摘要：詳細(xì)介紹了高爐煤氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，闡述了該系統(tǒng)的特點(diǎn)及作用。

      1 前言
      隨著宣鋼2500 M³高爐的建成，高爐煤氣生產(chǎn)過剩，導(dǎo)致煤氣管網(wǎng)壓力升高、波動(dòng)劇烈，影響了下游煤氣用戶的生產(chǎn)，為此，公司建成2500 M³高爐區(qū)煤氣放散系統(tǒng)。為了穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)壓力、減少煤氣放散量、減輕崗位操作人員工作強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)煤氣放散的自動(dòng)化控制，我們?cè)O(shè)計(jì)、編制了煤氣放散自動(dòng)控制程序，并對(duì)其進(jìn)行了調(diào)試以滿足工藝生產(chǎn)需要。

      2設(shè)計(jì)要求
      放散系統(tǒng)的所有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過PLC在顯示屏的畫面中顯示，顯示和現(xiàn)場(chǎng)工藝完全符合，便于操作人員整體觀察，便于操作。通過程序中的PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了煤氣管網(wǎng)壓力的自動(dòng)控制，穩(wěn)定了煤氣管網(wǎng)壓力，減少放散量，節(jié)約能源，保證后期煤氣用戶的使用。煤氣放散系統(tǒng)硬件由CPU、I/O模塊、觸摸屏組成，系統(tǒng)軟件下位機(jī)采用S7-200 WIN32軟件，上位機(jī)采用Protools軟件。

      3 S7200控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
      S7-200系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC），這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要，圖1展示一臺(tái)S7-200 Micro PLC，由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制要求，此外，豐富的CPU類型和低壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
      S7200小型PLC控制系統(tǒng)具有強(qiáng)抗干擾性、運(yùn)行穩(wěn)定性好、調(diào)節(jié)特性良好等優(yōu)點(diǎn)。

 圖14煤氣放散系統(tǒng)

      4.1系統(tǒng)為了生產(chǎn)的安全運(yùn)行，特意設(shè)計(jì)了兩級(jí)權(quán)限, 煤氣壓力設(shè)定值由運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行情況在觸摸屏上修改。而維護(hù)人員可通過輸入密碼進(jìn)入修改狀態(tài)，對(duì)各參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行更加合理的改動(dòng)，可以登錄后對(duì)控制回路的比例、積分時(shí)間、微分時(shí)間、控制周期等參數(shù)進(jìn)行修改和維護(hù)，登陸畫面如圖2所示：

圖2 維護(hù)人員登陸畫面

      4.2系統(tǒng)主要對(duì)高爐和煤氣管網(wǎng)兩路的高爐煤氣放散進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)高爐和煤氣管網(wǎng)的管道上各有一個(gè)煤氣放散閥，我們通過對(duì)兩個(gè)閥的控制，來(lái)控制煤氣的放散量。在觸摸屏上顯示高爐和煤氣管網(wǎng)各自的煤氣放散量和放散閥的閥位，兩個(gè)放散閥的控制有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制狀態(tài)。
      （1）在手動(dòng)狀態(tài)下由人工控制高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)閥的開度，做到煤氣壓力放散調(diào)節(jié)。
      （2）在自動(dòng)狀態(tài)下，由人工設(shè)定壓力點(diǎn)（目前為17KPa），PLC(S7200)根據(jù)實(shí)際壓力與設(shè)定壓力經(jīng)計(jì)算后輸出調(diào)節(jié)閥的開度?？刂瞥绦虻木帉懭鐖D3：

圖3煤氣調(diào)節(jié)閥控制圖

      4.3目前設(shè)定當(dāng)高爐煤氣壓力超過17KPa時(shí)由控制柜面板前報(bào)警等輸出聲光報(bào)警，當(dāng)高爐煤氣放散流量低于10000M³/H時(shí)打開放散氮?dú)忾y防止放散塔回火，當(dāng)高爐煤氣放散流量高于20000M³/H時(shí)關(guān)閉放散氮?dú)忾y。（因?yàn)榇藭r(shí)流量較大，火焰不易熄火回火）控制程序的編寫如圖4：

 
圖4煤氣放散控制圖
  

      4.4煤氣放散系統(tǒng)自動(dòng)控制中，我們很好的利用了PID調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)即比例、積分、微分調(diào)節(jié)。比例度越大，則調(diào)節(jié)動(dòng)作越小，系統(tǒng)越穩(wěn)定，在發(fā)生振蕩時(shí)可以獲得較大的衰減率；但是比例度過大時(shí)，調(diào)節(jié)器對(duì)擾動(dòng)的反應(yīng)顯得不夠靈敏，動(dòng)態(tài)偏差也大。比例度越小，系統(tǒng)靜差越小。積分作用是用來(lái)造成無(wú)差調(diào)節(jié)的，只要有偏差存在，積分作用就不斷的使調(diào)節(jié)器的輸出增大（或反向增大），使偏差繼續(xù)減小。積分加快了調(diào)節(jié)速度，容易造成過調(diào)，引起振蕩；積分時(shí)間太大，積分作用太弱，單方面的偏差會(huì)長(zhǎng)期不消失，使調(diào)節(jié)過程拖得很長(zhǎng)。微分調(diào)節(jié)不能消除偏差，它的作用是用來(lái)加強(qiáng)開始時(shí)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而減小動(dòng)態(tài)偏差。但是，如果微分作用太強(qiáng)，往往會(huì)使調(diào)節(jié)器的過調(diào)動(dòng)作太猛，使系統(tǒng)產(chǎn)生的振蕩加強(qiáng)，降低了衰減率和穩(wěn)定性。一般說來(lái)，只有對(duì)于反映較慢的對(duì)象，微分作用才是有利的，對(duì)于煤氣放散控制系統(tǒng)一般可不加微分作用?？傊?，比例作用是保證調(diào)節(jié)過程“穩(wěn)”；積分作用是保證調(diào)節(jié)過程“準(zhǔn)”；微分作用是促進(jìn)調(diào)節(jié)過程“快”。本系統(tǒng)采用了比例和積分調(diào)節(jié)共同作用，很好的控制了放散量?？刂瞥绦虻木帉懭鐖D5：

圖5 PID程序控制圖

      5.放散點(diǎn)火控制系統(tǒng)

      煤氣放散點(diǎn)火控制系統(tǒng)分為就地和遠(yuǎn)傳兩種控制方法，控制點(diǎn)均在控制面板上，在就地控制方式下由人工控制，點(diǎn)火時(shí)：先開焦?fàn)t煤氣閥，再開氮?dú)忾y，再點(diǎn)點(diǎn)火按鈕（長(zhǎng)按20-30秒），有火指示燈亮起表示點(diǎn)火成功（每個(gè)放散管上部有三個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕迹?dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)器檢測(cè)到任意一個(gè)熱電偶測(cè)溫溫度大于70℃且升溫20秒，即輸出有火信號(hào)）；熄火時(shí)：先開氮?dú)忾y，再關(guān)焦?fàn)t煤氣閥，當(dāng)有火指示熄滅時(shí)表示滅火成功（三個(gè)熱電偶溫度均低于70℃或均連續(xù)降溫15秒），在遠(yuǎn)傳控制方式下，點(diǎn)擊程控點(diǎn)火按鈕由點(diǎn)火控制柜內(nèi)的PLC(S7200)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)以上點(diǎn)火過程，點(diǎn)火程控熄火按鈕，由PLC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)以上滅火過程。

      6.結(jié)束語(yǔ)
       2500 M³高爐區(qū)煤氣放散控制系統(tǒng)將高爐煤氣壓力、管網(wǎng)煤氣壓力、放散流量等參數(shù)顯示在顯示屏上，做到了對(duì)這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；用PID控制的方式將煤氣壓力與放散閥相連做到煤氣壓力的自動(dòng)控制并對(duì)壓力設(shè)有高限聲光報(bào)警；用煤氣放散流量控制放散點(diǎn)火系統(tǒng)的氮?dú)忾y，當(dāng)放散流量低于20000 M3時(shí)自動(dòng)打開氮?dú)忾y進(jìn)行放散管道吹掃，防止回火事故的發(fā)生。這套自控程序的運(yùn)行保證了煤氣管網(wǎng)壓力平穩(wěn)，減少了不必要的煤氣放散，保障了生產(chǎn)安全。 
      作者簡(jiǎn)介：王海琴 女， 1982年4月生，助理工程師，宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司
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