QuantumPLC在兴澄特钢1#烧结机自控系统中的应用.pdf

第 3 8卷第 6 期 2 0 1 0年 1 2月 现 代 冶 金 M o d e r n M e t a l l u r g y Vo1 ． 38 N o． 6 De c ． 201 0 Qu a n t u m P L C在 兴澄特钢 1 烧 结机 自控 系统 中的应用 谢 万 军 江 阴兴 澄特种钢铁有 限公司 ， 江苏 江阴 2 1 4 4 0 0 摘 要 根据 江阴兴澄特种钢铁 有限公 司1 烧结厂 厂区的现状 ， 采用Qu a n t u m 系列P L C控 制设备和1 0 0兆光纤环 网 实现 整 个 烧 结 区域 生产 设 备 的 控 制 、 监 控 及 管 理 。 ’ 关 键 词 烧 结 厂 ；Qu a n t u m P LC 控 制 系统 ；环 状 网络 中 图 分 类 号 TF3 2 5 ． 1 引 言 烧结矿作为高炉冶炼的主要原料， 其质量直接影 响高炉生 产和铁水 质量 。 根据 江阴兴 澄特种 钢铁有 限 公 司 以下简 称 “ 兴 澄特 钢 ” 1 烧 结 厂 厂 区 的现 状 ， 公 司采用 Qu a n t u m 系列P L C控制设 备和 1 0 0兆光纤 环 网实 现整 个 烧 结 区域 生 产 设备 的控 制 、 监 控 及 管 理 ， 自投运 以来 ， 设 备运行稳定 、 可靠 。 1 烧 结机 自控 系统建立条件 1 ． 1 工 况 条件 兴 澄 特 钢 1 烧 结 厂 是一 个 规 模 较 大 的生 产 车 间 ， 厂 区范 围 内受 控 设 备 的最 远 点 间距 约 1 k m， 距 离受 控 中心 的最远 点 近 0 ． 5 k m。 受控 设 备应 工 艺流 程 的需要 比较 分散 。 鉴 于诸 多条件 ， 控 制 系统必 须 根 据 工 艺要 求 分 区域 设 立 ， 再 设 立 个 网络 将 各 个 控 制 系统联 系 起来 ， 进行 集 中监控 。 1 ． 2工 艺要 求 所 有 P L C控制 系统 必 须统 一 于一 个 整体 ， 由网 络 要将 P L C设 备 全部 包括 在 一起 ， 集 中于一 个 中央 控制 室 ， 受 主控室 的工 控机 监控 与控 制 。 建立 的 网络 要求数据交换准确、 快捷、 性能稳定。 1 ． 3控 制 系统 的 选择 兴 澄特钢 1 烧结 厂 的 P I C控 制 系统 已确 定选 用 Qu a n t u m 系列 的控制 器 ， 按 照烧结 工 艺要 求将 烧 结 厂划 分为 四个 区域 配料 区 、 烧 结 区、 成 品 区、 机尾 区 ， 每个 区域 由一 台P L C控制 ， 每个 P I C控 制器 都 包 括多个 远 程站 。 不 同P I C控 制器 的受 控设 备之 间 有着 工艺 的 连锁控 制 。基 础控 制采 用 Qu a n t u m 1 4 0 系列 P I C， P L C主站 与分 站 之 间采用 远程 I ／ O 方 式 扩展 。各 P L C站 通 过 网络 通 讯模 块 、 交换 机 、 T C P ／ I P工 业 以太 网与工 程 师站 或 监 空站 进行 通讯 ， 传输 速 率 为1 0 0 Mb p s ， 传 输 介质 为屏 蔽双 绞线 和光纤 。 系 统具有强大的数字量、 模拟量及 回路处理功能 ， 具备 模块化、 体系结构可扩展的特点 ， 包括 C P U、 I ／ O模 块 、 I ／ O接 口、 通讯模块 、 电源和底版等。 监控系统采 用 I n t e l l u t i o n公 司 的 I f i x 3 ． 5监 控 软件 ， 实 现生 产 过 程 工艺 流程 及各 参数 的采集显 示 、 报警 、 回路 控制 画 面 、 历史 数据 存储 及趋 势 图 、 报 表 等监控 功能 。操 作 系统 为 W i n d o ws 2 0 0 0 ， 编 程软件 采用 C o n c e p t 2 ． 6 。 1 ． 4控 制 系统 的构成 自控 系统 实现 对 整个烧 结 机生产 设备 的连 锁 控 制、 实时数据的采集与分析、 过程与设备状态的监控 与报 警 、 过 程趋 势 数 据 的 采集 与 处 理 、 报表 打 印 、 画 面显示等， 完成 了生产设备 的基础 自动化及过 程计 算 机控 制 。 各 个 P I C站 、 上位 监控 机 、 工程 师站 之 间 采用 单 环状 1 0 0兆 光 纤 配置 的 T C P ／ I P工 业 以太 网 结构 并 且 欲 留扩 展 接 口， 为二 期项 目控 制 的并 网做 保证 ， 构成 了烧 结 生产 的综合 监控 网 络 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 3 作者简介 谢万 军 1 9 6 9 一 ， 男 ， 工 程师 。电话 l 5 9 9 5 3 1 7 8 7 1 4 2 现代 冶 金 第 3 8 卷 2 自控 系统 功 能 2 ． 1 电气 控制的 功能 根据工艺要求和现场实际情况， 系统从整体上 分为机旁操作和计算机连锁控制。机旁操作是指操 作人 员在作业 现场操作 箱上进 行设 备 的启 ／ 停 、 设 备 运转速 度 的设定 、 现场 ／ 远程 的切换 。当设 备处 于机 旁操作状态时， 该设备 即不参与系统其他设备的连 锁控制 。计算机连锁控制是指处于自动运行的所有 设备 每 时每 刻都参 与各 自连锁 条件 f g 括 运行 安 全 连锁、 工艺参数连锁、 启停顺序连锁等 ， 可 以有效防 止因下游设备故障而引起上游生产事故。 以一个简单 的配料系统 为例， 其控制原理见图 1 。在 圆盘配料 系统 中 ， 给料量 主要 由圆盘 的转速决 定 。 处于机旁手动操作方式时 ， 操作人员可手动调节 操作箱上的电位器来控制对应的变频器频率， 从 而 控 制 圆盘 给料机 的转速 。 处于 自动运行 方式 时 ， 中央 控制室操作工可从监控机画面设定流量值给P L C， 同时电子皮带秤测量 出一个实际流量信号反馈 回 P I C参加P I D运算， 最后得到一个控制量， 通过MB 网控制变频器 ， 从而控制圆盘给料机的转速 ， 达到 控制物料流量的目的。配1 、 配 2 、 混 1 等皮带机 自控 程序上作了严格的连锁控制 ， 避免了下游设备故 障 停机引起上游皮带堆料事故的出现。 图1 配料系统 2 ． 2仪 表控制 功能 2 ． 2 ． 1 仪控 信 号的采 集与处理 利用 C o n c e p t 2 ． 6软件所 特 有的功 能 ， 针对 不 同 的模拟量输入信号和不同参数需要 ， 分别编制了工 程 量 转 换 、 偏 差 、 上 下 限 报 警 等 各 种 信 号 处 理 的 DF B， 在控制程序的编制 中可以直接调用这些 功能 块 。实 现矿 槽 料位 测 量及 上 下 限料位 报 警 、 煤气 流 量、 空气流量的累计及瞬时显示、 煤气与空气压力测 量、 低压煤气切断、 负压测量与显示、 烧结矿料层厚 度 检测 。 实现 了主抽 风机人 口流量 和温度 的检测 、 进 口废气负压测量、 高压电机轴承、 定子温度测量、 风 机轴承温度、 震动的测量及超限报警和停车等。 2 ． 2 ． 2点 火炉温度 控制 点 火炉 温 度控 制 是烧 结 系统 工艺 的重要 环 节 ， 该 系统可分 为点火器 流量控 制和点火 器温 度控制 两 种方 式 。流量控 制为操 作工 在上位机 画面设 定一个 流 量值 ， 给 P I D调节器的S P端 ， 反馈信号给P I D的 P V 端 ， 然 后 经 P I D 运算 后 输 出 一“ 阀门 开 度 ” 信 号 来确定调节 阀的开度。点火器的温度控制为操作工 在上位机 画面设定一个温度值， 经 P I D调节程序输 出一个煤气流量值 ， 最终达到调节煤气流量的目的。 3自控系统特点 1 故障报警 自动生成报表 。当出现故障时， 监 控画面将以警示色提醒用户， 以便操作工及时处理。 系统 能够 实 时地 将历 史 数据 记 录在 上 位机 中， 方便 数 据 的查 询 、 统计 和打 印。 2 P L C电源摸板采用后备冗余 ， 并采用 UP S 供电， 保证 了系统的安全性和稳定性 ， 有效减少故障 停 机时 间 。 3 上位机进行系统的监控和管理 ， 并提供 良好 的人机界面 ， 实现人机处理与集中管理一体化 ， 而且 系统故障率低 、 可靠性高、 操作简便 ， 控制功能和精 度 均能较 好地 满足 生产工艺 需要 。 4 自控 系统网络结构 4 ． 1网络 图和 元件 网络图和元件的选型如图 2所示 ， 图中各 P L C 模 块 的 型 号是 1 4 0 NOE 7 7 1 o o ， 各 S wi t c h的 型 号 是 MOD I C ON 4 9 9 N Os 1 7 1 0 0 ； 各双线表示四芯光 缆的两芯 ； 粗线表示以太网线 。每台P L C控制器的 主站与从站 的连接方式和元件的选型如图 3所示 ， 图中P L C模块型号为 1 4 0 C R P 9 3 2 0 0 ， 连接器型号 为 MA一 0 1 8 5 1 0 0 B1 4 d B TAB。 4 ． 2网络 控制软 件的 编程方 式 为了提高网络的运行速度和信号交换 的速度 ， 充分发挥 Qu a n t u m系列控制器的模块功能， 在编程 上采用“ 数据交换字” 模块 ， 来达到理想控 制要求和 控制水平。编程的基本结构形式 为 以 AP L C 第 6期 谢万军 Qu a n t u m P L C在兴澄特钢 1 烧 结机 自控系统 中的应用 4 3 图 2兴 澄特 钢 l 烧 结 自动化 系统及光纤环 网结构 示意 图 图 3 PLC控 制 器 的 主站 与从 站 的连 接方 式 B P L C 之 间 的 网络 信 息 交换 为 例 见 图 4 ， 利 用 “ 数 据字模块” 进行网络信息的中间转换 ， 可以避免单个 信号在 P L C之间的传递 ， 实现了网络信息的整体化 实 时瞬态 的交换 ， 及 时 地给 P I C及 主机 进行 信 息 的 交换 和刷新 ， 提 高 了受 控 的准确 性 、 及 时性 。 4 ． 3采用 1 0 0 M 光 纤环 网效 果分 析 通 常情 况下 ， P I C 的控制是 按 照工 艺要求 分 系 AP L C中参与连锁 的所有 信号 BP L C中参与连锁的所 有信号 特定的AP L C 连锁字 特定的B P L C 连 锁字 用 于参与与BP L C的连 锁控制 用于参与与A P L C的连锁控制 图 4 AP L C B P L c之 间的网络信息交换 统 控 制 的 ， 与兴 澄特 钢烧 结 厂 的工艺 按 区域划 分控 制 区域 不 同 ， 其 每 台 P I C 系统 的受 控 设 备相 距 较 近 不 超 过 2 0 0 m ， 而且 所 控 设 备 只受 单 个 P L C控 制 ， 不 受 另 一 台 P I C控 制 ， 工 控机 对 设 备 的控 制 其 实 是 通过 网络 对 某个 P L C 的监控 。由此 可见 ， 通 常 情 况下 的 P I C及 网络 是 比较 单一 的 ， 不适 应兴 澄 特 钢烧 结 厂 的实际情 况 的 。如采 用通 常情 况下 的 网络 系统来实现网络控制要求 ， 不仅成本提高 ， 而且程序 量增 大 、 网络 运 行速 度 减 慢 ， 控 制 的准 确 性 、 及 时性 等 都受 影响 。而采 用 1 0 0 M 光纤 环 网 ， 不 仅成本 低 ， 而且 网络 运行 速度 快 、 控 制 准 确 。整 个 系统 网络 自 2 0 0 1年 投 运 以来 ， 运 行 一 直 很 稳 定 、 可 靠 ， 未 出现 P I C 主 、 从 站点 之 间 和 P I C 与 P I C之 问 的“ 数据 交 换 字 ” 交换 传递 的效 果 问题 ， 且 节 省设 备投 资 2 0 0多 万 元 。 5 结束语 兴 澄特 钢 1 烧结 厂采 用 Qu a n t u m 系列 P L C控 制设 备 和 1 0 0兆 光纤 环 网实 现 了整个 烧 结 区域生 产 设 备 的控制 、 监控 及 管理 。