PLC控制系统在唐钢2560m3高炉喷煤系统的应用.pdf

P L C控制系统在唐钢 2 5 6 0 m 高炉喷煤系统的应用 P L O控制系统在唐钢 2 5 6 0 m3 高炉喷煤系统的应用 谷 明月 乔艳 萍 唐山科技 职业技 术 学院机 电 系， 河北唐 山 0 6 3 0 0 0 [摘要 ] 由于高炉生产连续性强 ， 与之配套的喷煤系统必须有很高的 自动化控制水平。为进一步降低成本， 提高高炉性 能， 在原有工艺基础上对唐钢 2 5 6 0 m， 高炉喷煤控制系统进行了优化改造， 配备了美国A B公司自动化程度较高的 P L C控制 系统。改造后喷煤系统自动化程度高， 运行稳定可靠， 维修方便， 为高炉正常生产提供了保证。 关键词可编程控制 器高炉喷煤 系统喷吹 自动控制 1 前 言 唐钢 2 5 6 0 m 3 高炉是现代化大型高炉之一 ， 为 进一步降低成本 ， 提高 2 5 6 0 m3 高炉性能， 公司引进 了德国 K R U P P公司二手喷煤系统的设备和厂房 ， 并 对原有工艺进行了优化修改 ， 配备了 自动化程度较高 的 P L C控制系统。 该系统与常规流程比， 具有节能 、 投 资省、 生产周期短 、 劳动成本低及适应性强等优点， 因 此赢得了世界各国的青睐I l j 。目前， A系列喷煤系统已 投入运行 ， 既节约了资金 ， 又能很好地满足 2 5 6 0 m 高炉的生产需要。 喷煤系统由制粉和喷吹两部分组成 ， 整个系统的 原煤 配电由单独的变电所供给。 传动和控制设备均设置在 低压配电室内，操作方式分为集中控制和机旁手动 ， 集中控制由 P L C实现。 由于高炉生产连续性强， 因而与之配套的喷煤系 统必须有很高的自动化控制水平。为此， 通过 P L C又 将集中控制分为测试 、 半 自动、 全自动三种。 这三种控 制既能满足高水准的 自动化控制要求， 又能很方便地 进行检修、 调试， 保证连续生产 ， 减少事故， 为高炉提 供优良可靠的煤粉。 2工艺流 程 工艺流程框 图如 图 1 所示 。 焦炉煤气 高炉煤气 图 l 工艺流程图 2 ． 1 制 粉 流程 制粉系统的主要设备有给煤机 、冲击锤 式磨煤 机、 筛分机f 粗粉分离器 、 布袋过滤器 、 闭路水循环的 射流洗涤机 、 氮气加压机 、 热烟气发生器 燃烧炉 及 主排烟机等 。 根据工艺要求 ， 将设备分为若干机组。燃烧炉原 设计辅助燃料为天然气， 本设计改为焦炉煤气 ， 主燃 料仍为高炉煤气， 燃烧系统采用强制鼓风系统。 引进的制粉机为锤式磨煤机 ，煤粉产量为 4 0 e h ， 煤粉粒度≤0 ． 2 m m的占 8 0 ％，磨机通过启动离合器 和平皮带由电机驱动。 2 ． 2 喷吹流程 2 ． 2 ． 1 喷吹系统包括布袋收粉器 、 原粉仓 、 粉仓下叶 轮给料机 、 煤粉筛 、 中间罐、 喷吹阀、 卸煤阀等。 煤粉喷 吹为连续工作制， 喷吹量连续计量。 2 ． 2 ． 2 主要工艺设计参数 喷煤量 最大 4 0 t ／ h ， 折合 1 8 0 k g 4 F e ； 氮气总管压力 1 ． 3 MP a ； 喷吹罐压力 1 ． 0 MP a ； 氮气消耗量 3 0 0 Mm 3 ／ h ； 高炉风口数量 3 0个。 2 ． 2 ． 3 喷吹系统的自动控制主要包括“ 倒罐” 控制、 喷 吹控制、 停喷控制 、 返粉控制等。 3 系统 配置 3 ． 1 自动控 制 系统 自动控制系统分为基础 自动化级和过程管理级 两级之间通过 C 0 n t r o l l N e t 网连接。基础 自动化级指 P L C控制系统 ， 它执行设备顺序控制f 包括各设备之 2 0 1 0 年第2 期 天．i牵 冶 分 间的连锁、 起制动1 ， 完成数据采集和数据通信 ， 采集 来的数据参与 自动调节。过程管理级 ，主要硬件有 P C 5 8 6 、 终端设备、 打印机． 软件有 R s l o g i x 5 编程软件、 R s v i e w图形软件。 3 ． 2 Co n t r o l l Ne t 网络 C o n t r o l l N e t 网络是一种用于对信息传送有时间苛 刻要求的高速确定性网络。同时， 它允许传送无时间 苛刻要求的报文数据， 但不会对有时间苛刻要求的数 据传送造成冲击翻 。它为对等通信提供实时控制和报 文传送服务。它作为控制器和 I ／ O设备之间的一条高 速通信链路 ， 综合了现有的远程 和 D H 链路的能 力。 各种设备可以与控制网连接， 包括个人计算机 、 控 制器、 操作员界面、 拖动装置及其它与控制网相连接 的设备。 3 ． 3 系统主要功能 3 ． 3 ． 1 数据采集 采集温度、 流量、 压力 、 氧含量等。 3 ． 3 ． 2 进行 P I D调节 共有 2 0多个 P I D调节回路。 3 ． 3 _ 3 完成顺控系统的顺序控制。 3 ． 3 ． 4 图形显示 直接对系统进行显示、 操作。 3 ． 4设备 的控制 设备的控制均 由P L C实现。P L C选用美国 A B 公司的 P L C 一 5系列可编程序控制器 ，编程软件为 R s t o g i x 5 ， 图形软件为 V i e w 3 2 。 R s l o g i x 5 是 P L C在工业 上第一个 3 2位 、 与 Wi n d o w s 9 5 和 Wi n d o w s N T兼容的 编程软件包。该软件设计简单、 直观 带拖放编辑功 能1 、 显示高级诊断、 通信可靠。可以满足各种工艺要 求。系统配置如图 2 。 图 2 系统配置 图 3 ． 5 制粉 系统和喷吹 系统 制粉系统和喷吹系统各用 1 套 P L C 一 5 ／ 4 0 C处理 器和 1 台监控汁算机 ， 以实现编程、 运行监控、 数据收 集等功能。在发生故障时报警 、 打印事故点及有关数 据和信号。 每个处理器分别带 4个远程 I ／ O框架， P L C 机架 间通过 D H 网联结 。 两个操作站均设置在主控室 内， 两套系统用 C o n t r o l N e t 网连接成整个 自动化控制 系统 ， 使每个控制站均可以对制粉或喷吹过程进行在 线调整、 控制和计算机监控 ， 使系统的控制以及操作 都更为方便可靠。 以上配置共用 点数 交流 2 2 0 V输入点 D I 1 2 0 ， 输出点 D O 1 1 6 ； 直流 2 4 v输入点 A I 1 1 8 ； 模拟 量 4 ～ 2 0 m A 输入点 A I 2 0 0 ， 输出点 A O 2 0 。 4 过程控 制 4 ． 1 制粉 系统 的操作过程 4 ． 1 ． 1 全 自动方式下 ， 在起动设备之前， 首先手动开 启氮压机。 氮压机压力正常 1 ． 1 MP a 后， 应使整个磨 煤工艺过程 的煤气循环系统惰性化 ，使系统 0 含 量 ≤6 ％，才能进行设备的启动。系统发出启动命令 后 ，按流程图方向每隔一段时间顺序启动一个机组。 每个机组启动前， 预警铃响 1 0 s ， 启动完成后发启动 完成信号 ，如果在规定时间内某设备没有启动 ， 则 发启动超时信号。 系统正常运行后启动灭火装置 f 注 系统运行中应能随时对任一设定参数进行修改1 。整 个工艺过程涉及到的各种介质参数应达到设计要求 ， 否则不能进行操作， 整个启动过程有 P C程序控制， 但 有些功能操作需通过键盘人工输入指令 倩 化过程可 以根据生产要求进行选择1 。 正常运行时， 如果系统发出正常停机命令 ， 则系 统按流程图方向每隔一段时间顺序停止一个机组， 最 后一个设备停止后发系统停机完毕。 系统运行中， 当重要参数超标时， 系统会 自动弹 出个界面提示是否紧急停车 ， 给出急停信号 ， 所有 设备会立即停止运行 C R T画面上应有磨机系列紧急 停机按纽和磨煤灭火的开关按钮1 。如果规定的时间 内没有进行确认操作， 则系统会按照工艺要求自动运 行， 保证现场设备及人员的安全。 停机后可选择是否充 N ，充 N 时打开大布袋进 口灭火阀。 全 自动流程见图3 。 4 ． 1 ． 2 半 自动方式下，每个机组单元可单独起停， 每 个机组给出启动命令后 ， 现场均响铃 1 0 s ， 然后机械 ．开始运转 ， 各设备间保留必要的联锁关系。 此方式下， 自动调节项 目可根据需要投入或切除。 4 ． 1 ． 3 测试方式下可进行单机启停， 此种控制方式除 单机试车或联动试车外， 不应作为正常运行的控制方 P L C控制系统在唐钢 2 5 6 0 IT I ， 高炉喷煤系统的应用 式 。 全 自动可以切换到半 自动或测试方式， 半 自动可 以切换到测试方式 ， 而不影响已经启动的设备 ， 保证 生产连续、 正常的运行。 不论在哪种运行方式下 ， 参与 调节的设备均能弹出操作画面，随时进行参数的调 节、 控制。 系统休止时停止一切操作 ， 需重新选择系统工作 方式 ， 方能继续运行 。 匦堕 巫 停止燃烧炉机组 】 除过滤器后烟量 自动调 ● I 停 止 给 煤 机 组 l 幸 止 磨 煤 机 组 j 图 3 全 自动流线 4 ． 2 喷吹过程控制 4 ． 2 ． 1 喷吹过程最基本 的安全联 锁 1 高炉“ 休风” 时 ， 喷吹系统不能启动 ， 但允许返粉 操作。 2 当给料器出口压力与热风管压力的压差低于规 定 值 0 ． 1 5 M P a 时 自动切 断输 粉管 气 动 阀和全 部下 煤球阀。 3 当喷吹罐压力与热风压力的压差低于规定值 0 ． 0 5 MP a 时， 自动切断输粉管气动阀和喷吹罐下煤 球 阀。 4 当喷吹罐压力低于规定值 0 ． 4 M P a 时， 自动切 断输粉管气动阀及下煤球阀。 4 ． 2 ． 2 接到高炉允许喷吹信号及制粉系统工作正常 信号后， 系统检测是否已惰化完毕 ， 同时检测氮气系 统是否启动 、 粉仓料位是否大于下限值 2 m ， 这些条 机 出 口温度 ／9 5℃ 布袋灰 斗烟 温度 ／9 5 o C 布袋后 O 含量 ≥1 0 ％ 布袋后 C O含量 ≥3 0 01 0 烧炉 出口 O 2 ≥1 0 ％ 机轴温 ≥8 5 q c 机轴振动超过上限 1 1 0 m m 排烟机轴温 ≥8 5℃ 排 烟机 轴 振 动 超 过 上 限 烧炉 出口温度 ≥3 0 0 o C 全线紧急停车并充氮气 打开粗粉筛分机氮气人 口 打开大布袋进 口灭火 阀 开管道氮气阀 打开磨轴机入 13氮气阀 件均满足后 ， 喷吹系统方 能投入 运行 。主要工作 过程 有中间罐加料 倒罐顺序 1 、 喷吹罐加料 倒罐顺序 2 、 喷吹启动过程 、 停机顺序、 返粉操作。连续生产时， 中 间罐的每次加料均来 自“ 罐空” 信号， 满足条件时自动 倒罐 ， 中间罐 自动加料同时也受时间控制， 若在规定 的时间内达不到罐满 ， 则说明出现故障， 发出报警信 号 ； 当喷吹罐发出要料信号时 ， 喷吹罐 自动加料 ， 此过 程 同时也受时间控制 ，若在规定的时间内达不到罐 空 ， 则说明出现故障， 发出报警信号。 4 ． 2 ． 3 正常停喷时， 发停喷指令 ， 中止各倒罐操作 ； 在 不满足安全联锁条件时， 发出紧急停喷操作。当停喷 时间超过 8 h时， 需将喷吹罐和中间罐的煤粉返至煤 粉仓 ， 若停喷时间更长时， 粉仓内的煤粉也需经喷吹 罐倒一次。此时采用手动操作的方法， 保持必要的联 下转第 1 8 2 0 1 0 年第2 期 天碎 分 传递 ， 使系统配置大大提高 ， 增加了利用温度传感器 实时监测、 显示 、 记录试验环境温度功能。 半年多的使 用经验证明， 系统工作可靠 ， 控制精度和抗干扰能力 进一步增强 。 3 ． 4 系统对各种力值规格的 M E T R O C O M T L型立 式拉伸应力松弛试验机通用。 3 ． 5 新系统的重要成果是利用系统实时采集 、记录 试验数据的功能 ， 经过反复试验、 计算 、 分析探究得 出， 采用等比数列比较修正方法对试验环境温度波动 产生的误差进行修正， 极大程度地消除了试验过程中 温度 波动产生 的干扰误差减荷 对应力松 弛试验 外推 松弛率的影响， 提高了外推计算 的置信度， 使推算结 果更趋准确， 从而较好地解决了这一至今困扰应力松 弛检测领域的难题。 3 ．6 自动测控系统研制和应用 的主要意 义是 从根本 上解决了松弛试验机原型机 自动化程度低所存在的 问题。目前各试验环节及结果计算皆由计算机程序掌 控完成， 避免了人为因素影响 ， 节省人力 ， 变间断记录 为实时记录各项试验数据 ， 较大地提高了试验的准确 性， 使试验结果间真正具备可比性。 3 ． 7 装备新的 Y X 一 1 B自动测控系统后 ，试验设备的 整体性能达到国际先进水平。 收稿2 0 1 0 0 2 1 2 责编赵实鸣 参考文献 ⋯ t G B ／ T 1 0 1 2 0 1 9 9 6 ， 金属应力松弛试验方法【 S ] ． [ 2 】 张峰 ， 李志刚． 利用 V B 6 ． 0与 AD A M模块实现现场数据 的采集 f J 1 ． 技术交流， 2 0 0 1 ， 5 2 5 2 8 ． [ 3 】 周霭如， 林伟建。 官士鸿， 等． v i s u a l B a s i c 程序设计 第 2 版 【 M1 ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 7 ． f 4 1 I S O 1 5 6 3 0 3 2 0 0 2 ， 混凝 土的钢筋和预应力用钢试验方法【 S ] ． 【 5 】 G B ／ T 2 1 8 3 9 2 0 0 8， 预应力混凝土用钢材试验方法【 S 】 ． 作者简介 于明琪 ， 男 ， 工程 师 ， 天津钢铁 集团有 限公 司技术 中心 技术人 员 。长期从事金属材料力学性能检测工作 ， 对预应力钢材应力松弛 性能测试有 较深入 的研究 。 上接第 1 3 锁和各设备的动作顺序关系。 4 ． 2 ． 4 返粉操作时，输粉管气动阀处于关闭状态 ， 开 两个返粉球阀， 其他操作与喷吹一致， 但喷吹罐压力 降至 0 ． 5 5 M P a 。 5 图形监控 系统 R s v i e w 3 2 软件的功能非常强大，它和 P L C之间 的通信不需要任何文本， 只需要个统一的数据库标 签就能一一对应， 使得做画面及使用画面都更为方便 可靠。 整个喷煤过程主画面有制粉主画面f 又分生产过 程画面和水系统画面1 和喷吹主画面。每幅画面都有 三种方式 ， 即全 自动画面 、 半 自动画面 、 测试画面。 此外还有趋势画面、 报警历史画面。所有这些面画可 以相互切换。主控画面主要显示制粉及喷吹过程， 各 个设备的运行状态在主控画面上都能一览无余。 6 结论 6 ． 1 喷煤系统一次就试车成功 ， 第一次喷煤 6 ． 8 t ， 随 后进人试生产阶段。 几年来， 通过不断改进， 目前运行 状 态 良好 。 6 ． 2 利用 P L C进行高炉喷煤控制 ， 不但满足了高水 准的自动化控制要求 ，还能很方便地进行调试和维 修。 6 - 3 利用 P L C系统完整地实现厂喷煤系统 的自动 化过程 ， 自动控制系统运转稳定可靠， 为整个喷煤系 统以及整个 2 5 6 0 m 3 高炉正常生产提供了保证。 收稿2 0 0 9 一l 2 1 1 责编崔建华 参 考文献 [ 1 】 张鉴． 炉外精炼的理论与实践【 M】 ．北京 冶金工业出版社 ， 1 9 9 3． 5l 4． [ 2 】 何献忠 李 卫萍 ．可编程控制器应用技术 【 M】 ． 北京 清华大学 出 版社 ， 2 0 0 7 ． 1 7 3 1 7 4 ． 作者简介 谷明月，助教， 2 0 0 5 年毕业于河北工业大学电子信息工程系， 现于唐 山科技职业技术学院 自动化 系任教 。