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第 4期 总第 1 7 3期 2 0 1 2年 8月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI C AL ENGI NE ERI NG AUT0MATI ON NO． 4 Au g． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 2 0 4 0 1 5 8 0 2 基于 AB 1 7 5 6系列 P L C的高炉煤气净化系统 朱建会，徐震，刘 征 山东 钢铁 集团 莱钢 自动化部 ，山东 莱芜 2 7 1 1 0 0 摘要 介绍 了高 炉煤 气净 化除尘系统 的特 点．以及为高炉配套 的煤气净化 自动控制系统的组成、特点、保证 的功 能。 自动控制 系统利用 罗克 韦尔 1 7 5 6系列 P L C．设 计 了功 能强大、操 作简便 的 自动化控制 系统．实现 了工业生产 的安全可靠运 行。 关键词 煤 气净 化系统； 自动控制 ；逻辑可编程控制器 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 1 高炉 煤气 净化 工艺 流程 由高炉出来的荒煤气 ， 首先经过重力除尘器 ， 将其 中的灰尘和大颗粒进行沉淀； 然后 经荒煤气管道分别 送入除尘箱体进行布袋除尘 ， 经过处理后 的净煤气进 人透平发电机 TR T 进行发 电， 或者经过减压 阀组减 温、 减压后直接进入煤气管网， 供热风炉或者锅炉等使 用 。高炉煤 气净 化工 艺流 程 图如 图 1 所示 。 2 高 炉煤气 净 化控 制原理 本设计共有 2 0个除尘箱体 ， 每个箱体设有进 口电 动全密闭式隔断阀 1台、 电动偏心硬密封蝶阀 1台； 出 口设有 电动隔断阀 1台、 电动偏心硬密封蝶阀 1台， 每 个箱体配有 1 4个脉冲阀。其主要的控制如下 1 除尘箱体反吹， 使用脉冲控制仪 一台控制仪 控制 1 4个脉冲阀 按顺序轮流反吹 1 ～2 0 箱体依 次反吹 。反吹有 3种方式 定 时循环方式、 差压 自动 方 式和 手动 在线 方式 。 2 当某一箱体反吹时 ， 首先关闭该箱体 的出口 蝶阀， 隔断煤气通道， 延时 5 S 后 ， 打开该箱体脉冲控 制仪， 脉冲控制仪控制该箱 体脉 冲阀， 1 ～1 4 脉 冲 阀依 次反吹 完毕。延时 2 O s后 ， 打开该箱体 出口蝶 阀， 接通除尘箱通道。同时， 根据 箱体料位达到上 限 时 ， 打开该箱体卸灰球阀， 卸灰至中间仓 ， 当卸灰至料 位下限时 ， 关闭该卸灰球阀。 3 中间仓灰尘满仓后 射频导纳料位计检测 ， 依次开启斗式提升机、 刮板输 灰机 、 叶轮给料机、 中间 仓卸灰球阀， 将除尘灰传至集灰仓 ， 停止时， 则相反。 4 当除尘器气源压力低于 0 ． 2 MP a时 ， 各电动 阀门、 脉冲阀均停止工作 ， 待其气源压力恢复正常后继 续工作 。 图 1 蔼 炉 煤 气 净 化 工 艺 流 程 图 3自动 控制 系统 组成 3 ． 1硬 件 配 置 本 系统 选 用 罗 克 韦 尔 公 司 AB 生 产 的 1 7 5 6系 列 ， 其中， C P U为 1 7 5 6 一L 6 1冗余系统一套 ， 配远程 I ／ 0站， 主从站点之间采用 c o n t r o l n e t 网络协议 。编程 软件采用 R S L o g i x 5 0 0 0企业版编程 软件 ； 上位机监控 软件采用 F a c t o r y Ta l k Vi e w服务器版无 限点监控 软 件。采用以太网与上位机通讯。本系统设计采用 2套 上位机， 一台工程师站兼操作员站， 一台操作员站。冗 余 C P U 机架 上 没有 I ／ O模板 ， 下 设 5个 远程 I ／ O站 。 网络 结构 图如 图 2 所 示 。 AB系统 实现 了 C P U 冗余 、 C o n t r o l Ne t网络 冗 余， 使工业生产更加安全 、 稳定 、 快捷 。该 系统具有强 大 的数字 量 、 模 拟量 及 回路处 理 功 能 ， 具 备 模 板 化 、 体 系结构可扩展等特点。C P U、 I ／ O模板 、 通讯模板、 电 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 8 ；修 回日期 2 0 1 2 0 3 2 1 作者简介 朱建会 1 9 8 6 一 ，男，山东莱芜人 ，助理工程师，本科 ，主要从事 自动化仪表与控 制的研究与应用。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年 第 4期 朱建会 ， 等 基于 A B l 7 5 6系列 P L C的 高炉煤 气净化 系统 1 5 9 源和底板等全是智能的 ， 网络之间的通讯不再需要处 理器 的干预 ， 任何模块 的热插拔都不会影 响其他模块 的正常工作 ， 更加安全稳定地保证 了正常生产。同时 利用罗克韦尔 自带软件 R S L i n x ， 可以地把整个网络内 的所有模板扫描上来 ， 方便进行编程组态 。 叠 霹 嗣 喇 I l I l I ／ O 站 1 I ／ O 站2 i ／ o 站3 I ／ 0 站4 I ／ O 站5 图 2 网络结构 图 3 ． 2软 件设 计 R S L o g i x 5 0 0 0编程软件 除了为顺序控 制提供 梯 形图编程外 ， 还可以为运动控制提供完整 的编程及调 试支持， R S L o g i x 5 0 0 0可同时完成顺序控制与运动控 制。使用 RS L o g i x 5 0 0 0软件可以完全实现对模块 的 设置和监视， 通过 I ／ O实现 C o n t r o l L o g i x背板连接所 有模块， 相关数据都包含在一个处理器数据对象 中， 更 便于配置 、 监视和连接模块参数。 画 面监 控 软件 F a c t o r y T a l k Vi e w功 能 强 大 ， 操 作 简便 ， 利用它可以开发 出人性化的人机操作界面。通 过远程操作就可以实现全部 的操作， 人员只需要定时 巡检设备 ， 保证了现场人员的安全 ， 实现 了工业生产的 方便、 安全 、 快捷 。根据 系统要求 ， 我们设计了以下几 个 主要 画 面 1 主控制画面 用以实时、 动态地显示各箱体 的 工作状态， 各工艺参数和现场设备 的运行状态。包括 现场各阀门的运行状态、 温度压力料位等测点的监控， 如 图 3所示 。 图 3主控制画面 2 报警画面 实现当前故障及异常值的报警 ， 提 示故障位置 ， 提醒操作人 员对生产工序进行相应 的巡 检 和排 查 。 3 历史趋势 画面 可实现数据 的实时监控历史 存储 ， 可以选择画面上显示的时间段长度 、 起始时间等 参数 ， 便于查找特定时间和不同时间段的历史数据 ， 设 定 3 0 d的历史趋势存储 。 4 参数设定 可以对反吹、 清灰、 输灰等进 行参 数 设定 ， 同时可 以对 反吹 方式 、 阀 门操 作方 式等 进行选 择 ， 更好地实现对现场设备的控制 ， 更安全方便地实现 现场生产的操作 。 4 控 制联锁 根据高炉煤气干法除尘的控制要求设计 了几个重 要 的联 锁 ， 以保证 高 炉煤气 干法 除尘 的正 常运行 。 1 定 时 或 定 差 压 反 吹 选 择 定 时 反 吹 时 ， 系统 根据设定的时间进行循环反吹， 每次反吹时跳过备用 和阀门有故障的箱体 ； 选择定差压反吹时， 当差压≥3 k P a时进行 反 吹 。 2 箱体卸灰与中间仓卸灰互锁 中间仓进行卸 灰时， 严禁打开箱体卸灰球阀进行卸灰 ； 箱体卸灰球阀 开启时 ， 严禁开启 中间仓卸灰阀。防止 除尘箱体形成 通路 ， 致使煤气泄漏， 造成安全事故。 3 中间仓卸 灰的过程 联锁 中间仓 进行 卸灰 时 ， 首先 打开 中 间仓放 散球 阀进行 泄压 ， 然后 打开 中 间 仓振动器和叶轮给料机 ， 最后打开中间仓卸灰球阀， 关 闭 时顺 序相反 。 4 输灰系统联锁 中间仓进行卸灰时必须保证 输灰系统的正常运行 ， 输灰系统产生故障时， 立即关闭 中间仓卸灰系统各 阀门， 同时依次关 闭输灰系统 。这 样才能保证不会造成中间仓积灰卸灰后大量堆积， 对 输灰系统的刮板机造成负荷加大 ， 发生断链事故 。 5节能环 保效 果 煤气净化除尘系统 的使用， 使高炉煤气得到了有 效地利用 ， 解决了煤气排放到大气中的浪费和污染 ， 实 现 了节能减排的 目的。经过净化除尘 ， 使煤气粉尘含 量 由 1 0 mg ／ m 减少到 5 mg ／ m。 ， 适合 TR T发电机的 使用 ， 同时经过锅炉 、 热风炉等的燃烧 以后， 排放到大 气中的污染物也明显减少。 煤气净化系统运行后 ， 净煤气温度提高了， 湿度降 低了， 对于 TR T发电机等设备的损坏更小 ， 也不容易 在 TR T静 叶结 晶， 极大地提高 了对机械的保护。同 时也提高了高炉热风炉烧炉时的理论燃烧温度 ， 使送 风温度可提高 3 O℃ 。经计算， 高炉送风温度每提高 3 O ℃ 时 ， 每 吨铁可 节 约焦炭 6 k g ， 如果 按 日产铁 3 3 0 0 t 计算 ， 每天节约焦炭 1 9 ． 8 t 。 下转第 1 6 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 6 2 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 2年第 4期 从图 3运行结果可 以看出 在被控对象模型不够 准确的情况下 ， 由于模糊控制器能够根据系统误差 e 和误差变化率 P 对常规 P I D 的参数 K 、 K， 、 K。 进 行在线修正， 因此系统 的控制品质明显有所改善 ， 超调 量小 ， 调节时间短 ， 响应速度较快。不管是给定值变化 扰动还是外部干扰 ， 系统都能很快恢复稳态 ， 说明这种 混合型模糊 控制器 ， 其动 态过渡过程 特性优 于常规 P I D控制， 不仅提高了系统的抗外部干扰能力 ， 还提高 了适应内部参数变化的鲁棒性 ， 减少了超调量， 改善了 系统的动态品质。 薰 60 p 4O ＼ 20 ，过瞒 信 ／ f 藿 ； 信 0 1 2 2 4 3 6 0 1 2 2 4 3 6 t ／ m i n t ／ m i n a 给 定值变化时系统 响应 曲线 b 有扰动发生时系统响应曲线 图 3 具 有滞后的、 温度控制 系统 实时 曲线 5 结论 实际在线运行表明 该混合型模糊 P I D不仅能发 挥 P I D控制精确的优点 ， 还发挥了模糊控制鲁棒性强 的优点， 特别是在负荷发生变化导致 系统参数发生改 变或对系统数学模型不够准确掌握 时均可获得令人满 意的控制效果， 较好地适应 了现实生产过程 中的控制 要求 ， 尤其适用于带有迟滞 、 时变及非线性的复杂控制 系统 ， 具有一定的实际应用价值 。 参考文献 [ 1 ] 曹立学． 基于智能仪表的 L C A系统的设计与实现[ J ] ． 机 械工程与 自动化 ， 2 0 0 9 5 1 2 7 1 2 9 ． [ 2 ] 王立新． 模糊系统与模糊控制教程[ M] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 阮勇． 一类模糊 P I D控制器的设计与分析[ J ] ． 信息与电 子 工 程 ， 2 0 0 7 3 2 1 6 - 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h u i 。XU Z h e n，LI U Z h e n g La i g a n g Au t oma t i o n De p a r t me n t ， S h a n d o n g I r o n a n d St e e l Gr o u p，La i wu 2 7 1 1 0 0，Chi n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b l a s t f u r n a c e g a s p u r i f i c a t i o n s y s t e m a s we l l a s t h e c o mp o s i t i o n a n d f u n c t i o n o f t h e g a s p u r i f i c a t i o n c o n t r o l s y s t e m f o r F u l u n 1 6 5 0 m3 b l a s t f u r n a c e ．Th i s a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m u s i n g t h e Ro c k we l l s e r i e s 1 7 5 6 PL C i s p o we r f u l a n d s i mp l e ，wh i c h ma k e t h e i n d u s t r i a l p r o d u c t i o n s y s t e m s a f e a n d r e l i a b l e o p e r a t i o n ． Ke y wo r d s g a s p u r i f i c a t i o n s y s t e m ；a u t o c o n t r o l ；P LC 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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