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Siemens PLC在50T转炉自动控制系统中的应用

jhlu3  发表于 2009/7/14 23:34:17      1079 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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1 概述
  
  由莱钢集团自主设计、开发的50吨氧枪顶吹转炉系统于2002年10月正式投产。该系统由转炉本体、汽包汽化和煤气回收3部分组成,过程控制采用电 器控制、仪表控制和计算机自动控制三电一体化实现,提高了控制的安全性和可靠性。其中计算机自动控制系统由1台工程师站,2台操作员站,3台西门子S7- 400可编程控制器组成,通过Profibus现场总线实现数据传递。
  
  2 工艺过程
  
  
  转炉系统主要完成将铁水和废钢冶炼成钢水,同时将冶炼过程中产生的煤气和水蒸气进行回收再利用。转炉主体设备主要包括炉体、炉门、烟罩、倾动机构、氧枪升降机构、氧枪横移机构、称重装置、上料装置、冷却装置等组成,其中氧枪有两套,靠衡移小推车转换,实现互为备用。
  装 料时炉门打开,烟罩提升,装料完成后,炉门关闭,烟罩下移。冶炼过程中,氧枪下降,从炉体顶部向炉内吹氧,或加合金料以改善钢水成分。出钢时,氧枪上升, 倾动炉体,钢水由钢包车运至精炼炉精炼。炼钢过程中,氧枪和烟罩通过循环冷却水降温,产生的汽包蒸汽经加压后送用户使用;风机将烟罩内气体吸出,经煤气回 收后放散到大气。
  
  
  
  3 自动控制系统构成
  
  
  
  
  转炉自动控制系统采 用3台SIMATIC S7-400-414-2 PLC 主站分别完成实现转炉本体控制、汽包汽化和煤气回收及风机控制,其配置主要有主机架、扩展机架、电源、CPU、接口模块、通信模块,以及数字量和模拟量输 入/输出模块等。3台主站之间通过以太网完成数据通讯。汽包汽化和煤气回收PLC主站共下设2个ET200-M远程从站,通过工业现场总线 Profibus-DP完成主从通讯。1台工程师站用于完成系统的开发设计,2台操作员站完成整个生产过程监控。
  
  
  
  4 自动控制系统控制方式和功能
  
  
  
  
  整个转炉系统的自动控制由PLC控制程序完成,通过开放的Profibus-DP现场总线连接各个部件,构成分布式控制系统,实现顺序逻辑控制、联动联锁控制、以及信号传输、报警和数据采集等,同时设有人工紧急停车处理按钮。
  4.1 工程师站
  基于SIMATIC STEP7编程软件的工程师站,完成3台PLC主站系统的硬件组态、地址和站址的分配以及用户程序的设计开发和调试工作。程序设计采用模块化、结构化编程,应用OB、FC、FB块和相关数据块DB组成整个控制系统,并且在软件设计中采用了抗干扰措施。
  4.2 操作员站
  操 作员站作为整个系统的人机界面,采用通用工业PC,配置SIMATIC WinCC画面组态监控软件,通过以太网实现对现场设备的过程监控。WinCC能实现过程数据动态显示、参数设定、操作控制等功能,并具有过程信息归档、 报警信息顺序显示、报表打印等功能,具有很强的实时行。
  4.3 转炉本体PLC主站
  转炉本体PLC主站主要完成炉前的炉门动作和炉体的倾 动操作,炉后倾炉和出钢钢包车、出渣渣车操作,烟罩的升降操作和冷却水流量、压力联所控制,氧枪的升降操作和氧枪定位及冷却水流量压力联所控制,氧枪横移 换枪操作,上料称重和进料操作,并完成转炉水冷烟罩、水冷炉壁、水冷氧枪等水冷系统48个测温点温度变化的实施数据采集以及冷却水系统压力、流量等实时数 据采集监视和超限及事故报警。通过以太网实现PLC和操作站之间的实时数据传送,由人机界面完成生产过程监控。
  4.4 汽包汽化PLC主站
  汽 包汽化PLC主站设置有1台Profibus-DP远程控制从站ET200M。主站主要完成对冶炼过程中产生蒸汽的压力、流量、温度检测,控制加温水槽水 位,控制送出热水的流量、压力、温度等,并由操作站对过程信息进行实时监控。从站主要完成液压泵站主、辅液压泵的切换和运行控制,对高压液罐和气罐的液位 和压力控制,对空气压缩机的控制,对主液箱和回液箱的液位自动控制以及液压介质自动温度控制。
  4.5 煤气回收PLC主站
  煤气回收PLC 主站也设置有1台Profibus-DP远程控制从站ET200M。主站主要完成一纹水、二纹水的冷却控制,检测转炉煤气进出一纹水、二纹水前后的温度、 压力和流量,根据对一氧化碳和二氧化碳的检测含量,控制是否进行煤气回收。从站主要完成两台风机的主、辅切换和运行控制,检测风机轴温、轴振动和进出口压 力、流量、温度,通过联锁控制保障风机的正常运行。
  
  
  
  5 抗干扰功能的设计与实现
  由于电器设备的存在,尤其是高压变频器每次启动所产生的高频冲击,大电流运行时所产生的强电磁场,以及电网谐波等诸多干扰因素的存在,严重威胁控制系统的正常运行和通信网络的安全、稳定畅通,为此设计中根据各种干扰源的存在增机一下抗干扰功能:
  (1) 接地
  计算机、PLC和通信网络采用单独的专用接地处理。
  (2) 模拟量输入信号滤波
  对于电器设备的电压、电流及风机转速等重要模拟量输入信号在进PLC模拟量通道之前,先经过信号隔离器消除通道中的串模干扰,在保证有用信号不被衰减的情况下最大限度的衰减高频干扰,提高通道的信噪比。
  
  
  (3) 模拟量通道屏蔽
  模拟量信号的输入导线采用有屏蔽线的双绞线电缆,以降低辐射干扰和电磁耦合性干扰。
  (4) 模拟量通道隔离
  模拟量模块采用通道光电隔离模块,降低通道间共模干扰。
  (5) 数字量通道隔离
  数字量模块采用通道光电隔离模块,在信号进出PLC通道之前加设中间继电器对通道进行双重隔离,防止串入强干扰电压烧坏通道。
  (6) 通讯电缆设置
  工业以太网通讯缆和Profibus-DP电缆敷设时单独穿金属管,电缆走向避免与动力缆平行,尽可能远离转炉本体和大电流线路。
  (7) 电源隔离
  工作电源通过带屏蔽的隔离变压器给PLC主站和从站供电,使PLC和大功率的电器设备的电位隔离,避免供电线路干扰。
  (8) 程序设计抗干扰处理
  对于模拟量输入信号采用延时滤波技术,消除瞬时干扰。对于数字量输入信号采用锁存和指令对比技术,降低误信号。
  
  6 结束语
  系 统投运至今运行稳定可靠,抗干扰技术的合理化应用保证了PLC设备和通讯网络在恶劣环境中的安全畅行。Simens PLC程序故障诊断、在线监控和修改技术,方便了程序维护,开放的、标准的Profibus-DP现场总线增强了系统的扩展能力。整套系统自动化水平高、 操作间接方便、报警明了清晰、故障率低、维护量小,达到国内先进水平。
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