八钢高炉风机系统PLC设计简介.pdf

第 3 9卷第 5期 2 0 1 7年 1 0月 甘肃冶金 GANS U MET ALLURGY Vo I ． 39 No ． 5 0c t ． ． 2 0 1 7 文章编号 1 6 7 2 ． 4 4 6 1 2 0 1 7 0 5 0 0 1 4 0 3 八钢高炉风机 系统 P L C设计简 介 马 卫 宝钢集 团八钢公 司检修 中心 ， 新疆乌鲁木齐8 3 0 0 2 2 摘要 随着电气 自动化技术的发展 ， 基础 自动化与电气传动的结合技术得到了不断地完善和提高。因此基础 自 动化功能的实现是保证合格产品的必要条件。八钢高炉风机系统电气 自动化采用了 S I E M E N S公司的软、 硬件配 套系统， 对产品质量起到了至关重要的控制作用。 关键词 软件 ； 硬件 ； 系统 中图分类号 T F 3 2 5 文献标识码 A De s i g n o f Bl a s t Fu r n a c e Fa n PLC S y s t e m i n Ba y i I r o n ＆ S t e e l Pl a n t MA W e i X i n j i a n g B a y i I r o n S t e e l C o ． L t d ． ， Wu l u mu q i 8 3 0 0 2 2 ，C h i n a Ab s t r a c t W i t h t h e d e v e l o p me n t o f e l e c t r i c a l a u t o ma t i o n t e c h n o l o g y，c o mb i n e d wi t h t h e t e c h n o l o gy o f a u t o ma t i o n a n d e l e c t r i c a l d r i v e h a s b e e n c o n s t a n t l y i mp r o v i n g a n d i mp r o v i n g ． T h e r e f o r e ， t h e r e a l i z a t i o n o f t h e f u n c t i o n o f t h e b a s i c a u t o ma t i o n i s t he n e c e s s a r y c o nd i t i o n t o e ns ur e t h e q u a l i f i e d pr o d uc t s ．El e c t r i c a l a u t o ma t i o n f o r bl a s t f u r n a c e f a n s y s t e m i n Ba y i I r o n ＆ S t e e l P l a n t u s e S I EMEN S’ S s o f t w a r e a n d h a r d wa r e s y s t e m ，t o c o n t r o l t h e p r o d u c t q u a l i t y a c r u c i a l r o l e ． Ke y W or ds o f t wa r e；h a r d wa r e；s y s t e m 1 引言 随着八钢近几年快速的发展 ， 设备产能的提高。 对设备的稳定可靠的运行提 出了更高的要求 ， 高炉 鼓风机是给高炉供风的关键设备 ， 通过控制系统实 现生产系统设备的控制 、 数据的检测和对重要生产 工艺参数 的实时检测和调节 ， 系统设 1 个 S 7 3 0 0 主站 ， 多个 I ／ 0子站。P L C主 C P U站 、 I ／ O子 站通 过 p r o fi b u s 总线进行数据通讯 。基于 P L C控制 网络 的上位计算机监控系统， 可实时监视现场的各类数 据 ， 向上发送有关数据并接收有关指令 ， 向下发送控 制指令 2 工艺概况 1 风机系统是给高炉供风的主要设备 ． 鼓风机 抽风后提升压力后送人到热风炉系统 ， 给高炉供风 。 其主要控制有风机放风 口阀位开度大于 5 0 ％． 风机 吸风 口阀位开度小于 1 0 ％． 风机滑油进 口压力 1和 风机滑油进 口压力 2大于 0 ． 0 8 MP a ， 且风机蝶 阀关 到位时风机允许输 出启动风机。风机启动后对各类 温度 、 风压 、 震动 、 风量 、 电流等进行监控 ． 保证给高 炉提供合格的风压 ， 同时保证风机系统稳定运行 。 2 工艺流程。启动前的检查一各类外置油泵启 动一高压绝缘测试 的操作一盘车一油泵 自投试验试 合一启动设备一送风一停机联锁投入。 3 现场基础 自动化 的主控软 、 硬件 3 ． 1系统设计 开关量输入点 8个 上 隔离 闭合 、 油开关闭合 、 水电阻闭合 、 水 电阻切换闭合 、 加热器运行 、 电动油 泵运行 、 蝶阀开到位、 蝶阀关到位。 开关量输 出点 1 1 个 总报警输 出、 排风调节 阀 开 、 排风阀调节关 、 进风阀调节开 、 进风阀调节关 、 启 动准备好 、 电动蝶阀开 、 电动蝶阀关 、 电加热器启停 、 电动油泵启停 、 风机推力温度及油压低停机 。 模拟量输入点 4 5个 齿轮泵 出口压力 、 滑油进 口压力 1 、 滑油进 口压力 2 、 电动油泵出口压力 、 过滤 器前后压力 、 风机送风压力 1 、 风机送风压力 2 、 冷油 器冷却水压力 、 风机送风流量 、 油箱液位 、 风机东水 平震动 、 风机西水平振动 、 风机东垂直振动 、 风机西 第 5期 马卫 八钢高炉风机 系统P L C设计简介 1 5 垂直振动 、 电机东水平振动、 电机西水平振动、 电机 东垂直振动、 电机西垂直振动 、 电机 电流、 电机启 动 过程 、 放风阀反馈 、 吸风阀反馈 、 防喘阀反馈、 电机前 轴承温度、 电机后轴承温度、 电机定子温度 1 、 电机 定子温度 2 、 电机定子温度 3 、 电机定子温度 4 、 电机 定子温度 5 、 电机定子温度 6 、 耦合器支撑瓦温 1 、 耦 合器支撑瓦温 2 、 耦合器支撑瓦温 3 、 耦合器支撑瓦 温 4 、 风机推力瓦温 1 、 风机推力瓦温 2 、 风机后支撑 瓦温 3 、 增速箱滑油出口温度、 增速箱滑油进 口温 度 、 吸风 口温度 、 送风 口温度 、 电机风冷器进 口温度 、 电机风冷器 出口温度、 油箱温度。 模拟量输出点 1 个 防喘阀调节。 3 ． 2 主控软件介绍 本系统设 计主要选用 了 S I E M E N S公司的两种 软件 ， 分别用于基 础 自动化控制 P L C 、 人机接 口 H MI 。过程控制部分采 用 S T E P 7 V 5 ． 4版本 的软 件包 ， 人机接 口 HM I 部分采用了 WI N C C 6 ． 0上位 应用软件。 3 ． 2 ． 1 S T E P 7 V5 ． 4软件 S T E P 7是用于 S I MA T I C可编程序控制 器组态 和编程的标准软件包 ， 有硬件组态和控制程序部分。 硬件组态用于将 P L C主站与 1 ／ O站数字模拟量模 块的配置在 S T E P 7中直观的体现出来 ． 此项 目主站 与主站之 间、 主站与 H M1 人机接 口采用 了以太 网 E T H E R N E T网络连接方式 ， 子站采用 了 P R O F I B U S D P网络连接方式。 S T E P 7的功能 以一种简明的设计结构共享数 据存储 ； 可以用 S T L 、 L A D和 F B D语言来编写程序。 可以在两种语言 间进行切换 ； C P U的调整 ； 模 块地 址的调整 ； 模块诊断 的显示 ， 错误信息缓 冲器的读 取 ； 交叉参考和参考数据。 3 ． 2 ． 2 Wi n c e 6 ． 0人机接 口上位机 应 用软件 S I MA T I C Wi n C C支 持 “ Wi n d o w s控 制 中心 ” 。 Wi n C C是“ Wi n d o w s c o n t r o l c e n t e r ” 的缩写 6 ． 0是软 件的版本号 ， 是基于 Wi n d o w s X P的性 能卓越 的可 视化系统 。 Wi n C C具有 控制 自动化过 程 的强大 功 能 ． 是 基 于个人 计算 机 。 同时具 有极 高 性价 比的 S C A D A级的操作监视系统 。3 2位的系统支持多任 务所以可以快速的对事件和警告做 出响应。Wi n C C 可集成到任何 自动控制系统中。它通过共享的数据 库支持数据转换 的标准软件、 Wi n d o w s的其他应用 软件 、 和以后将推 出的 S I MA T I C组件。 此人 机 接 口采 用 由 S I E ME N S公 司 开 发 的 Wi n c e 6 ． 0版本软件 ， 主要实现 自动化系统的人机界 面功能， 包括 工艺表的输入 、 存储和修改， 电气设备 的一般操作及显示 ． 故障报警与记录等。 3 ． 3 主控硬件 本条生产线 ， 主控 电气设备均采用 了 S I E ME N S 公 司的产品， P L C主站采用 S 7 3 0 0系列产品。C P U 3 1 5 2 D P， C P 3 4 3以太 网卡 。人机接 口之间采用 以 太 网通讯 ， 主站与从站 E T 2 0 0 采用 P R O F I B U S D P 网络通讯方式 。 3 ． 3 ． 1 P L C 系统硬 件 组成 P L C主站控制 系统采用 S I E ME N S U R1 背板 P S 3 0 7 电源模块 S 7 3 0 0 3 1 5 2 D P C P U完成 工艺 控制 ， 采用 E T 2 0 0完成 现 场 1／O 信号 采 集 ． E T 2 0 0及 C P U之间用 P R O F I B U S总线连接。 S I E M E N S S 7 3 0 0系列产 品功 能强大 ． 配置灵 活 ， 有如下突出特点 。 1 高速 在程序执行方面 ． 极短的指令执行时间 使 S 7 3 0 0在激烈的竞争 中脱颖而 出。系统性能全 面， 运行速度快 ， 每 1 k二进制语句执行 时间在 0 ． 2 0 ． 0 8 m s 。具有各种等级的 C P U模块 ， 使每个 问题 能得到最佳解决 ， 包括通信 、 处理速度 、 诊断 、 多种计 算能力等。 2 坚固 即使在恶劣、 不稳定 的工业环境下 ， 全 封闭的模板依然可正常工作 ； 无风扇冷却降低 了安 装和运行费用。 3 功能完善 、 强大 允许 多 C P U配置 。 功能更 强 、 速度更 快。同时， 配有 品种齐全 的功能模板 ， 充 分满足用户各种类型的现场需求。 4 强通讯能力 分布式的内部总线允许在 C P U 与中央 1／O间进行非常快的通讯 ， 总线与输 输出 模板进行数据交换 。 所选 C P U装备 了 P r o f i B u s D P接 口． 保证了对 分布式 1／O进行快速数据交换。强大的通讯模板允 许点对点通讯 ． 并可用工业以太网进行通讯 。 3 ． 3 ． 2 HM1 人机 接 口硬件 组成 主操作人员通过 Wi n C C人机接 口系统 ， 与生产 线控制系统交换信息。显示画面采用汉字系统 。该 系统提供 了方便灵活的选择 、 设定和监控功能。硬 件采用研华工控机 。 具体的配置如下 内存 2 G b y t e s ； 硬盘 1 2 0 G b y t e s ； 操作系统 WI N D O WS X P 编程软件 Wi n C C 6 ． 0 ； 网络接 口 以太 网接 口； 显示器 1 9 ” 彩色液晶。 3 ． 4 工艺主控 画面设计 1 计算机画面有 电机系统 、 风机 系统 、 耦合器 系统 、 风压 系统、 油路系统 、 控制输 出系统 、 报警系 统、 历史记录趋势。 l 6 甘肃冶金 第 3 9卷 2 电机系统 各支撑瓦温度显示 ， 各进出油压显 示 ， 定子温度显示。 3 风机系统 各轴承 温度显示 ， 各进 出油压显 示 ， 送风温度显示 ， 送风压力显示。 4 耦合器系统 各支撑瓦温度显示 ， 各进出油压 显示 。 5 油路系统 泵进出油压显示 ， 油箱液位显示 ， 滤油器前后压力 ． 冷油器后双压力显示 。 6 控制输 出系统 进风阀控制和位置反馈 ， 排风 阀控制和位置反馈 ， 防喘阀控制和位置反馈。 7 报警系统 泵进 出油压报警 ， 油箱液位报警 ， 滤油器前后压力 ， 冷油器后双压力。各电机 、 风机 、 耦合器温度及油路温度报警 。 8 历史记录趋势 进风 阀控制和位置反馈 ， 排风 阀控制和位置反馈 ， 防喘阀控制和位置反馈。 4 S 7 3 0 0系统硬件选型 4 ． 1 C P U 中央处 理器 设计选用的 C P U 3 1 5 2 D P是一款带有 中／ 大 规模程 序量 和 P R O F I B U S D P 主／ 从 接 口的 C P U。 它除了可以组成集 中式 I ／ 0结构 ， 还可以组成分布 式 自动化结构。 4 ． 2 信 号 处理模 块 信号处理模 块主要分为 四类 开关 量输入 D I 、 开关量输出 D O、 模拟量输入 A I 、 模拟量输出 A O常 用 的开关量输入模块名称和性能。为了保证系统 的 可靠 ， 防止 2 2 0 V电压 串入到 C P U等其它模 块 中， 在选择开关量输入和输 出模块 时选用 2 4 v供 电的 模块。 4 ． 3通讯 处理 器 常用的通讯处 理器包 括 P R O F I B U S D P处理 器 、 P R O F I B U S F MS处理器 和工业 以太 网处 理器 ， 此系统采用工业 以太网进行通讯 ． 故选择工业以太 网处理器。 工业以太网处理器 C P 3 4 3 1 ， 其特点 1 用于连接 S I E ME N S S 7 3 0 0和工业以太 网接 口模块 。 2 1 0 ／ 1 0 0 M b i t ／ s 全双工 ， 自动切换。 3 接 口连接 R J 4 5 、 A U I 。 4 支持的通讯协议 I S O、 T C P ／ I P通讯协议 ； 和 S 7通讯 、 P G＼ O P通讯 。 5 主要用于和操作员站的连接。 4 ． 4电源模块的选择 电源模块 的选择 比较简单 ， 只需考虑输 出电流。 电源模块 的额定输 出电流必须大于 C P U模块 、 I ／ O 模块 、 专用模块等消耗 电流 的总和。此系统设计 开 关量输入点 8点 ， 开关量输出点 1 1 点 ． 模拟量输入 点 4 5点 ， 模拟量输 出点 1点 ， 通常根据 I ／ O点数是 根据被控对象的输入 、 输出信号的实际需要 ． 再加上 1 0 ％～1 5 ％的冗余来确定。 5 结语 生产控制中． 实现工艺要求的功能要通过精密的 自动化控制来完成， 总的看来高炉风机电气 自动化控 制系统从选型上充分考虑了电气资源的合理应用， 考 虑 了电气控制的稳定性 ， 达到了生产工艺 的要求。 参考文献 [ 1 ] 阳宪惠． 现场总线技术及其应用[ M] ． 北京 清华大学 出版社 ． 1 9 9 9 ． [ 2 ] 余雷声． 电气控制与 P L C应用[ M] ． 北京 机械工业出 版 社 ， 1 9 9 9 ． 收稿 日期 2 0 1 7 0 6 ． 1 0 作者简介 马卫 1 9 7 4 ． ， 男， 电气工程师 。 上接 第 1 3页 由于矿批增大煤气利用率显著提高 ， 由 2 6 13的 3 5 ． 9 ％提高到 4 6 ． 2 ％。 第三阶段 指标改善阶段。 1 0月 2 9日至 3 0日再次扩矿批 至 3 2 ． 5 t ． 上负 荷至 3 ． 6 1 ， 维持 风量 2 4 0 0 IT I ／ rai n左右 ， 同时高炉 开始配加 比例为 5 ％的块矿。全天煤 比按 1 3 0 k g ／ t 控制 ， 富氧S , h il 至 3 5 0 0 m ／ mi n ， 富氧率 1 ． 9 ％。 日产 量突破 3 0 0 0 t 。期间调整料制为 C ，8 7 6 5 4， 7⋯ 6 5 ， 炉况 基本稳定顺行 ， 至此炉况恢复结束 。 采用全焦 开炉。汉钢炼铁工作 者首次在 1 0 8 0 IT I 高炉采用全风全焦开炉 ， 总结认 为汉钢 1号高炉全 焦 开 炉 炉 料 选 择 合 理 ， 开 炉 时 点 火 风 量 比 0 ． 8 1 1T I 。 ／ m 比较合适。含铁料的填料位置和装料制 度选择得当， 保持中心和边缘两条煤气通路 ， 炉况恢 复进程较快 。 参考文献 [ 1 ] 刘云彩． 高炉开路的几个问题 [ J ] ． 炼铁， 2 0 1 4 ， 3 3 2 ’ 4 结语 收 稿日 期2 0 1 7 一o 6 ． 10 李 国安 、 刘云彩等炼铁专家曾鼓励高炉工作者 作者简介 曹仲勇 助工。