转炉煤气风机监控系统的设计.pdf

工业控制计算机} 2 0 0 8年 2 1 卷第 4期 转炉煤气风机监控系统的设计 Ap pl i c a t i o n o f P L C i n Mo n i t o r i n g S y s t e m o f Bl o we r 郭 洁 吴 晓君 西安建筑科技大学机电学院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 摘 要 风机 是转炉煤 气净化回收 系统 中重要 的动 力中枢。 介绍 了以西 门子 S 7 2 0 0 P L C为核 心构建的转炉煤 气风机运行监控 系统 ， 并通过 P r o f i b u s总线为上位机 S 7 3 0 0提供风机 实时数据。系统运行证明 ， 该系统运行可靠 ， 满足 了转炉煤气风机 安 全运行的控制要 求。 关键词 P L C， 转 炉煤气风机 ， 触摸屏 ， P r o f i b u s D P通讯 Abs t r ac t Blo wer is t h e mo s t i mp or t an t po wer c en t r e in t h e pu r if ica t ion an d r ec o v er y s y s t em f or c on v e r t er ga s ． T his pa per i n t r odu c e s t h e mo nit or in g s y s t em o f t h e blo wer 。 t h a t is be ma de u p o f s 7 20 0 plc a nd HM1 ． a n d i t ca n t r an s mjt r ea l t j me da t a t o t h e ma s t er d ev i c e by t h e Pr ofi bu s DP n e t wor k ． h a vin g be en r a t if ied，t h i s s y s t em is r eliable ca n me e t t h e r equ i r emen t o f t h e c o n t r o1 ． K e y wo r d s P L C。 H M1 ．P r o f i b u s DP b lo w e r 转炉风机 是转炉煤气 回收系统的主要设备 ，也是转炉煤气 净化 回收系统 中重要的动力中枢。 因为转炉煤气 的毒性大 ， 所 以 风机的安全运行也是保证生产安全的一个重要因素。某金属铸 造制 品有 限公司投运 的 2号 、 3号转 炉煤气风机 在整个炼 钢过 程中始终高速运行 ， 消耗 电能较大 。为降低成本 ， 该公司在实现 风机 故障时间 、 动平衡实验次数双减 的基础上 ， 摸索风机节能降 耗 、 稳定运行 的有效途径。通过不断监测和技术改进 ， 对该厂 2 号、 3号转炉风 机进行 了变速实验 ， 采用可靠性较高的 P L C和触 摸屏组成的系统对风机进行监控 ， 满足了系统对可靠性 、 稳 定性 和实时性的要求 ， 并取得成功。目前， 两座转炉风机 能够在加料 、 兑铁 、 吹炼 、 出钢等不 同时段 分别 按照设定 的速 度进行运转 ， 同 时 稳 定 受 控 。 该系 统风 机 采用 由陕 西低 速 鼓风 机 厂 生产 的 A 7 6 0 一 O ． 9 3 ／ 0 ．6 4转炉煤气风 机 ， 该风机 属于 A I I 系列离 心鼓 风机 。风 机的 自动控制系统采用 P L C技术 ， 主要 功能是要根据操作人员 在 H MI 上 的操作指令 、 数据设定和现场个检测器 的信 号完成风 机在整个煤气 回收工艺过程中的相关动作 ，采集现场的时实数 据 显 整 理 并 送 到 触 摸 屏 上 显 示 完 成 故 障报 警 ，并 且 通 过 P r o f i b u s D P通讯为上位机传送时实数据以实现整个煤气 回收 过程 的连锁控制。 1 工艺介绍 转炉煤气风 机系统 由风机 、 电机 、 润滑油 系统等组成 ， 转炉 煤气 回收系统由旁通阀 、 三通阀 、 水封逆止 阀 、 煤气放 散点火 系 统 、 总测量系统等组成。 整个回收系统 的生产工艺流程为 转炉吹炼生产过程 开始 后 ， 风 机由低速变为高速运转 ， 氧枪下 降开始吹 氧 ， 分 析仪投入 运行 ， 经过一段时间后 ， 烟罩降下。 经过短暂延时后 ， 炉 口微差压 开始 自动调节。当 回收煤 气的条件满足后 ，水封逆止阀 自动打 开 ， 三通切换阀则由放散侧转换至 回收侧开始回收煤气 。 停止吹 炼 前烟罩首先被生起 ， 炉 口微差压调节 系统停止调节 ， 二文喉 口 R D阀置于固定位置 。 在吹炼结束时 ， 风机降为低速运转 ， 二文喉 口捅针开始动作 ， 动作数次后 ， 一次 回收过程结束。若 回收煤气 过 程中条件不满足 ，三通切换 阀将 自动 由回收状态切换至放散 位 ， 水封逆止阀也 自动关闭。 风机是转炉煤气净化回收系统中的重要的动力 中枢。 因为转 炉煤气的毒性大 ， 所 以保证风机 的安全运行是保证生产安全 的一 个重要因素。采用可靠性较高的 P L C和触摸屏组成的系统对风 机进行监控 ， 满足了系统对可靠性 、 稳定性和实时性的要求。 2 系 统 介 绍 对风机 的控 制要求为 转炉不炼钢时 ， 风 机低速运行 ， 转 速 为 5 0 0 r ／ min ；转 炉开始 炼钢 ，在前烧 期 ，风 机高速运 行约为 2 4 0 0 r ／ mi n ； 回收期 、 后 烧期 ， 活动烟罩下降 ， 风机 由高速降为 中 速 1 5 0 0 r ／ mi n 。一炉钢的冶炼周期为 3 5 - 4 0 mi n ， 其 中煤气 回收 时间在 1 O mi n左右。 整个 AI I 1 7 6 0 0 ． 9 3 ／ 0 ．6 4转炉 煤气风 机系统 由润 滑站 、 变 频电机 、风机 和监控系统四部分组成 。风机 的监控 系统 由 P L C 和触 摸屏组成 ， 要完成对风 机转速控制 、 煤气 回收各 阀门控制 、 仪表参数的采集处理和润滑站的监视和控制 ，并为上位机提供 现场数据 ， 见 图 1 。 图 1 风 机 监 控 系统 P L C要采集 电机的 3个定子温度和 2个支撑轴承的温度 、 风 机的 2个支撑轴承 的温度和 1 个止推轴承的温度 、 风机的 2个轴 振动度。以上各个模拟量的值均设置上限和上上限当某一量值超 过设定的上限值时系统产生声光报警信号提醒操作人员进行设 备运行情况 的检查 ， 当量值超过所设定的上上限时系统产生连锁 停机信号停止风机的运转并产生声光报警信号提示设备故障点 以方便对设备的检修 。整个 系统轴承部分配有润滑冷却设 备， 要 求控制系统可以控制油泵的启停 。油箱配置有油位和温度检测 仪表 ， 润滑油 温度低时报警并启动 电加热 系统对油箱进行加热 。 油路上配置有两个 电接 点压力表 ，在油压低于设定的低限时启 动备用油泵 ， 在油压高 于设定 的高限时停止使用 备用泵 。 触摸屏是控制系统的显示和操作终端 ， 可 以对系统的运行情 况进行直接 的监视 ， 可 以对系统 中产生的报警进行光标指示并显 示温度、 压力和轴振动 的值。并且可以对声响报警进行消音处理。 整 个 控 制 系 统 与 上 位 机 有信 息 交 换 ，下 位 P L C 通 过 维普资讯 转炉煤气风机监控系统 的设计 P r o f i b u s D P通讯 为上位机提供整 个煤气 回收控制系统所要求 的风机的时实信息。 3硬 件 配 置 对于整个风机设 备的运行 安全性来 说 ，最重 要的设 备运行 参数是轴承温度和轴振。根据工艺要求 ， 选取 r 6 3 0 5 A型振动 烈度 监控仪作为风机轴振 的测 量仪表 ，该仪 表通 过电磁式 速度 传感器 ， 可对汽轮机 、 风机等旋转机械振动 烈度 进行连续 检测 。 振动烈度单位 为 mm／ s ，以烈度作 为振 动程度 的表示 比用 振动 双幅值更 能说 明振动能量的大小 ，也就是更能说明振动破坏能 力的强弱 ， 所 以， 选 取振动烈度仪表作 为风机轴振 的监 控设备 。 整个控制系统 由模拟量的采集处理 、逻辑运算和通讯三个任务 块组成。选用 CP U2 2 6 作 为中央控制单 元 ，它本 身集 成 了 I／ o模块满足了现场对逻辑控制点数 的要求 。选用 E M2 3 1 R T D 模块对现场的温度信号进行采集 为提高精度 ，采用 3线制接 法 ，现场的压力及振 动信 号经变送器转变 为标 准 4 2 0 m A信 号后送入 E M2 3 1模块 。选用 E M2 7 7模块并通过 P r o f i b u s DP 通讯 电缆与上位机相连 ， 实现 S 7 2 0 0与上位 机的通讯 。 选取 深 圳人机 电子的 e V i e w触摸 屏作 为显示终 端并通 过 R S一 4 8 5线 与 P L C相连 ， 实现 P L C与触摸屏之 间的数据通 讯 ， 见图 2 。 图 2硬 件 配 置 4软件设计 整个控制过程 可以分为油站的控制 和风机 的控制两部 分 ， 见 图 3。 P L C程序使用 S t e p Mi c r o ／ Wi n软件编写。 P L C与上位机之间采用 P r o f i b u s DP通信方式。 P r o f i b u s D P 是由欧洲标准 E N 5 0 1 7 0定义的一种远程 I ／ O 通讯协议 。 在 P L C存储 区中建立与上位通 讯的“ 输入缓 冲区” ， 将上 位 机所需要 的数据顺序放 入输入缓 冲区 ， 并 通过设定 E M2 7 7上的 图 3软件流程图 地址拨码设定从 站的站地址 。通过 上位 机对 D P站 的组态设 置 就可 以读取到设定好的从站输入缓冲区中的数据 ，从 而实现了 下位与上位之间的通讯。 5控制 系统的监控 在整个 系统 中采 用 e V i e w 触摸屏作为监控 的显 示终端 ， 实 现系统参数 的显示和系统动作的操作 。 使 用 E a s y b u i I d e r 5 0 0组 态软件对触摸屏进行编程 ， 使 用 R S 一 4 8 5通讯电缆连接 P L C与 触摸屏 。在对触摸屏进行编程时选用相应的 P L C驱动后就可 以 实现 P L C与触摸屏之 间的通讯 。 6结 束 语 使 用该 系统 的汇溪金属铸造制品有限公司的 2 样 、 3 样风机现 在 已经投入使用 ， 并且性 能 良好。 满 足了转炉煤气风机安全 可靠 运 行 的 控 制 要 求 。 参考文献 [ 1 ] 苏 昆哲 深入浅 出西 门子 S 7 3 0 0[ M] ． 北京 北京航空航天大学 出版 社 ， 2 0 0 4 [ 2 ] K e n n e t h e ． K e n d a l l ， J u l i e E Ke n d a l1 ． 系统分析与设计[ M] ．5版．北京 清华大学出版社， 2 0 0 4 [ 3 ] 西门子北京 自动化培训中心． S i MA T l C S 7 S y s t e m[ M] ．S e r v ic e P r o - g r a mmi n g C o u r s e， 1 9 9 7 [ 收稿 目期 2 0 0 7 ． 1 7 ] 、 、 、 、 、 、 、 、 、0 、 、 、 0 ‘ 、 、 、 、 、 、 上接第 3 4页 图 7串行 口中断程序流 程图 2 程序设计 符合 H A R T协议 的通信工作都在串行口中断服务程序 中完 成 。实 际编程 中， 通过单片机 内置 的 S CI 与 A 5 1 9 1 H R T进行异 步 串行通信实现 ，在 S CI 接收和发送中断处理程 序中依次接收 和发送信息帧中的每个字节， 程序流程图见 图 7 。 5结 束 语 目前本设备 已应用于学校 检测技术与智能仪表 、 现场总 线技术 及其应用 、 自动化仪表与 D C S 等课 程的教学实验 中， 效果 比较理想 ， 达 到了改善实验教学和提高教学质量 的目的。 参考文献 [ 1 ] 李 振键 ， 等 开展 自制 改 制 教 学仪 器设备 ， 提 高实 验室综 合效 益 [ J] 实验技术与管理 ， 1 9 9 9， 1 6 3 1 1 3 1 1 5 [ 2] H CF ．Ha r t f ie l d c o mmu n ic a t i o n s p r o t o c o l a t e c h n i c a l o v e r v ie w． 1 9 9 4， 2 0 2 [ 3 ] HCF _ S P E C- 5 4 F S K P h y s i c a l L a y e r S p e c if ic a t i o n ． H AR T C o m- mun ica t ion F ou n da t ion， 1 99 9 [ 4] 施庆隆 P i C1 6 F 8 7 X单 片机原理 与专题应用 [ M] ． 北京 电子工业 出 版社 ， 2 0 0 3 [ 收稿 日期 2 0 O 7 ． 1 1 ． 1 3 ] 维普资讯