散控制的模式。
图2 电气原理设计
（3）计算机系统原理设计。6号烧结机去掉了传统的控制模式操作台，中央控制室设有2台IFIX数据采集监视控制站，1台多媒体监视站及可以互相切换的大屏幕等离子体监视器，软件平台采用Windows 2000 Professional，上位监控软件为无穷点IFIX2.5，所有PLC的编程软件采用CONCEPT 2.2，编程语言FBD。系统的启动、停止、调节等操作都在2台计算机上进行。通过系统的多媒体闭路监视，能够清楚地看到主要系统设备的运行状况，完全实现了计算机监视、操作控制。
2.3 功能设计
6号烧结机的自控系统集检测、控制于一体，实现了计算机、电气、仪表三电一体化控制。
（1）数据采集。对6号烧结机所有进入计算机的电气、仪表巡回检测，以总貌、系统图、数据表、曲线图、棒状图等多种形式显示，并自动生成各种统计报表。
（2）自动报警。对所有进入PLC的仪表信号跟踪，根据上下限自动报警，并且具有开路、短路等信息。
（3）故障自动诊断。对各个PLC通道站的各个模块状态、通讯状态以及电气系统运行状态、调速变频器故障情况监视，并给出故障类型提示。
（4）电气、仪表控制。主抽风机PLC控制系统，实现了主抽风机油泵的自动控制。生产控制PLC主系统，实现了A、B、C、D四个系统的顺启、顺停、紧急停车、解除停车等功能烧结机、泥辊、环冷、圆辊给料的四级联调，待火、生产的相互切换，铺底料位的自动控制、一、二次给水的调节等控制。除尘PLC控制系统，实现了机头（E）、机尾（F）静电除尘，除尘率达到了97%。烧结机油泵PLC系统实现了烧结机的自动润滑。
3 系统关键环节编程
3.1 烧结机、泥辊、环冷、圆辊给料四级联调
烧结机、泥辊、环冷、圆辊给料的调节控制采用的是TE的变频器ATV 58，利用其提供的MODUBS+协议实现了四级联调。以烧结机、泥辊调节为例：
SIC_101F.FV（烧结机的运行频率）与RST_102S.FV(泥辊同步比例)经过乘法运算后与变频器的最大频率50Hz比较，大于等于50输出50Hz,否则保持原值输出给泥辊变频器,泥辊变频器按照该频率运转。实现烧结机、泥辊的同步调速。（注：MUL：乘法运算；LE：用户自定义功能块，完成比较后输出功能，IN1与IN2比较，大于等于则等于IN2，否则等于IN1；TE：用户自定义功能块，完成变频器的控制。）
3.2 铺底料槽料位控制
6号烧结机铺底料的控制实现了LK5在上料系统与成品系统之间的相互切换。其实现方法是根据铺底料槽料位控制10-20mm的烧结矿的料流方向。铺底料料槽满载时皮重为40吨，空载时为10吨，若铺底料小于30吨时，10-20mm的烧结矿经过返矿系统设备进入铺底料矿槽，大于30吨时，10-20mm的烧结矿经过成品系统直炼铁，通过炼铁返回。其控制实质上对冷矿筛10-20mm漏斗下的LK_5皮带的正反转控制。判别程序流程如图3所示。
图3 程序流程图
3.3 待火、运行切换
当系统处于待生产状态，皮带机及非调节设备已正常运行但未进入烧结状态，此时烧结机、泥辊等调节设备处于运行状态，但无调速，点火温度未进入正常生产温度。在日常生产中由于检修的需要，需要将生产状态切换到待火状态。
当处于待火状态时，烧结机机速、泥辊机速、环冷机速、圆辊给料机速、煤气调节控制分别保存于M1，M2，M3，M4，M5。烧结机、泥辊、环冷、圆辊给料机速置0，煤气调节控制在5%左右。当系统恢复到生产状态时，烧结机机速、泥辊机速、环冷机速、圆辊给料机速、煤气调节恢复到待火生产前的M1，M2，M3，M4，M5状态正常生产。
3.4 点火温度控制
点火温度控制系统是一个串及调节系统。主调节器（温度调节器）的输出，作为付调节器（煤气流量调节器）的给定。然后付调节器的输出再去操作执行器，改变煤气调节阀的开度。同时，为了使空气和煤气流量按比例给定，主调节器的输出经过比例运算后作为空气流量的给定。
4 结束语
天铁集团6号烧结采用施耐德电气实现了烧结生产过程控制，利用concept的自定义功能块定义了各个连锁设备的启动，停止功能块，再编程中只需要在程序中按照I/O分配表在每个功能块的输入输出接点上填上相应的地址或变量就可以完成相应的功能，具有面向对象编程的理念，明显的提高了工作效率。Concept丰富的控制指令，实现了各种复杂的过程控制，满足了烧结过程控制的需要。利用atv58提供的modbus+协议实现了烧结机、泥辊、环冷、圆辊给料的四级联调，同时将其运行相关信息采集如电流、频率等采集到上位计算机上监视。施耐德电气提供的整套控制方案满足了烧结生产过程控制的需要。
6号烧结机的自控系统设计本着无人执守的思想进行设计，系统安全可靠，且具有良好的扩展性和人机对话功能，属国内先进水平，达到了设计的目的和要求。