摘要：目前传统钢铁行业矿槽上料系统由皮带小车供料，由工作人员现场手动操作卸料小车上料，料仓料位根据操作工目测确定，由于矿槽环境较差，现场噪音，空气污染较为严重并且现场机械伤害隐患较多，不利于工作人员身心健康。并且由工作人员目测各料仓料位，不同工作经验人员对料仓料位理解不一，易对高炉生产造成不良影响。
随着工业4.0的到来，智能工厂、智能生产已成为未来工业发展的主流趋势。本文主要介绍日照钢铁7#8#号高炉槽上卸料小车的自动化改造技术。
关键词： 卸料小车 PLC 编码器 料位计 自动化
一、现状概述
(一)、现场工艺、设备、操作流程简述
长材制造部60T转炉高位料仓上料系统1#、2#皮带卸料小车给2#、3#转炉39个料仓供料，主要物料为烧结矿、矿粉、杂矿、焦炭等，每个仓深为6米。当前，料仓料位判断、卸料小车频繁换仓控制靠现场人工操作来实现。
(二)、主要存在的问题：
(1)岗位工频繁操作小车，机械式疲劳作业，容易造成生产和安全事故的发生。
(2)卸料现场环境极差，粉尘和噪音严重影响了岗位操作人员的身体健康，不宜长期有人在现场值守。
(3)用人工肉眼观察料位和控制小车精确性比较低，且由于人会产生麻痹大意，容易造成生产和安全事故的发生。
二、项目目标及改造范围
(一)、项目实现的主要目标
实现对2#、3#转炉槽上39个料仓料位的实时、准确监测，利用编码器定位及雷达料位监测装置，通过对PLC编程，实现1#、2#皮带卸料小车自动走行卸料。
(二)、实现目标所需进行的改造内容
(1)1#、2#皮带对应料仓安装雷达料位计;
(2)1#、2#皮带卸料小车各安装PLC控制箱1台、监控摄像机3台、无线网桥2套、编码器1支;
(3)地面设无线网桥3套、PLC控制柜1台、监控摄像机4台，所有信号通过光缆远传至二炼铁供料中控室;
(4)中控室设操作电脑2台、视频监控液晶显示器3台;
三、技术方案
(一)简述技术方案及控制系统图
(1)皮带小车定位方案
皮带小车定位通过小车从动轮安装绝对值编码器进行位置检测，编码器根据从动轮运行圈数和角度计算得皮带小车实际运行位置，实现小车自动定位。
绝对值编码器输出信号采用现场总线输出方式。现场总线型输出编码器通过设定地址，用通讯方式传输信号，总线型编码器采用PROFIBUS-DP型。校正方法为：在每条沿皮带一侧安装10个接近开关(皮带机头、机尾必须安装一个)，当皮带小车感应到某个接近开关时，根据上次校正的初始值，计算得到皮带小车到该位置的编码器值，再与实际编码器检测值进行比较，当误差超过设定值，则对编码器初始位置值进行校正，以消除小车在运行过程中产生的误差。
(2)料位监测方案
料仓料位监测采用雷达料位计，雷达料位计具有测量精度高，适用于高粉尘、潮湿、高温等恶劣工况环境下对粉状、粒状的固体介质进行连续、非接触测量的优点，料位计输出4-20mA信号通过硬线连接到PLC模块。
(3)自动化系统方案
自动化控制系统选用SIEMENS 可编程控制器，CPU选用315-2DP，所有I/O采用西门子S7-300 I/O模块。系统配置工业以太网络模块，通过工业以太网实现系统网络的集成，与中控室的网络通信介质采用光纤传输，保证系统的传输速度和抗干扰能力，确保系统的安全。
(4)系统监控及控制方案
系统监控和调试均通过工程师站实现。工程师站选用工业微机配置22"液晶显示器。
(5)视频监控方案
在2#、1#皮带的机头及机尾各安装1台球式高清网络摄像机，每台小车各安装3台枪式摄像机，共10台摄像机。
具体施工内容
(1)1#皮带与2#皮带对应料仓仓顶部各安装雷达料位计1台，共计32台。
(2)1#、2#皮带卸料小车从动轮各安装编码器1支共计2支。
(3)车上各设PLC遠程I/O站1个，通过无线网桥实现与地面PLC通讯。
(4)地面设PLC控制柜1台，料位信号、小车位置监测信号接入该PLC柜。
(5)每台车上各设监控摄像机3台。
(6)中控室设操作电脑2台、视频监控液晶显示器3台。
(7)现场控制及视频监控信号通过光缆传递至中控室。
四、细节组成介绍
1、PLC硬件系统：
本项目PLC采用德国西门子S7-300系列PLC，硬件组态如下
CPU 315-2DP*1
通讯处理器 CP343-1*1
接口模块 IM153-1*3
模拟量模块 AI8x12BIT*7(设置成4线制模式)
数字量输入模块 DI32xDC24V*1
DI16xAC230V*2
数字量输出模块 DO16xDC24V/0.5A*3
2、程序功能介绍
料位检测系统，料位计型号：VEGAPULS69.AXCSDAHXAMAX 雷达料位传感器，此传感器用于连续测量固体物位，带4-20mA/HART接口，由模拟量模块检测现场料位计传输过来的4-20mA信号。
定位检测由料车绝对值编码器测量。本项目编码器型号为德国倍加福PVM58I-011AGROBN-1213。
料车校正功能由编码器与皮带上方安装的10个定位限位开关配合完成(一个在机头0位限位，9个辅助定位限位)，在料车第一次运行或长时间运行产生误差后可对料车进行校正操作。若料车具满足：备妥、中控操作、无热继故障，料车通讯正常、编码器通讯正常、料车在0位限位，则可进行料车位置校正。
由0点限位下降沿完成0点校正，置位0点检测信号，并将编码器0位值记录到数据块。
其他9个定位限位检测上升沿与下降沿并记录两个编码器位置。(两个位置分别代表料车正反行走两个位置)只要两个编码器位置不超过一个合理值，便认为此次校正有效。
当皮带小车感应到某个接近开关时，根据上次校正的初始值，计算得到皮带小车到该位置的编码器值，再与实际编码器检测值进行比较，当误差超过设定值，则对编码器初始位置值进行校正，以消除小车在运行过程中产生的误差。
五、维护标准介绍
项目改在完成后，为实现自动卸料小车稳定运行必须建立自动卸料小车点检维护标准。
常规仪表的使用、日常维护、故障处理和检修要求 ：PLC模块及低压电气设备管理规定及点检标准：按照 PLC模块及低压电气设备巡视周期自行编制点检巡视工作计划，计划编制应结合PLC模块及低压电气设备所处环境、巡视检查历史记录及模块运行状态评价结果。
六、结束语
自动化生产具有很多优点，能够保证市场需求，产量大，不像人工操作，工作时长受限，人工操作出错难免，有时候产量供应会不及时。技术先进、稳定、可靠，并可以在较长时间内保持基本不变。
参考文献
(1) 廖常初《S7-300/400 PLC应用技术》机械工业出版社 2011.12
(2) 韩雪涛《微视频全图讲解PLC及变频技术》电子工业出版社 2018.03
(3) 曹小燕《实例讲解西门子S7-300/400 PLC编程与应用》电子工业出版社 2017.08
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