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UniMAT PLC在高爐電氣自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

時(shí)間:2011-11-02 16:16:28來源:caijuan

導(dǎo)語:?本文將主要介紹上料PLC主站、本體PLC主站、熱風(fēng)PLC主站、布袋PLC主站等四套PLC系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)方案。

  [編輯簡介]:結(jié)合秦皇島百工鋼鐵有限公司680M3高爐電氣自動化儀表控制系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)際情況,重點(diǎn)闡述了億維UN200和UN300系列PLC擴(kuò)展模塊合理應(yīng)用于上料系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、高爐上料配電系統(tǒng)、本體儀表檢測系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)房系統(tǒng)、水泵站系統(tǒng)及畫面監(jiān)視、軟件功能等系統(tǒng)中成功案例。本文將主要介紹上料PLC主站、本體PLC主站、熱風(fēng)PLC主站、布袋PLC主站等四套PLC系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)方案。

  一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

  根據(jù)高爐工藝,采用合理的方式,以低成本高性能的總體思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。自動化系統(tǒng)采用三電一體化開放式結(jié)構(gòu),為今后系統(tǒng)的擴(kuò)展創(chuàng)造條件,留有區(qū)域級計(jì)算機(jī)及全廠管理計(jì)算機(jī)的接口能力。

  根據(jù)高爐系統(tǒng)分散的特點(diǎn),采用主從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):分站通過網(wǎng)線再連接至主站系統(tǒng),減少電纜用量、方便維護(hù),使成本大大降低。如億維的IM153-1就可作為單個(gè)從站,可在高爐設(shè)備就近配電室安裝。布袋反吹采用矩陣的方式進(jìn)行設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)簡單,采用的模塊點(diǎn)數(shù)成倍減少。

  系統(tǒng)采用億維PLC作為基礎(chǔ)控制站,完成對現(xiàn)場工藝設(shè)備的控制及監(jiān)測;上位操作采用億維工控機(jī)作為操作站,進(jìn)行人機(jī)對話,對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況及各種儀表參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。系統(tǒng)在正常生產(chǎn)情況下以全自動為主,各上位機(jī)互為備用,在設(shè)計(jì)上充分考慮上位機(jī)自動、手動和機(jī)旁箱手動,以保證在各種情況下生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

  自動化裝置的選用原則上采用目前檢測水平的新技術(shù)、新設(shè)備,同時(shí)考慮控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單、實(shí)用、性能可靠,充分滿足工藝要求。確保產(chǎn)品質(zhì)量并保證系統(tǒng)整體滿足工藝要求和性能的情況下減少投資。

  二、系統(tǒng)配置

  本系統(tǒng)完全為高爐操作提供服務(wù),使被控設(shè)備能在主控樓的計(jì)算機(jī)上方便的進(jìn)行集中操作,并對這些設(shè)備的運(yùn)行情況做如實(shí)的記錄

  1、自動監(jiān)控系統(tǒng):

  1.1采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

  上位機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng),充分滿足上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸量大的要求;PLC與遠(yuǎn)程站之間采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線,以滿足現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性;網(wǎng)絡(luò)框圖如圖一所示:

 圖1

  圖一

  主要有六臺工控機(jī)作為操作站,分別為熱風(fēng)、布袋、工長操爐、本體儀表、礦槽上料、爐頂設(shè)備組成,可互為備用。

  PLC有四套siemens400系列主PLC系統(tǒng)組成,上料PLC主站、本體PLC主站、熱風(fēng)PLC主站、布袋PLC主站,下設(shè)各自的擴(kuò)展模塊完成系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集。經(jīng)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與操作站之間完成數(shù)據(jù)交換。

  1.2軟硬件設(shè)備組成

  ☆PLC選用億維200+300組成的高性能低成本模塊結(jié)構(gòu)。

  ☆計(jì)算機(jī)操作臺:不銹鋼面操作臺

  ☆編程軟件選用STEP7V5.4,組態(tài)軟件選用我WINCC6.0SP3

  三、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)

  本高爐配有三座熱風(fēng)爐,主要負(fù)責(zé)燃燒、蓄熱、給冷風(fēng)加熱,并將熱風(fēng)送進(jìn)高爐。由于一座熱風(fēng)爐是間斷的熱交換,而高爐需要連續(xù)的熱風(fēng),所以三座熱風(fēng)爐按周期性工作,包括燃燒、悶爐、送風(fēng)三個(gè)過程。

  熱風(fēng)爐順控系統(tǒng)設(shè)有以下幾種操作方式:全自動、半自動方式、CRT手動方式、機(jī)旁箱操作

  熱風(fēng)爐工作狀態(tài)介紹

  一個(gè)熱風(fēng)爐可在“送風(fēng)”向“悶爐”至“燃燒”狀態(tài),也可從“燃燒”向“悶爐”至“送風(fēng)”轉(zhuǎn)換。

  “送風(fēng)”指的是熱風(fēng)爐被充壓,且冷風(fēng)閥和熱風(fēng)閥兩者均被打開,所有其它的閥門均關(guān)閉(不包括混風(fēng)切斷閥和換熱器各閥門)。

  “燃燒”指的是熱風(fēng)爐被減壓,冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥和冷風(fēng)充風(fēng)閥關(guān)閉,廢氣均壓閥打開,助燃空氣和煤氣引入熱風(fēng)爐。

  “悶爐”指的是熱風(fēng)爐所有閥門均關(guān)閉,但壓力控制仍在工作,預(yù)備著一個(gè)熱風(fēng)爐隨時(shí)變?yōu)槌鋲夯蚓鶋籂顟B(tài)。

  熱風(fēng)爐工作制度:

  正常情況下熱風(fēng)爐采用并聯(lián)送風(fēng),或二燒一送工作制,非正常操作為一燒一送工作制。

  每座熱風(fēng)爐可以在“燜爐”、“送風(fēng)”、“燃燒”三種狀態(tài)之間自動轉(zhuǎn)換,各閥開關(guān)受PLC程序控制,發(fā)出換爐指令后,熱風(fēng)爐設(shè)備按工藝要求順序進(jìn)行有關(guān)聯(lián)鎖動作。

  四、高爐煤氣干式凈化控制系統(tǒng)

  高爐煤氣除塵設(shè)施是高爐的配套設(shè)施,其目的是凈化高爐煤氣,提高煤氣質(zhì)量。高爐煤氣經(jīng)重力除塵器除塵后,進(jìn)入布袋主箱體下部,煤氣穿過布袋時(shí)其所攜帶的灰塵被布袋截留,進(jìn)行過濾凈化后的煤氣經(jīng)高壓閥組輸送給熱風(fēng)爐或煤氣管網(wǎng)供用戶使用。布袋除塵過濾后的塵灰由脈沖閥沖掃,落至儲灰倉;打開卸灰閥,由刮板機(jī)輸出,用斗提機(jī)送入高位灰倉。

  1、本套設(shè)施共設(shè)計(jì)了三種反吹方式,時(shí)間反吹(設(shè)定時(shí)間到)、壓力反吹(壓差高于設(shè)定值)、手動反吹。

  2、除塵系統(tǒng)包括反吹和卸灰兩個(gè)控制流程,均能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)手動、半自動和自動三種控制方式:

  反吹自動方式為:差壓反吹、定時(shí)反吹。差壓反吹即當(dāng)箱體差壓高于設(shè)定差壓值(3KPA)時(shí)開始自動反吹;定時(shí)反吹即當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的反吹時(shí)間后開始自動反吹。

  2.1當(dāng)荒凈煤氣總管壓差達(dá)到6~8Kpa(可設(shè)定)進(jìn)行反吹。同時(shí)有定時(shí)反吹選擇,通過設(shè)定的同期來對布袋進(jìn)行反吹。

  2.2箱體單體反吹時(shí)間為10-20秒(可調(diào)),反吹順序?yàn)镹1、N2、N3......N10,氣包上的噴吹管同樣為順序動作n1、n2、n3.....n14待10個(gè)箱體全部反吹完畢,反吹過程結(jié)束。

  2.3箱體反吹采取離線反吹。當(dāng)凈荒煤氣總壓差達(dá)到設(shè)定值6Kpa時(shí),首先關(guān)閉正在工作箱體的進(jìn)、出口蝶閥,然后進(jìn)行反吹。反吹后立即打開進(jìn)出品蝶閥,再進(jìn)行下一箱體的反吹,依次類推。

  2.4每個(gè)布袋每次反吹抖動次數(shù)為2次(可調(diào))

  2.5卸灰自動操作為:定時(shí)卸灰。對卸灰時(shí)間進(jìn)行設(shè)定,到設(shè)定時(shí)間后自動啟動卸灰斗提機(jī)、掛板機(jī)、按工藝要求依次打開被選擇卸灰箱體上的設(shè)備(上卸灰閥、下卸灰閥、葉輪給料機(jī)、灰斗清堵裝置脈沖閥),一般設(shè)定3次/24時(shí),自動完成卸灰操作。

  中間倉下部設(shè)備動作順序:

  當(dāng)N1箱體上部卸灰作業(yè)完成后,開始中間倉卸灰作業(yè):首先開啟公共設(shè)備,即:斜管振動器→斗提機(jī)→刮板輸送機(jī)。完成后開啟:N1箱體電動給料機(jī)→N1箱體下部電動球閥→N1箱體中間倉的倉壁振動器。延時(shí)30秒后,關(guān)閉中間倉下部設(shè)備。

  ①順序?yàn)椋宏P(guān)中間倉的倉壁振動器→N1箱體下部電動球閥→電動給料機(jī)。

  完成N1箱體下部卸灰后,開始N2箱體下部卸灰,動作同N1箱體。之后依次為N3箱體、N4箱體、N5箱體……N8箱體。

  當(dāng)N10箱體下部卸灰完成后,關(guān)閉公共設(shè)備,其順序?yàn)椋?/p>

  刮板輸送機(jī)→斗提機(jī)→斜管振動器。

  ②高位灰倉下部設(shè)備動作順序此部分均為機(jī)旁操作,其它設(shè)備均為PLC控制。:

  開啟:加濕卸灰機(jī)→電動球閥→倉壁振動器

  關(guān)閉:倉壁振動器→電動球閥→加濕卸灰機(jī)

  五、高爐上料系統(tǒng)

  高爐上料部分有礦槽稱量和爐頂兩大部分,通過料車將兩部分聯(lián)系在一起,礦槽、料車和爐頂設(shè)備按照工藝設(shè)定協(xié)調(diào)動作,完成上料功能。

  各種料質(zhì)經(jīng)振篩篩分后直接裝入稱量斗,然后有稱量斗裝入料車,篩下的粉礦經(jīng)碎礦皮帶運(yùn)至粉倉,等待汽車外運(yùn)。料車由主卷揚(yáng)機(jī)牽引將礦石運(yùn)送到爐頂裝料設(shè)備,經(jīng)過2級變速到達(dá)停車位。各個(gè)倉中的料質(zhì)根據(jù)配方中的要求隨時(shí)變化,自動完成稱量到上料的操作。

  1、設(shè)備組成

  680M3高爐設(shè)雙排儲槽,分別存放燒結(jié)礦、球團(tuán)、焦炭、雜礦,其中4個(gè)焦炭槽,6個(gè)燒結(jié)槽,4個(gè)球團(tuán)礦,4個(gè)雜礦,在槽下成對排列。爐頂有受料斗、擋料閥、上密封閥、下密封閥、料流閥、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾動機(jī)構(gòu)、料罐、均壓閥、均壓放散和爐頂大放散等設(shè)備組成。

  2、上料周期控制制度,最常用的為以下兩種制度

  二車值:OC或CO

  四車值:OOCC或CCOO

  說明:O代表燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、雜礦;C代表焦炭

  幾種不同的裝料制度組合形成料批周期,連續(xù)循環(huán)上料,滿足高爐的連續(xù)生產(chǎn)要求。

  3、控制要求:根據(jù)工藝要求,對礦槽、上料及爐頂設(shè)備系統(tǒng)的有關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行顯示和控制,并對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行趨勢記錄。其中包括14臺電子稱的稱量記錄、料位測量及TRT與高爐和高爐與TRT的各種信號的控制與顯示。

  水冷系統(tǒng)的溫度檢測:當(dāng)溜槽齒輪箱進(jìn)、出口溫差大于5℃時(shí)發(fā)出報(bào)警信號,提示有關(guān)人員檢查水流量和高爐爐頂溫度;當(dāng)溫差大于50℃時(shí)立即檢查水冷系統(tǒng)。

  料罐壓力與大氣壓之差小于20KPa時(shí),發(fā)出聯(lián)鎖信號,有電力專業(yè)打開上密閥;當(dāng)料罐壓力與爐頂壓力之差小于20KPa時(shí),發(fā)出聯(lián)鎖信號,打開下密封閥。

  氣密箱冷卻有氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥控制開度,進(jìn)行自動的PID調(diào)節(jié)。

  六、高爐本體儀控系統(tǒng)

  高爐自上而下由爐喉、爐身、爐腹、爐缸、爐基五大部分及相關(guān)的水系統(tǒng)組成。所有儀表點(diǎn)接入數(shù)據(jù)采集器,通過通訊傳至上位機(jī)。

  高爐過程檢測和控制的主要任務(wù)為:采集溫度、壓力、流量等各種數(shù)據(jù),對減壓閥組進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,能監(jiān)視爐內(nèi)反應(yīng),對爐體及設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

  1.爐頂打水控制

  煤氣上升管溫度過高時(shí)報(bào)警,開爐頂打水閥:溫度恢復(fù)正常時(shí),關(guān)打水閥。

  2.爐頂煤氣壓力控制

  高爐爐頂煤氣壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)布袋除塵器后的減壓閥組開度來維持爐頂煤氣壓力的穩(wěn)定。

  3.風(fēng)口檢漏及排水溫度的測量

  為保護(hù)爐體安全,風(fēng)口破損檢漏是極為重要的檢測項(xiàng)目。測量風(fēng)口冷卻水進(jìn)、出口流量差,測量風(fēng)口排水溫度,能檢測風(fēng)口是否完好。

  七、畫面介紹

  畫面系統(tǒng)是操作人員與控制系統(tǒng)的人機(jī)界面,操作人員通過畫面對設(shè)備進(jìn)行操作、監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況,及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整,畫面系統(tǒng)可以設(shè)定數(shù)據(jù),改變運(yùn)行方式,向操作人員顯示設(shè)備的正常狀態(tài)及報(bào)警信息等。

  CRT畫面顯示主要內(nèi)容如下:

 ?。?)系統(tǒng)畫面:熱風(fēng)、布袋、礦槽、爐頂、本體儀表、爐長操爐、爐頂儀表等

  (2)控制設(shè)定畫面:配料、爐頂溜槽角度、料流開度參數(shù)設(shè)定

 ?。?)故障監(jiān)視畫面:實(shí)時(shí)顯示故障信號提示操作人員進(jìn)行相應(yīng)措施

 ?。?)報(bào)警記錄:記錄各設(shè)備及儀表的故障報(bào)警

 ?。?)報(bào)表記錄:對生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄

  以下就主要畫面進(jìn)行介紹

  1、上料畫面:

  包括整個(gè)卷?xiàng)罴盃t頂設(shè)備,其中主要有上料小車、左右探尺、柱塞閥、上密、下密、旋轉(zhuǎn)布料裝置、均壓閥、放散閥等。生產(chǎn)中可實(shí)現(xiàn)手動、自動隨時(shí)轉(zhuǎn)換,各種運(yùn)行、故障有不同的顏色來顯示,特點(diǎn)1、小車拐點(diǎn)、卸料位等各減速點(diǎn)停車位可根據(jù)生產(chǎn)調(diào)節(jié)2、旋轉(zhuǎn)布料角度及速度可通過畫面直接設(shè)定,滿足生產(chǎn)工藝中的各種布料方式3、在檢修或新員工培訓(xùn)情況下還可以通過畫面各種數(shù)據(jù)的設(shè)定來進(jìn)行模擬生產(chǎn)。

圖二

  圖二

  高爐爐頂儀表,對保證爐頂設(shè)備是否正常十分重要。

圖二

  2、礦槽畫面

  主要包括皮帶、料斗、振篩運(yùn)行、停止、故障指示及操作??梢栽诖水嬅嫣崆霸O(shè)定各種料質(zhì)重量,根據(jù)爐長下的各種料批要求通過調(diào)整周期表來完成自動上料。也可通過機(jī)旁轉(zhuǎn)換開關(guān)使個(gè)別控制轉(zhuǎn)到現(xiàn)場操作,畫面中有手動(綠色)、自動(紫色)指示。另外還有周期表子畫面。

圖三

  圖三

  礦槽周期畫面,合理調(diào)節(jié)配方并自動生成配方。

圖三

  生產(chǎn)報(bào)表記錄畫面,對生產(chǎn)成本實(shí)時(shí)掌握

圖三

  3、熱風(fēng)爐畫面

  此畫面中可實(shí)現(xiàn)助燃風(fēng)機(jī)、調(diào)壓閥組、助燃調(diào)節(jié)閥、混風(fēng)閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、放散閥、冷風(fēng)均壓閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥、空氣切斷閥、煤氣切斷閥各種工藝閥門的操作并顯示儀表參數(shù)。能自動完成熱風(fēng)爐的各階段轉(zhuǎn)換達(dá)到自動送風(fēng)、燜爐、燒爐。各種閥門在畫面中可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動操作,調(diào)節(jié)閥各通過輸入預(yù)定數(shù)值或點(diǎn)擊滾動條自動調(diào)節(jié)。

圖四

圖四

  圖四

  4、布袋除塵畫面

  包括脈沖閥、上下卸灰閥、放散閥、上炮、下炮、輸灰機(jī)、斗提機(jī)、進(jìn)出口蝶閥和進(jìn)出口盲板閥,并顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各儀表參數(shù)等。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊各閥們可自動彈出控制菜單,脈沖閥為動態(tài)顯示,可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)因頻繁動作而損壞的電磁閥。脈沖時(shí)間及箱體選擇可根據(jù)要求設(shè)定。

  在自動情況下自動完成吹掃,根據(jù)設(shè)定從1#開始依次至8號箱體。如果某個(gè)箱體出現(xiàn)問題會自動跳過該箱體向下執(zhí)行。

圖五

 

圖五

  圖五

工長操爐畫面,通過畫面參數(shù)合理調(diào)節(jié)爐況是高爐順產(chǎn)、高產(chǎn)的關(guān)鍵。

  5、工長操爐畫面,通過畫面參數(shù)合理調(diào)節(jié)爐況是高爐順產(chǎn)、高產(chǎn)的關(guān)鍵。

本體儀表畫面,高爐儀表是監(jiān)視高爐爐襯是否正常,主要包括水溫和壓力

  6、本體儀表畫面,高爐儀表是監(jiān)視高爐爐襯是否正常,主要包括水溫和壓力

  八、結(jié)束語

  高爐自動化控制系統(tǒng)的各個(gè)動作和狀態(tài)都由PLC控制,不僅能滿足各設(shè)備的集中控制方式、機(jī)旁控制方式、兩地并用控制方式所需的大量按扭、開關(guān)、位置檢測點(diǎn)的要求;而且還能根據(jù)不同的工藝要求,選用合理的配置方法:網(wǎng)絡(luò)的主從結(jié)構(gòu)、布袋反吹的矩陣結(jié)構(gòu)等;更可通過接口元器件與計(jì)算機(jī)組成PLC工業(yè)局域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)控制。使高爐電氣自動化儀表控制系統(tǒng)能方便地嵌入到鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流水線中。

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