時間:2009-07-13 15:29:16來源:yangliu
圖1 高爐自動化控制系統硬件和網絡配置圖[/align]
定時打印或即時打印生產班報表、生產日報表、生產月報表。定時打印的時間間隔可修改,即交接班時間可通過操作設定。
面向目標的操作方式,友善的人機操作界面。對某臺設備的操作,只需把光標移到相應的目標(如電機、閥門)的圖形位置上就可完成操作。如目標能被選中,則允許操作,否則操作無效。
系統時間、模擬量報警上下限的設置和修正。
較強的系統自診斷功能,包括PLC模塊出錯顯示,在線查看開關量和模擬量條件表。
操作記錄、開關量報警列表、模擬量報警列表的自動記錄和顯示打印。
為加強系統的可靠性,對系統的某些重要操作設置密碼,以防無關人員隨意進入操作。
5.PLC控制功能
、 爐頂系統
爐頂布料程序控制和爐頂設備順序控制;
料流調節閥開度控制;
溜槽傾動和旋轉控制;
料線測量和探尺控制;
爐頂均排壓控制;
爐頂溫度監測和壓力控制。
⑵ 槽下系統
焦炭、礦石的備料系統;
原料的稱量補償和水分控制;
高爐裝料程序控制。
、 高爐本體
爐體各點的溫度、壓力、流量檢測;
爐喉溫度和煤氣成分數據處理;
熱風溫度調節;
爐體冷卻水壓力、流量測量;
風口平臺出鐵場蒸氣、壓縮空氣、O2的流量及壓力測量;
爐體參數監控和報警;
爐體系統數據處理。
、 熱風爐系統
熱風爐燃燒調節閥遙控操作;
煤氣總管壓力自動調節;
熱風爐拱頂溫度記錄;
熱風爐出口溫度記錄;
熱風爐燃燒室溫度記錄;
熱風爐廢氣溫度記錄;
熱風爐總管壓力記錄;
冷風總管壓力、流量記錄;
冷風總管溫度指示;
凈煤氣總管溫度、壓力指示;
凈煤氣總管流量、溫度指示;
助燃空氣總管壓力、溫度指示;
助燃空氣,總管流量記錄;
冷卻水壓力指示;
冷卻水流量指示、累計;
冷風均壓信號;
廢氣排壓信號;
生產聯絡信號。
⑸ 布袋除塵系統
荒煤氣總管溫度指示、記錄、報警、連鎖;
荒煤氣總管壓力指示;
荒煤氣總管壓差指示、應答、連鎖;
凈煤氣溫度指示;
凈煤氣流量指示、累計;
凈煤氣含塵量檢測、報警。
⑹ 其它系統
除塵系統的煤氣溫度、壓力測量;
沖渣水壓力、流量采集。
三、系統啟動和運行
接通系統總電源后,先開啟PLC系統和網絡系統電源,待進入正常運行狀態后,再打開操作站彩色顯示器和工控機電源,系統引導后直接進入主菜單。主菜單有四個選項:
運行操作──進入系統概貌圖,根據系統概貌圖中的功能按鈕,進入各項相應操作。
歷史曲線──顯示并打印已記錄在硬盤中的模擬量數據。
報表打印──查看及打印生產班報表、生產日報表、生產月報表。
系統維護──進入與系統設置和維護有關的各項操作。
1. 系統畫面
為了使畫面整齊、美觀,各系統監控畫面分別由一幅系統主工藝畫面和若干幅分畫面組成,系統主工藝上只顯示重要的目標和數據。如要了解更詳細的情況可切換到分畫面上,就能看到進入PLC系統的所有測點目標和數據的動態實時顯示,全部使用漢字提示。按主菜單運行操作按鈕后進入系統主工藝畫面。
在主畫面的底部有一個按鈕式的子菜單,將包括:爐頂及卷揚、高爐本體、熱風爐、布袋除塵、和轉運站、系統組操作、報警列表、實時數據顯示、參數一覽表按鈕。按前面幾個按鈕,可以進行畫面之間的切換。后面四個按鈕,用于選擇其它功能操作。
在各監控畫面上,用不同的圖形表示電機和閥門等設備;在組操作中,用漢字設備名稱指示框表示之。以不同的顏色來表示電機是否備妥、正常運行,報警和報警已被確認。從運行的目標是否帶有邊框可以區分出,該設備是在集中方式下或是在現場機旁啟動的。
2. 運行操作
系統正常運行時以組操作為主。按下組操作按鈕,就能彈出一個標注設備名稱的流程框圖構成的組操作畫面,根據開車順序分別起動各組電機。在組操作區中有組開、組關、暫停、退出四個按鈕供操作選擇。各按鈕前的指示燈綠色表示正在執行該操作,將光標直接對準組內電機,也可進行組內單步連鎖操作。
[align=center]
圖2 高爐立面設計示例[/align]
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圖3 高爐爐頂上料示例[/align]
在進入系統單步調試狀態后,除了在組操作畫面上操作外,也能直接在各個子畫面上,面向目標進行單步調試操作,如選中時目標為黃色,進行開機操作;如目標為綠色,則進行關機操作。
對高爐生產中的幾個關鍵過程,在相關的畫面中設計簡潔而醒目的動態顯示。如在高爐上料環節中,我們充分利用安裝在減速機輸出軸的絕對位置編碼器信號,在分畫面中動態顯示料車位置。在高爐布料過程中,我們將根據布料和探尺相關設備的返回信號,動態模擬顯示高爐料層的實時位置。同時通過Modbus總線將變頻器和PLC連接起來,實時監控變頻器的運行狀態。如此直觀的畫面,再配合以工藝參數的監測和報警狀態顯示,操作人員就能夠對高爐的主要實時運行工況一目了然,對提高系統安全性和可靠性提供了扎實的保證,并且在便于工人的操作方面也都是十分有益的。
3.過程控制
從實用的角度出發,本系統的模擬量輸出主要用于閥門的調節和閥位控制。并按工藝要求設置必要的單回路PID自動調節回路,必須是到目前為止公認比較成熟和可靠的。高爐各系統生產過程檢測與控制項目如下:
⑴ 礦槽料位
每個礦槽上裝一臺料位計。礦槽料位信號作為上料控制用。在礦槽三樓控制室設有監視儀表盤,同時礦槽料位信號也遞至高爐主控樓計算機。
、 槽下稱量
槽下每個稱量斗設一臺電子秤,其信號送至高爐主控樓計算機,對稱量結果進行補償。
、 高爐本體、無料鐘爐頂及粗煤氣系統
高爐本體檢測項目主要有:爐基、爐底、爐身、爐喉、爐頂溫度、風渣口小套出水溫度和冷、熱風溫度;爐底、爐喉鋼磚冷卻水流量、壓力,爐體冷卻工業水流量、壓力,風渣口小套高壓水流量、壓力,沖渣水流量、壓力,壓縮空氣、氮氣、蒸汽流量、壓力;高爐全壓差及爐靜壓、爐身透氣性測量。
爐頂料罐內壓力、溫度檢測。料罐料空信號料位計測量;高爐料線測量,爐頂氣密箱溫度、氣密箱冷卻水溫度、流量測量。
粗煤氣系統有除塵器上部煤氣壓力、溫度測量;除塵器下部錐體溫度測量。
爐頂煤氣壓力自動調節;熱風溫度自動調節;爐頂氮封用氮氣壓力自動調節等。
⑷ 熱風爐
熱風爐系統拱頂溫度、煤氣溫度和含氧量,熱風爐煤氣量、助燃空氣量
,熱風爐冷風閥前后差壓及煙道閥前后差壓,其均壓信號可送電氣聯鎖;冷風總管壓力、溫度、流量;煤氣總管溫度、壓力、流量。空氣預熱器前后煙氣溫度,壓力及空氣溫度。前置預熱器前后煙氣溫度、壓力,煤氣溫度、壓力,空氣溫度、壓力。冷卻水溫度、壓力、流量和出水溫度。
燃燒過程可根據拱頂溫度控制煤氣調節閥,助燃空氣與煤氣采用配比調節。助燃空氣總管壓力自動調節等。
、 布袋除塵系統
布袋除塵系統每個箱體的出口支管,裝有煤氣流量測量:布袋除塵器下部錐體及中間灰斗設有料位檢測。
除塵器人口總管設有煤氣壓力、溫度測量;凈煤氣總管設有煤氣壓力、溫度、流量和含塵量測量。
⑹ 礦槽除塵和出鐵場除塵
礦槽和出鐵場除塵器前溫度檢測。除塵器進出口差壓測量;叶犯叩土衔贿B鎖及報警。除塵風機運行參數和報警等。
以高爐布料為例:高爐冶煉過程是連續的,爐內有壓力且產生大量煤氣,整個過程是和大氣隔絕的。在隔絕的狀況下如何源源不斷地把爐料加到爐內,對保證高爐正常冶煉至關重要。
目前普遍使用的無料鐘爐頂如圖4所示。該成套設備為串罐式,用于高爐爐頂受料與給料及布料,布料工藝性能好,可實現多環或任意點布料。通常都采用料流調節閥加布料溜槽的控制方式,來確保礦石、焦炭在爐內的精確布料。工作過程簡述如下:
、 受料斗空,擋料閥關,上密封閥關。上料;
、 料罐空,料流調節閥關,滾筒停,下密封閥關。打開放散閥,料罐壓力降至大氣壓;
、 打開上密封
閥,打開擋料閥,由受料斗向料罐放料,放空后關閉擋料閥、關閉上密封閥;
⑷ 關閉放散閥,打開一次均壓閥,料罐充壓,關一次均壓,開二次均壓至料罐壓力與高爐壓力相等或略高,關二次均壓,開下密封閥。
、 料線到達設定值,開始布料過程:
a. 提料尺,溜槽運動到設定位置,開料流調節閥到設定的γ角并啟動給料滾筒,向高爐布料。
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圖4 下料閥調節工作示意[/align]
b. 料罐空,停滾筒,關閉料流調節閥,關閉下密封閥,放探尺。本次布料結束。再承接第⑵步,如此周而復始。
利用料流調節閥和布料溜槽控制布料原理如圖5和圖6所示:
[align=center]
圖5 下料閥調節工作示意圖6 布料溜槽工作示意圖[/align]
高爐爐料經過礦槽配料工藝后,先進入到爐頂上料斗和下料斗,在高爐接到布料指令后,其下料斗的料流調節閥首先要按工藝要求開啟到給定的開度(即γ角),爐料按一定的流量經布料滾筒后流到布料溜槽上,布料溜槽也按工藝要求升到一定的傾動角度(即α角),同時,布料溜槽還在水平面方向上進行著勻速旋轉(即β角)。這樣爐料就可以均勻的布到高爐的料面上了。
[align=center]
圖7 下料斗調節閥開度控制流程圖[/align]
從上述基本控制原理可以看出,只要控制好α、β、γ三個角度,就能把爐料按任意的形式布到爐內。高爐布料方式一般有環形布料、扇形布料、螺旋形布料和定點布料等幾種,最多使用的還是環形布料,即一批料以不同的傾動角度布到爐內,形成以高爐中心為圓心的數個圓環,使爐料均勻的布在爐內。如果在冶煉過程中出現爐內料面不均勻的情況,則可以利用扇形布料或定點布料來彌補;蛘郀t長根據爐況需要,為改善透氣性、保護爐壁使其溫度不致過熱等等原因,也需要采用扇形或定點布料的方法來改善爐內爐料的分布狀態。
在布料控制過程中下料斗調節閥開度(即γ角的控制)是至關重要的,只有精確控制好γ角,才能有效地控制好下料流量,進而更準確的控制好每批料布料的厚度、環數及布料的起點和終點。
由爐頂料流調節閥的實際開度返回值(采用自整角機或光電編碼器檢測轉換成實際角度),并接收爐頂控制系統發出的γ角開度大小和動作指令。經分析處理后轉換成4~20mA的電信號控制直流驅動裝置。為了使系統既有較快速響應特性,又能達到較理想的準確度,采用PID調節和邏輯控制相結合的方法。其程序流程如圖7所示。
PLC控制系統首先檢測γ角的給定值和實際返回值,并計算出它們的差值δ, 當δ值大于某個角度(比如2度)時,給定直流驅動裝置以較大的步長,使系統快速反應;當δ值小于某個角度、即γ角接近給定值時,系統自動進入PID調節控制狀態,即隨著δ值的減小,控制系統給定的調節幅度也按比例減小,直至為零。
PID調節的各項參數(比例、微分、積分系數,延時時間,偏移量等)必須反復調試才能達到最好效果,確保較高的控制精度。
高爐冷風閥自動調節和爐頂壓力自動調節,可根據用戶的需求酌情采用。
4. 開關量報警
電機在運行過程中備妥消失,或在啟動以后沒有及時得到運行應答信號,或在運行過程中有過電流,或出現綜合故障時,系統就會發出報警。一旦檢查到開關量報警,屏幕上相應的目標變成紅色閃動且有聲響。如報警目標不在當前畫面上,系統畫面切換按鈕上會顯示紅色閃動邊框,提示到該畫面中去尋找報警目標。對其進行操作即可確認此報警,確認后紅色不閃,聲響消失,目標的紅色一直要保持到報警狀態完全解除后才能消失。
在開關量報警列表中,計算機自動記錄報警的目標名稱,報警產生時間、確認時間、解除時間等,分別以不同的顏色來表示。
5. 模擬量報警
在系統主工藝畫面和各個分圖中可以動態實時顯示模擬量數值。此值在正常時以綠色顯示;超出設定上下限,且系統正處于正常運行狀態,就會出現模擬量報警,此時數值成紅色閃動和發出聲響,并在屏幕頂端出現報警窗口,提示模擬量名稱、報警的發生時間、越限值和確認按鈕。經確認后報警窗口消失。模擬量報警列表與開關量報警列表相同。
6. 實時趨勢
實時數據顯示包括實時曲線、棒形圖、電氣儀表圖三個子功能按鈕。按下某功能按鈕,可分別進入不同的圖形顯示。實時曲線窗口畫面分四個小顯示窗口,能同時顯示四條實時曲線。按下設置按鈕后屏幕上彈出一個選擇窗口,列出可供選擇的各個模擬量。
7. 歷史曲線
在系統主菜單中按歷史曲線按鈕,可進入歷史曲線和趨勢查詢和打印功能。屏幕上可以單幅顯示也可以用四個歷史曲線窗口
控制工程網版權所有
,分別顯示四幅不同的歷史曲線。在選擇顯示或打印之前,歷史曲線的日期、起始時間、時間間隔都能進行設定,并能實現曲線的左右移動。
8. 報表打印
在系統菜單選擇報表打印,就可進入報表打印功能。屏幕先顯示當前時刻的生產班報表,右下角有報表選擇按鈕。報表打印設有定時打印和即時打印兩種方式。在選擇打印功能后打印機自動通電。
9. 系統維護
選擇主菜單中的系統維
護,即彈出系統維護功能子菜單,對能改變系統運行狀況的維護功能,必須從鍵盤輸入密碼才能進入。各選項如下:
系統單步調試:用于設置系統成單步調試狀態。
系統操作記錄:記錄上位機的權限轉換、狀態變化及運行操作?稍敿氂涗洰敯嗳藛T的每一步操作,包括組操作、開停機,對報警的響應和調用的其它功能?煞瓌硬殚500個記錄,500個以前的操作均記錄在硬盤上,最多可記錄一個星期或更長的時間。
系統打印設置:用于設置系統的生產班報表、生產日報表、生產月報表的定時打印和即時打印。設置按鈕前有一指示燈,表示當前打印狀態。
系統健康圖:用于顯示下位機各模塊的運行狀況。當下位機某一模塊發生運行故障時,該圖中所對應的模塊就閃紅報警,直到故障排除為止。
開關量和模擬量控制條件表:分頁顯示系統開關量和模擬量控制條件表。表中詳細列出設備名稱、PLC接點位號、以及機柜內來去的端子號,儀表位號和量程,以及系統配電圖等。維修人員無須再去查閱圖紙,就能掌握現場信號的來龍去脈,一目了然,十分方便。模擬量控制條件表中的報警上下限參數,還可通過鍵盤修改。
班工作時間設置:可通過鍵盤或跟蹤球設置早、中、晚三班的起始時間,各個班按八小時間隔自動分配。
系統時間校正:可通過鍵盤或跟蹤球校正系統時鐘的時、分、秒。
系統密碼設置:用于設置系統的各級密碼。
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蘇州鋼鐵廠高爐集中控制系統控制柜
湖北興成礦業公司高爐自動化控制系統[/align]標簽:
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