PLC在脱硫喷枪系统中的应用.pdf

∞ 廿 5 天滓 客 分 P L G在脱硫喷枪 系统 中的应用 姬 乐 乐 天津天铁冶金集 团热轧板公 司， 河北涉县 0 5 6 4 0 4 【 摘要】 介绍了脱硫喷枪控制系统的特点， 将 P L C技术和变频器技术应用到脱硫喷吹传动控制系统， 改变了传统的控制 方式， 实现了控制的测、 控、 信息一体化。系统采用 P L C 、 变频器控制及计算机上位监控， 丰富了系统的控制功能， 提高了系统的 可靠性。 【 关键词] 脱硫站 变频器喷枪 系统传动控制 1 引言 在现代钢铁企业中，脱硫技术已经被广泛使用， 脱硫也就成为铁水处理的重要工序， 随着炼钢生产节 奏的加快， 对脱硫的控制稳定性要求越来越高。脱硫 运行状态的稳定与否将直接影响下一级生产工序能 否J l , N进行， 而作为脱硫重要设备的喷枪控制系统是 否完善则是影响脱硫站运行状态 的最主要 因素 ， 因此 就需要一整套完善而可靠的喷枪控制系统。 天铁热轧 板公司把喷枪控制系统和计算机技术结合起来， 形成 一 套更安全可靠的操作系统， 减少了生产中诸多不必 要的经济损失。根据生产实践为背景， 现场环境和工 艺流程为依据， 利用变频器和可编程控制器来实现以 下几个功能 喷枪高低速转换 、 两地操作 的选择 、 完善 的报警系统、 正常和检修选择模式的切换。 2 脱硫喷枪控制 系统的特点 2 ． 1 脱硫喷枪控制 系统流程 脱硫喷枪系统主要 由喷枪电动机、 编码器 、 变频 柜、 P L C控制系统 、现场操作箱、 H MI 控制面板组成。 主要流程见图 1 。 图 1 脱硫喷枪系统流程 图 吹完毕时喷枪上升至铁水液面以上 5 0 0 m m处停止， 喷枪继续喷吹干燥氮气 6 0 s 后停止喷吹是为了防止 石灰粉和钝化镁粒堵塞喷枪 ， 接着喷枪高速上升距上 限位 1 0 0 m m处改为低速上升， 当挡铁触碰到上限位 时喷枪停止运动。 2 喷枪 系统共 有两地 操作 ， 分 别为 主控室 远处 计算机画面操作及现场操作箱操作。 喷枪系统主控室远程计算机画面操作又分为 自 动模式和手动模式。当把系统的现场操作箱上的“ 就 地一集中” 选择开关选至“ 就地” 再经主控室远程计算 机画面进行确认操作 ， 就可以进行使用现场操作箱操 作。 当把系统的现场操作箱上的“ 就地一集中” 选择开 关选至“ 集中” ， 再经主控室远程计算机画面进行确认 操作 ， 就可以进行使用计算机画面操作。自动模式和 手动模式的选择可以从计算机画面上直接选择。 3 在正常生产过程中， 使用主控室远程计算机 画面操作的自动模式。检修 ， 调试及 自动模式失灵时 使用主控室远处计算机画面操作的手动模式及现场 操作箱操作。 4 喷枪系统有 3个限位， 由上至下分别为上超 位 、 上限位和下超 位 ； 喷 吹位 以及 变速位 由编码 器标 定 ； 系统分为高速和低速 ， 高速为 3 5 H z ， 低速为 l 5 H z 。喷枪系统在主控室远程计算机画面操作时， 喷枪 下降至距喷吹位 1 0 0 mm时变为低速 ， 至喷吹位时停 止运行 。喷枪上升至距上 限位 1 0 0 m m时变为 低速 ， 至上限位时停止运行。 在现场操作箱操作时只能低速 2 ． 2 脱硫喷枪控制系统的功能 运行。在任何模式下 ， 喷枪行至下超限位和上超限位 1 喷吹系统启动时， 喷枪喷吹出由干燥氮气携 时都停止运行。 当P L C控制失灵时， 可以按下“ 紧急提 带的石灰粉， 这样主要防止喷枪被铁水堵塞 ， 同时喷 升” 按钮， 将喷枪提升至上超位。喷枪系统的电源状 枪开始以高速下降， 下降至距喷吹位置 1 0 0 m m处改 态 、 变频器状态、 限位状态及下降高度在 H MI 画面上 为低速， 下降至喷吹位时喷枪喷吹出由干燥氮气携带 有显示。 喷枪系统具有故障报警功能。H M I 画面上也 的石灰粉和钝化镁粒， 使其与铁水中的硫进行化学反 有报警显示。 应 ， 从而降低铁水中的含硫量， 实现铁水脱硫处理。 喷 3 可编程控制器在脱硫喷枪系统上的应用 一 4 4 一 微 机 应 用 与 自 动 化 P L C在脱硫 喷枪系统 中的应用 3 ． 1 可编程控制 器的选择 可编程 控制器 已经越来越 多地应 用 于工业控 制 系统 中 ， 并且在 自动控制 系统 中发挥着非 常重要 的作 用。 因此对 P L C的正确选择是非常重要的。 我们根据 生产需要 ， 所使用的是 S 7 4 0 0系列 P L C ， C P U选用的 是 4 1 4 2 D P 。程序是整个 自动控制 系统 的“ 心脏” ， 程 序编制的好坏直接影响到整个 自动控制系统的运作。 3 ． 2 硬件组 态 在组态中 ，我们选用的是 s 7 4 0 0 D P系列的 P L C ，并且选用 P R O F I B U S 连接方式来达到与现场编 码器通讯， 并通过工业以太网实现工控机与 P L C通讯 要求。 在 P L C的外围接线中， 设立外部互锁电路 在继 电器电路中采取了互锁措施的电路 ， 在改用 P L C控制 时也应采取同样的硬件互锁措施。 如控制电动机正反 转的交流接触器如果同时动作 ， 将会造成三相电源短 路。为了防止出现这样的事故， 应在 P L C外部设置硬 件互锁 电路 。 3 - 3 常闭触点输入信号的处理 为了使梯形图和继电器电路图中触点的常开常 闭的类型相同， 建议尽可能地用常开触点作 P L C的输 入信号。如果某些信号只能用常闭触点输入， 可以按 输入全部为常开触点来设计 ， 然后将梯形图中相应的 输入位的触点改为相反的触点 ， 即将常开触点改为常 闭触点， 常闭触点改为常开触点。 3 ． 4可编程控制 系统的选择 此系统采用的 S 7 4 0 0是一种功能强大的可编程 控制系统， 该系统具有在通讯设备间交换少量的数据， 通讯可以利用 MP I 或在一个站内通过 P R O F I B U S D P 连接智能从站等方式的功能。 4 变频器在脱硫喷枪系统上的应用 4 ． 1 变频 器 它是喷枪调试控制关键设备， 其性能的优劣直接 影响着系统的可靠性 、 先进性和经济性 ， 是电动机调 速控制的基 础。 要选择较好变频器就要清楚变频 器的 工作原理、 分类 、 控制模式、 参数设置等方面的知识。 4 ． 2变频 器的工作原理概述 交流电动机的异步转速表达式为 n 6 0 1 - s 1 式中， n为异步电动机的转速； r 为异步电动机的 频率； s 为电动机转差率； p为电动机极对数。由公式 1 可知， 电动机的输出转速与输入的电源频率、 转差 率、 电动机的极对数有关 ， 因而交流电动机的直接调 速方式主要有变极调速、转子串电阻调速或串级调 速、 内反馈电动机和变频调速等。而我们现在运用最 广泛的就是变频调速，由于转速 n与频率 厂 成正比， 只要改变频率 厂 即可改变电动机的转速，当频率 厂 在 0 ～ 5 0 H z 的范围内变化时 ，电动机转速调节范围非常 宽。 变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调 节的， 是一种理想的高效率、 高性能的调速手段。 4 ． 3变频器选型 1 根据脱硫站喷枪调速传动系统的实际情况要 求， 选用的变频器应该具有性能稳定、 应用灵活、 适应 环境、 维护方便 、 性价比高等特点。 6 S E 7 0系列变频器 是交一 直一 交变频器 ， 具有 v ， F 控制和矢量控制等多种 控制模式， 抗干扰性好， 运行可靠， 适应电源电压波动 范围广， 灵活多变的通讯方式， 标准化及模块化设计 ， 可针对具体交流电动机进行优化， 低速时也能提供额 定转矩等特点。 2 脱硫喷枪所用变频器为 6 S E 7 0 2 6 一 O E D 6 1 ， 容 量为 6 0 A。该变频器是由3 2 位微处理器控制， 并采用 具有现代先进水平的绝缘栅双极性晶体管作为功率输 出器件， 其脉冲宽度调制开关频率高， 具有先进的电压 矢量控制和数字模拟控制方式，它的磁通电流控制功 能改善了动态响应和电动机特性 ， 快速电流 F c L 限 制功能实现了无跳闸运行。为保证变频器输入电压的 稳定性和增加抗干扰能力 ，在其电源输入输出侧加装 E M C滤波器。环境温度影响变频器的寿命和可靠性 ， 选择变频器的允许温度大于环境温度的变频器，按使 用环境选用变频器绝缘等级为 I P 5 4 。选过载能力高保 护性好的变频器。制动电阻， 保证停车稳定。 3 喷枪的位置测量所使用的是图尔克公司生产 的绝对值编码器 ，采用 P R O F I B U S 接 口通过 D P网与 P L C实现数据通讯。绝对编码器是直接输出数字量的 传感器， 这种编码器的特点是不要计数器， 在转轴的任 意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。 4 ． 4 脱硫 喷枪 变频 器参数设置过程 脱硫喷枪变频器参数设置是根据喷枪控制图设 置的， 喷枪控制电气原理见图 2 。 当 P L C接收到动作信号后 ，经 P L C程序判定后 输出对应的速度控制信号，此信号为开关量常开点 ， 经过输出中间继电器电气隔离后传至变频器 C U V C 控制板 ， P L C与变频器之间采用的是直接的点对点的 硬线连接控制， 直接输出至变频器的 C U V C板 ， 根据 变频器C U V C板提前设定好的控制参数， 接收来 自于 P L C的开关量信号 ，相对应的 C U V C板输入端子 2 4 V D C控制电源接通 ， 变频器受控。 微 机 应 用 与 自 动 化 一 4 5 天津冶管 1 5 6 0 7 C l 1 6 8 E s l P L C 度 使能 I下 降 升 禁 E } 、 l输 出 ． 1 止； 1 5 5 9 0 1 ． 1 I 、 1 D 4 5 D 4 4 D 4 3 D 4 2 D 4 1 D 4 D E _ _ ECR l 5 6 4 0 - ， 电抗器 1 5 6 1 2 M f 1 5 6 0 7 M r 1 r L M U 下I 速移 儇 ‘ l、 址于 速极限 L ． L _ 5 61 M X 1 0 1 9 。 8。 7 6 7 k 4 ． o 一 4 J4 1 变 频 器 速 度 2 速 度 1 I I R1 端子 展板 。 ； a l I ～II 一 一 2 7 3 0 R 0 3 5 R1 。 C B 1 l Pc R E 2 4 、 】 l 抱 闸控制驱动准备 故障 C B 1 1 紧急提枪 图 2 喷枪控制电器原理图 参数设置过程为 P l 1 5 2计算电动机模型“ 静止状态电动机辨识” 1 恢复出厂设置 注意 在按下“ P ” 键后， 出现警告信号“ A 0 8 7 ” 变频器必 P 0 5 3 7允许 C B P P MU P C机修改参数； 须在 2 0 s内通过面板 P M U操作合闸， 否则需从新设 P 6 0 2固定设置， 参数恢复到缺省； 置进行电动机静态辨识 ， 电动机线须连接 ， 大约 1 mi n P 9 7 0 0启动参数复位 ，执行此操作后会看到面 后变频器 自动分闸， 电动机辨识完毕 ； 板数字从 R O 0 0开始所有参数刷新复位到出厂状态。 P 1 1 5 4计算电动机模型“ 空载测量” 注意 在按下 执行参数出厂设置后可以通过操作面板控制电 “ P ”键后 ， 出现警告信号“A 0 8 0 ” 变频器必须在 2 0 s 动机的运行 ， 只能控制电动机一个方向的运行 ， 要想 内通过面板 P MU操作合闸， 否则需从新设置， 进行电 达到基本的变频器应用还必须进行必要的参数设置。 动机空载测量 ， 大约 1 mi n后变频器 自动分闸， 电动 2 简单应用参数设置 机辨识完毕。 P 6 0 3简单 应用 参数 设置 ， P 0 7 1进线 电压 ， 4 功能参数设置 P 0 9 5 1 0 同步／ 异步 电动机 I E C国际标 准 ， P I O 0 3控P 5 9 0 B 1 ， 外控选择 ； 制方式；P 5 5 4 ． 2 B 5 3 4 ， 合闸信号； P 1 0 1电动机额定电压 ， P 1 0 2电动机额定电流 ， U 2 9 9 B 1 8 ， 输入合闸信号 C U V C板第七端子； P 1 0 7电动机额定 频率 H z ， P 1 0 8电动机 额定 速度 U 3 0 0 l s ， 延时 1 s 合闸； R P M； U 3 0 1 0 ， 得 电延时接通 ； 许P 3 6 8 0设定和命令源为 P MU MO P ； U 9 5 1 ． 6 7 2 ， 激活计时器功能块； P 3 7 0 1 启动简单应用参数设置 ，此参数步骤必P 5 6 1 B 5 3 2 ， 使能信号； 须执行 ，执行此参数后操作面板会看到参数刷新一 U 9 5 1 ． 2 3 2 ， 激活功能块， 见图3或门功能块 ； 遍 ； U 2 9 6 B 6 2 1 ； P 6 0 0结束简单应用参数设置。 U 2 9 7 5 s ， 延时 5 s ； 3 系统优化 U 2 9 8 1 ， 断电延时 5 S 使能断开； P 6 0 3简单应用参数设置； U 2 4 1 ． 1 B 1 6 ， 喷枪下降 C U V C板第六端子 ； 崭 哦一0 々 地 一 饯 讹 ‘ z‘ 姒 ‘ 批 掘 姑 獬 4 蒋* 瑚 糍埘 曲 。 i 蝴 | z 饼 埘 脚 懈 蝴 静 触 批 枷 槭 黜 ≯ 碱 瓣 } 々 m ≯ 鞠 ， n m。 椭。 n⋯ 口 “ 一 4 6 一 微 机 应 用 与 自 动 化 P L C在脱硫喷枪系统 中的应用 图 3 或门功能块 U 2 4 1 ． 2 B 5 1 1 5 ， 喷枪上升 E B 1 扩展板 4 1 端子 ； 喷枪在上升或下降停止后延时 5 s 使能信号封锁 P 4 3 3 K 5 2 1 ， 速度给定； U 9 5 3 ． 8 5 2 ， 激活功能块 ， 见图 4模拟信号开关功 能块 ； r 两磊 n ’ ㈣ ⋯⋯⋯⋯ m∞ ～ 图 4 模拟信 号开关功能块 U 1 6 7 ． 1 K 4 0 1 ，速度给定值 K 4 0 1 ／ K 4 0 2为频率的 百分数 的速度给定 ； U 1 6 7 ． 2 K 4 0 2 ， 速度给定值； U 1 6 6 B 2 2 ， 高低速选择 C U V C板第九端子； P 6 5 2 B 6 2 0 ， 驱动准备或门； U 2 4 0 ． 1 B I O 0 ， 合闸准备好； U 2 4 0 ． 2 B 1 0 2 ， 运行准备； U 2 4 0 ． 3 B 1 0 4 ， 运行 ； P 6 5 1 B 5 3 0 ， 抱闸控制 ； U 2 9 3 B 1 0 4 ， 运行信号； U 2 9 4 ． 1 1 s ， 延 时时 间； U 2 9 5 0 ， 得电延时接通 ； P 6 5 3 ． 2 B 1 0 7 ， 变频故障输出； P 5 7 1 ． 2 B 5 1 1 5 ， E B扩展板控制正方向； P 5 7 2 ． 2 B 1 6 ， 反方向 C U V C板第六端子； P 5 5 5 ． 2 B 5 1 1 7 ， 急停 E B 1 扩展板 4 2 端子 。 5 结束语 通过 S 7 4 0 0可编程控制和变频器在喷枪系统上 的应用 ， 提高了设备运行的自动化程度 ， 方便了生产 中的操作和故障排查。系统化的程序设计 ， 把设备和 主控室画面联系起来 ， 使原本孤立的设备与其他系统 更紧密的联系起来 ， 成为不可分割的整体。不仅满足 了生产需要 ， 并 且适应 了复杂 的生产环境 。 作者简介 姬乐乐 ，女 ， 2 0 0 9年 7月毕业 于辽宁科技学 院 自动化 专业 ， 现 在天铁热轧板公司从事电气自动化控制工作。 收稿2 0 1 2 0 4 1 1 编辑崔建华 上接第 4 3页 网络信号的显示 网络信号通过连接在 R G B矩 阵上的操作台计算机上的网络抓屏软件获取 网络信 号 ， 通过内置模块投影在拼接大屏幕上。该计算机桌 面 包含了网络计算机信号 通过 R G B矩阵切换器直 接切换输出到投影单元的内置图像处理模块 ， 进行直 通 、 倍数放大显示 。 网络多屏处理器在故障状态下，所有信号 包括 R G B信号 、 视频信号和网络计算机信号 均通过该方 式显示在拼接大屏幕上，使整个多屏拼接系统仍保持 正常运转 ，且切换时间极短 ，完全不会影响用户的使 用 。 5 结束语 鞍钢天铁公司的监控调度中心于 2 0 0 8 年投入使 用以来， 一直处于可靠的运行状态。 实时视频使调度指 挥人员足不出户就能全面监视关键区域和各个生产环 节的生产运行情况 ；录像视频为公司的设备故障和安 全事件的事前 、 事中和事后分析提供了依据； 远程视频 监控站为公司领导生产指挥和决策提供了高度安全、 方便快捷、 高效的优质服务， 为企业提供了最大利益的 回报 。 参考文献 [ 1 ] 罗世伟 ， 左涛， 邹开耀． 视频监控系统原理及维护[ M】 ． 北京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 】 李金伴 ， 李捷 辉． 工业 电视监控 系统培训教程[ M] ． 北京 化 学工 业出版社 ， 2 0 1 1 ． 作者简介 徐平 ， 1 9 9 5年毕 业于武汉 测绘科技 大学 现武 汉大学 计 算机 科学与工程系， 现主要从事计算机信息化、 通讯、 计量等方面的工 作 ， 主要参与完 成了天铁集 团 C I MS建 设 、 天津 鞍钢天铁冷 轧工程 侧重公司计算机信息化、 通讯和计量 建设等项目。 收稿2 0 1 2 0 3 2 7 编辑潘娜 ； ‘ ≯ 0 猕 ， 。 碱 料 ； w g 煳 ％ 一 脚 新 ％ 。 ≯ 。 ， ， 搿 ≯ ， ， ； } 鳓 埘 ， 甄一 微 机 应 用 与 自 动 化 e,o z 一 4 “／ 一