基于s7-400的喷煤自动控制系统的探讨.pdf

工 程 技术 S C 『E N C E ＆T E C H N 0 L O G Y 。 匪圆 基于 s 7 - 4 0 0的喷煤 自动控制系统的探讨 杨 志 锋 河北涉县崇利制钢有限公司风机车间 河北涉县0 5 6 4 0 4 摘要 喷煤 自动控 朝系统是典 型的连续过程 控制 系统， 选 用P L c 控 制能保证 高炉喷煤过程 连续 、 稳 定 ， 可 靠性 地进 行 ， 基于此 。 本文选 用 西门子公 司的s 7 4 0 0 控 制器 ， 设 计 与实现 了一个 基 -P L C 的喷煤 自动控制 系统 。 关键 词 喷煤 系统P L C 自动化控 制 中图 分 类号 T U7 文 献标 识 码 A 文 章编 号 1 6 7 2 3 7 9 1 2 0 1 0 0 8 c 一0 0 5 3 0 1 喷煤 系统是组成钢铁 厂炼铁生 产工艺 流程的极为 重要的环节 ， 是 高炉冶炼过程 中以煤代焦 、 节约能源成本 和焦碳资源的 重要措施 。 高炉对其生产过程的连续性 、 稳 定 、 可 靠 性 要 求 极 高 ， 这 就 要 求 喷 煤 的 工作 过程要具有较高的 自动控 制能力。 1 喷煤系统组成 通常 ， 喷煤 系统 主要是 由原煤 储运 系 统、 制扮系统、 煤粉输送系统 、 喷吹系统、 供 气系统等子系统组成 。 1 原煤 储运 系统 。 该系统包括综合煤 场、 煤 棚、 储运 方式 等 ， 为了能除去原 煤中的杂物 和控制原煤 粒 度 ， 在原煤储运过 程 中设 置筛 分破碎装 置 和 除 铁 器 。 2 制粉系统 由制粉设备将原 煤加工 成粒度和含水量均符合高炉 喷吹需要的煤 粉 ， 并放入煤粉仓为煤粉 的喷 吹。 3 煤粉输送 。 煤 粉 的输 送 一 般 有 两 种 方 式 采 用 煤 粉罐装 专用卡车和 采用管道气 力输 送 ； 而 管 道气力输送 由于连 续性 好 、 能 力大 且密 封性好 ， 应用广泛 ， 本系统采用煤粉气 力输 送方式 。 4 煤粉喷 吹 煤粉 由煤粉仓装入 高压 喷吹罐后， 对压 力罐充以高压氮气， 而后进 入送粉管道， 混合高压氮气后 ， 将煤粉经管 道和喷枪喷 入高炉风 口。 5 供 气 系统 。 供 气 系 统 主 要 是 高 低 压 氮 气 和 氧 气 ， 主要用于维持系统 的正常喷吹运行和安全 稳定运行 ， 如烟煤制粉和喷 吹时可采 用氮 气惰化、 灭火等 ， 而氧气则用于富氧鼓风或 氧煤喷吹 。 2 系统硬件 系统主要 由 7 - 4 0 0 中央控制 器、 数字 量输入、 数字量输出块 、 模拟量输入及模拟 量输 出等模块组成 。 2． 1 S 7 -4 0 0中央 控制器 本 自控系统的每个s 7 4 0 0 中央控制器 主要 由如下几部分组成 。 1 RACE 一 机架 6 E S 7 4 0 0 1 TA 0 0 - 0 A A0 UR1 基板 ， 用于 中央控制器和扩展 单元 ， l 8 槽 l 2 P S -电源 P S 4 0 7 入 1 2 0 ／ 2 3 0 V AC， 出 5 VDC ／2 4 VDC， 4 A I 3 C P U一 中央处理器 C P U 4 1 2 - 1 ， MP I 接 口， 4 8 KB RAM I 4 8 M B Y T E F L A S H E P R 0 M一存 储卡 6 E S 7 - 9 5 2 -1 K P O O 一 0 AA 0 ； 5 1 M B Y T E R AM一 存储卡 6 E S 7 ～ 9 5 2 0 A K0 0 0 A A0 { 6 C P 4 4 1 通讯处理器模块 6 E S 7 4 4 1 1 AAO O -O AEO CP 4 4 1 1 通讯 处 理 器 ， 1 个 可 变RS2 3 2 ／C或 2 O MATTY或 R4 2 2／ 48 5。 2 ． 2数字量输入模块 选用S M4 2 1 一数字量输入模块 6 E S 7 4 2 1 7 D Ho 0 0 AA O ， 其为1 6 路数字量采集 一 线通模块 ， 模块采 用RS 4 8 5 通讯接 口， 支 持M0 D B US R TU 和 自由口通讯协议 ， 可以 连接P L C、 DC S 以及国内外各种组态软件 ， 能够采集P L c外部现 场送 来的数字信号。 2 ． 3数字量输出模块 选用S M4 2 2 -开关量输 出模块 6 E S 7 4 2 2 -1 HH0 0 - 0 A A0 ， 其为1 6 路数字量输出 一 线通模块 ， 对P L C 的输出的2 4 V DC 数字信 号也用继 电器进行 了隔离， 模块采用RS 4 8 5 通讯接 口， 支持MO D B US - RTU 和 自由口通 讯协议 ， 可以连接P L C、 DC S 以及 国内外各 种 组 态 软 件 。 2。 4模拟量输入模块 系统 选 用s M4 3 1 一模 拟 量输 入 模 块 6 E S 7 - 4 3 l 一 7 QH 0 0 0 A B 0 ， 其为l 6 路模拟 量采集 一线通模块 ， 可 采集 电压 、 电流 、 毫 伏 、 各种类型热 电阻温度 、 各种类型热 电偶 温度 ， 通道类型随意组合 。 模块采用R S 4 8 5 通讯接 口， 支持MO DB U S RT U和 自由口通 讯协议 ， 可以连接P L C、 D CS 以及国内外各 种 组 态 软 件 。 2． 5模拟输出模块 系 统 选 用 SM 4 3 l 一模 拟 量 输 出 模 块 6 E S 7 - 4 3 2 一l HF 0 0 一 O A B O ， 其是8 通道8 位 4 mA～2 0 mA输 出一 线 通 模块 ， 用 于各 类 执 行机构的开度控制。 模块采用RS 4 8 5 通讯接 口 ， 支持 M0DBUS RTU和 自 由 口通 讯 协 议 ， 可以连接P Lc、 D CS 以及国内外各种组 态 软 件 。 3 系统软件设计 系统 采 用 主流 PC机作 为 编 程 器 ， 需要 安装西 门子 系列编程软 件包 ， 上位监控 软 件采用Wi n CC V6 ． 0 ， P L C 控制程序使用 S I E ME N S S E TP 7 软件根据分块管理、 结构 化 编 程 的 原 则进 行 编 写 。 3 ． 1上位监控软件 S I MAT I C wi n c C 是第一个使用最新的 3 2 位技术的过程监 视系统 ， 是世界上第一 个集成的人机界面 HM1 软件系统， 具有良 好的开放性 和灵活性 ， 用来处理生产和过 程 自动化， 系统采用Wi n CC V 6 ． 0 ， 它含有 强大的 图形 工具 集 ， 可进行 方便 的画面设 计 、 报警显示 、 历史数据存储 、 数据趋势显 示 、 报表处理等 。 3 ． 2 P L C 编程软件 系统采 用s t e p 7 v5 ． 3 软件包 编程 ， s t e p 7 v 5 ． 4 是一种基于Mi c r o s o f t Wi n d o ws 环境的 编程工具 ， 提供包括F B D、 L AD 、 S T L 等多种 编程语 言的单 一开发环境 ， 用于 生成控制 系统 程序 。 s t e p 7 v 5 ． 4 具 有 强大的 流程 图编 程方式 ， 特 别适合于程序 的编制、 调试和诊 断， 图形功能块可任意移动 ， 集成过程监视 和信号模拟功能 。 3 ． 3系统软件结构 1 模 拟 量 采 集 完 成 整 个 系 统 的 模 拟 量信号 的采集 与工程单位转换 ， 比如所有 流量、 压力、 温度等 。 2 喷吹系统控制 完成 了喷 吹的 自动 倒罐逻辑 、 喷射 流量的控制、 主输送气体调 节阀的控制 、 变频 器的控制及原顶 阀控制 与主输送 气体切断阀的控制。 3 烟气系统控制 完成烟气 系统 的所 有 阀门的逻辑控制功能 。 4 制粉系统控制 实现制粉 系统 主要 设备如布袋除尘器、 主排粉风机 、 中速磨等 的逻辑启停等功能， 磨制合格 的煤粉 ， 适应 锅 炉负荷变化的要 求 ， 维持粉仓 内粉位在 一 定范 围内 ， 保证制粉系统相关设备安全、 经济正常运行 。 5 贮运系统逻辑控制 它主要控制贮运 系统的除铁器、 分离器、 除尘器、 称重给料机、 五条上料皮带等设备的逻辑控制功能。 6 P I D 回路控制 P I D 控制器是根据P I D 控制原理对整个控制系统进行偏差调节 ， 从 而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值 一 致， 主要完成烟气炉炉膛压力调节、 喷煤量 调节、 氮气压力调节等P I D回路调节功能 。 4 结语 系统调试 及投运后 ， 采集大 量的现场 实验数据 ， 证实了本系统设 计达到 了对高 炉 喷煤 的 自动控 制 、 监 测 、 安全连 锁的 目 的 ， 提高 了控制 精度、 喷煤效率 ， 同时 又节 约 了能源 ， 提高 了经济效益。 参考文献 【 l 】陈忠平 ． 西门子 7 - 3 0 0 ／ 4 0 0 系 q P L C自 学手册【 M】 ． 人民邮电出版社， 2 0 1 0 ， 0 1 ． [ 2 】廖常初． 7 - 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C 应用技术【 M】 ． 机械工业 出版社 ， 2 0 0 8 ， 6 ． 【 3 】金艳娟 ． 高炉喷煤技术[ M】 ． 冶金工业出 版 社 ， 2 0 0 5 ， 3． 科技资讯 S C IE N C E ＆ T E C H N O L O G Y I N F O R MA T I O N 5 3