PLC在转炉煤气回收中的成功应用.pdf

经 验 交 流 T e c h13 i c aI Commu rl i c a t i on s 自动化技术与应用 2 01 1年第 3 O卷第 2期 P L C在转炉煤 气 回 收 中的成功应用 王晓东于良 山东省冶金设计院有限责任公司， 山东济南 2 5 0 0 1 4 摘要 介 两门 予S 7 4 0 0系列 P L C在转炉煤气回收中的应用。结 合 P I C的特点 ， 通过硬件选 型配 置、 I 业以太网 络设计以 软 件设计等r 作， 很好地实现了转炉煤气回收的要求， 在现场的成功应用证实控制效果良好。 关键词 P L C； 变频器 ； 煤 气回收 中图分类 T M5 7 1 ． 6 l 文献标识码 B 文章编号 l 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 1 0 2 0 1 0 5 0 3 Su c c e s s f u l Ap p l i c a t i o n o f PL C i n Co n v e r t e r Ga s Re c o v e r y W ANG Xi a o - do n g ． YU Li a n g S h a n d o n g Me t a l l u r g i c a l E n g i n e e r i n g De s i g n CO． L T D， J i n a n 2 5 0 0 1 4 C h i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e d e s c r i b e s t h e S i e me n s S7 4 0 0 s e r i e s P LC i n t h e r e c o v e r y o f c o n v e r t e r g a s ． Co mb i n e d wi t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f P LC， t h r o u g h s e l e c t i o n o f t h e h ard ware c o n fig u r a t i o n ， i n d u s t r i a l e t h e r n e t n e t wo r k d e s i g n a n d s o ftwa r e d e s i g n ， t h e r e q u i r e me n t s o f c o n v e r t e r g a s r e c o v e r y i s we l l a c h i e v e d ， Th e s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n i n t h e f i e l d c o n f i r ms g o o d c o n t r o l e f f e c t ． Ke y wo r d s P LC； fre q u e n c y c o n v e r t e r ； g a s r e c o v e r y 1 引 言 随着市场需要和公司生产规模的扩大 ， 莱钢永锋钢 铁公 司原有 转 炉钢 已经 不能 满足 生产 的需 要 。 该公 司 于 2 0 1 0 年 9 月份投产一座 1 2 0 t 顶底复吹转炉 ， 以满足市 场需求。鉴于煤气回收系统在转炉生产中的关键环节 ， 其控制系统采用西门子 S 7 4 0 0软件。 2 硬件设计 监控站由3台工控机组成， 安装 WI NCC监控系统， 其中中控室一台安装S TE P7作为监控站和编程器进行 程序组态和监控、修改系统参数等， 分布情况为 转炉 炉前 1台， 风机房 中控室 一台， 加压站一台。P L C系统 选用西门子s 7 4 0 0 P L C， C P U4 1 3 - 2 D P作为中央处理器 完成程序解算、回路调节， 利用西门子高速以太网S I NE C H 1 网络实现与监控站的通讯， 通讯处理器 C P 4 4 3 1 完 成与 H MI 系统的以太网络连接， 利用P R0 F I B U S D P现 场总线实现与远程信号的数据采集， 在 C P U4 l 3 2 D P中 集成了PROFI B U S DP接 口， 通过这个接 口可以与 收稿 日期 2 0 1 0 - 1 2 1 5 E T2 0 0分布式I ／ O站、现场执行机构、各类仪器仪表等 建立方便的连接， 另外P RO F I B Us DP对于来自任何制 造厂家的现场设备都是开放的 ， 分布式 I ／O 站采用 E T2 0 0 B， 可接收炉前操作信号和现场状态信号。本地 D I ／ D O模板采用 3 2 ． 2 4 V D C， AI 模板采用通用型 7 KF 0 0 模板 ， 通过跳线设置和软件组态可完成各种信号的数 据 采集 。 图 1 控制系统硬件结构 图 自 动 化 技 术 与 应用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第2 期 经 验 交 流 Te c hn i c a I Commun i c a t i o ns 本地主站主要完成转炉风机 电流预警分 闸保护 、 旁通阀 、回收 阀、放散 阀控制 ， 风机各个温度 监测 、流 量压力检测、水封阀 自动水位控制以及煤气含量监测。 7 - 4 0 0 P L C具有模块化结构， 易于实现分布、用 户便利等特点， 尤其是它的集成背板总线， 可方便实现 系统的安装， 高速的数据处理能力可完成各种复杂的运 算 ， 非常适合 应用于 高性 能要求 的控 制任务 上 。 3 控制软件 的设计 1 P L C的用户控制程序是 利用 S I E ME NS公司的 S I MAT I C S TE P 7 B a s i c 软件平台上完成整个的硬件组 态、地址分配以及 3座转炉的煤气回收系统应用程序开 发， 在主程序 OB1 中将各控制功能以及通讯数据分别写 在不同的功能块中 F B， FC， DB ， 本着控制程序应当简 洁， 安全可靠 ， 易读 ， 可修改性强等要求 ， 采用模块化编 程结构， 完成控制程序的结构功能框图 如图2 ， 根据分 配的系统资源进行分层编程完善接 口。 图 2 软件结构图 2 在监控系统中， 中控室安装 WI NeC - RC用于开 发、修改画面 ， 其他站安装 WI NCC - R T用于运 行画面 ， 也节省投资， 他们均运行于 Wi n d o ws NT V 4 ． 0操作平 台之上 ， 保证了系统运行的安全性和稳定性。现场操作 人员通过分别设置的人机界面监视整个系统设备运行 状 况 ， 主要参 数 的情 况 ， 主要 是 风机运 行的 电流大小 ， 出口、人口风压力、流量、温度的实时监测和超限报 警 ， 除尘冷却水系统流量、压力的实时趋势和历史趋势 显示， 煤气含量 、氧气含量的实时值和报警值 ， 每个班 回收量、放散量的统计记录等 ， 利用 WI N C C方便的声 音报警功能， 我们预先录制了各类声音提示 ， 在报警是 能够根据具体报警级别和类型选足预录制的声音 ， 对操 作人员快速识别报警非常实用。 3 回收过程采用手动控制， 半 自动控制， 全 自动控 制三种 方 式 。 手动方式 煤气回收和放散过程中的设备无联锁， 手动 机旁单机操作， 主要用于单机调试过程和事故后紧急处理 。 半 自动方式 煤气回收和放散过程中的设备联锁启 动， 根据吹氧冶炼时间进行回收过程控制， 回收时间固定 在正常情况下 ， 回收时间到即转入放散。此种方式是根 据冶炼经验进行， 一旦测量到煤气和氧气超标 ， 操作人员 听到报警声音后 ， 应立即转入放散 ， 防止事故发生。 自动方式 根据冶炼过程中煤气含量和氧气含量的 成分进行 自动控制 。操作人员也可根据设备状况紧急 转入放散 ， 这是最安全， 最有效的方式。 4 回路调节设备采用的是电动阀门， 用 S TEP7 S TL开发了位置 比率调节器的算法 ， 受到了很好的效果， 调 节框 图如 下 人1 - 眦设定 自 动设定 图 3 调节框 图 位置 比率调节器根据给定的设定值和实际阀位的 反馈值和指定的循环周期产生数字量开 ／关脉冲， 计算 方法为 Ⅱ P v S P D E ADB A ND AND L OWE RO P O ff THEN LOW ERTI ME K P V S P ／ L OWE R RAT E D E A DT I ME； 关阀脉冲时间 式中 K是比例常数 ， HI G HO P和L O WE R O P分别为 开 ／关的门槛设置， RE I S E RA T E和L O WE R RA T E分 别为阀门开 ／关动作的最小速率。S P为 P I D的输出， P V 为 阀位反 馈值 。 4 系统设计 中的抗干扰措 施 煤气回收风机采用变频调速 ， 大功率的变频在运行 中所产生的各种干扰严重威胁着 P L C系统的安全与稳 定 ， 因此设置了以下安全措施 4 ． 1 硬件安全措施 下转第 l 1 0页 技 术 与 应 用 2 川 年 第 3 o 卷 第 2 期 经验 交流 。’_______●。_____ ____ ____’● _。。。。___‘。。。 。-。。。 ‘‘。。。。 。。。。。。一 一 _一 ● I ec hn i c aI U0 m m u nIc a t l 0n s 如表 3所示 ， 经过测试该电源的负电压部分能够稳 定 ， 输出的电压稳定 ， 能够用于一些 电源电压要求较高 的场合。通过误差分析， 可以知道一 l 5 V电压误差为 1 ． 9 3 ％； 一1 2 V电压的误差为 0 ． 9 2 ％； 一9 V电压的误差为 0 ． 0 7 ％； 一5 V电压的误差为 1 ． 8 6 ％。 3 ． 3 其它 电源 电压测试 这里， 我们以4 - 3 V、4 - 2 4 V测试结果为例 见表4 。 从测试的结果看来 ， 该电源输出电压能够稳定的提供 3 V、--％2 4 V的电源电压， 并且性能比较优越。通过误差 计算 ， 可 以知道 3 V 电源 电压 的误差为 2 ． 2 7 ％， 一3 V 电压 误差为 I ． 4 0 ％， 2 4 V电压误差为2 ． 3 0 ％， 一 2 4 V电压误差为 0 ． 7 1 ％。但值得注意的是各个稳压芯片必须安装散热片， 同时变压器要有足够的功率才能保证电路正常的工作 。 表 4 其它电源电压参数 最大值c v 最小值 v 平均值 v 方均根值 v 】 3 v电源 3 ． 3 2 0 2 ． 8 0 0 3 ． 0 6 7 3 ． 0 6 8 - 3 V电源 一 2 ． 8 8 0 - 3 ． 3 6 0 3 ． 0 4 2 3 ． O 4 2 2 4 V电{ 9 ； 【 2 屯6 0 2 2 ． 2 0 2 3 ． 4 4 2 3 ． 4 4 2 4 V电源 - 2 2 ． 6 0 2 5 ． O 0 2 3 ． 8 3 2 3 ． 8 3 4 结束语 本文基于直流稳压 电源的结构与工作原理 ， 完成了 对直流稳压电源电路的设计， 实现了电压稳定输出的 目 的。设计 中电路各个模块完成的功能相辅相成 ， 方法灵 活可变， 具有很强的通用性与实用性 。测试结果表明， 稳压电源的输出电压稳定性2 ％， 稳定性较好 ， 简单实 用 ， 可 以满足光电检测系统中对直流稳压 电源的需求。 参考文献 [ 1 】童诗白， 华成英等． 模拟电子技术基础【 M】 ． 北京 高等教 育出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 】汪松体． 串联型直流稳压电源常见故障分析及检测【 N 】 ． 电子报， 2 0 0 7 ， 8 2 1 2 3 ． 【 3 】 孔保军． 直流稳压电源的设计及制作【 J 】 ． 电子制作． 2 0 0 6 ， 6 3 4 - 3 6 ． 【 4 1 W ． L I N， M． HE MAND O， A． F E MANDE Z． A Ne w To p o l o g y f o r Pa s s i v e P FC Ci r c u i t De s i g n t o Al l o w AC t o -DC Co n v e r t e r s t o Co mp l y wi t h t he Ne w Ve r s i o n o f I E C1 0 0 0 - 3 - 2 Re g u l a t i o n s C 】 ． P r o c ．O f I E E E P o we r E l e c t r o n i c s S p e c i a l i s t s ， 2 0 0 2， 4 2 0 5 0 -2 0 5 5 ． 【 5 】P． CHE AS TY， J ． F L ANNE RY， M ． ME I NHARD T． Be n c h ma r k o f p o we r Pa c k a g i n g f o r DC／ DC a n d AC／AC C o n v e r t e r s [ J 】 ． I E E E T r a n s ． P o we r E l e c t r o n ， 2 0 0 2 ， 1 7 1 1 4 1 1 5 0 ． 作者简介 赵新宇 1 9 7 8 一 ，男，工程师，主要从事电子 通 信 相 关 业 务 上接第 l 0 6页 1 采用隔离电源 P L C主站和远程 I ／ O工作电源均 采用带屏蔽的隔离变压器供电。 2 模拟量通道的屏蔽 采用耐高温的有屏蔽的双绞 线电缆以降低辐射干扰和 电磁耦合性干扰 。 3 数字量通道 的隔离 数字量输入模块采用光 电隔离 模块 ， 输出通道 的大功率 输出点如 电磁 阀等采用继 电器隔 离过渡， 所有通道均采用浪涌吸收和R C组件作为保护。 4通讯 电缆 同轴 E T H E R N E T 网 电缆和 P R OF I B US DP电缆均采用西门子原装电缆， 敷设时单 独穿管， 电缆的屏蔽层要用专用地线接地。 4 ． 2 软件抗干扰处理 对所有信号均采用数字滤波技术或者脉宽甄别等技 术措施， 另外要合理设置硬件看门狗时间和采样中断时间。 5 结束语 转炉煤气回收计算机 自动控制系统 自投入运行以 来， 大大提高了能源利用率 ， 煤气的回收创造了很高的 经济价值 ， 带来了非常可观的经济效益和社会效益， 另 外， 转炉排放的烟尘经过水除尘 、洗涤后再回收， 大大 减少了烟尘排放量 ， 减少了环境污染 ， 对厂区的环境保 护也具有重大作用和意义。 参考文献 [ 1 ]刘阶主编． 炼钢生产自动化技术【 M】 ． 北京 冶金工业出 版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 】郑晟， 巩建平， 张学 ． 现代可编程序控制器原理与应用 【 M】 ． 北京 北京科学出版社 ， 2 0 0 3 ， 4 ． 【 3 ]柴瑞娟 ， 陈海霞． 西门子P L C编程技术及工程应用[ M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 ． 【 4 ]吴志敏， 阳胜峰． 西门子P L C与变频器、触摸屏综合应 用教程[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 9 ． 【 5 ] 陈建明， 熊军华， 王亭岭． 电气控制与P L C 应用[ M] ． 北京 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 作者简介 王晓东 1 9 8 2 一 ， 男， 助理工程师， 研究方向 冶金 自动 化 检 测 控 制 技 术 。