西门子PLC在热风炉系统中的应用.pdf

天舜琢 分 西门子 P I G在热风炉系统中的应用 王福新 天津市大象信息系 统有限公司， 天津 3 0 0 3 8 4 [摘要] 根据某钢厂热风炉系统的基本工艺要求， 采用西门子 4 0 0系列 P L C实现了热风炉系统的自动控制， 同时为过程 自动化级 L 2 提供及时、 准确的数据， 为全公司的 E R P系统服务。 经过半年的生产实践检验， 达到了原设计的各项要求。 验证了 应用自动化技术是现代工业生产发展的必然方向。 关键词热风炉焖炉送风燃烧 自动化控制 1 引言 1 3 5 0 m 3 高炉是某钢铁公司 2 0 0万 t 特殊钢产能 配套的重点工程， 炼铁工艺各主要工序包括热风炉系 统均采用西门子 P L C进行控制。全系统采用 U P S 供 电， 除了基础 自动化 L 1 级 ， 还设有过程 自动化 L 2 级， 并与公司 E R P相接， 具备远程监视功能。另外高 炉中控室设有 1 0块 6 0 i n 2行 5列 D L P大屏幕组 ， 既能监控各工序的 H M I 画面，又能替代传统的工业 电视功能。 网络设计充分考虑到炼铁各工序重要性 、 安全性 和操作地点设置等多因素。 核心工序的自动化系统采 用具有环网功能的交换机 ， 构成光纤以太环网。其它 辅助系统做为分支“ 挂接” 在该环网上。 2工艺概述 该钢厂炼铁系统共设 3 座旋切顶燃式热风炉 ， 燃 烧方式是中冶京诚公司的国家级专利。 采用节能的助 燃空气及煤气双预热技术 ， 以尽量节约能源、 提高热 风炉送风温度。烧炉采用低热值高炉煤气 该钢厂没 有焦化工序 ， 因此无焦炉煤气 ， 工作制采用“ 单炉送 风， 两烧一送” 。当一座热风炉出现故障等情况时， 也 西 门子主要硬件 4 0 0系列电源 2 块 ； 4 0 0 冗余 C P U 2 块 ； 的 H 子 通 监 制 以太网 C P模板 2 块 ； 3 0 0系列电源 7 块 ； I M1 5 3 模块 1 4 块 ； D I 模块 2 2 块 ； D O模块 1 1 块； A I 模块 l 6 块 ； A O模块 3 块 。 图 1 热风炉系统硬件结构 4 控制方式及主要控制功能 为方便生产操作 、最大程度地满足工艺人员要 求 ， 该控制系统共设 5种操作方式 全 自动 、 单炉 自 动、 联锁手动、 解锁手动、 机旁手动。 热风炉控制主要包括 燃烧转焖炉、 焖炉转送风 、 送风转燃烧 中间经过焖炉状态 3 种转换过程控制 ， 以及双预热系统控制、 高压助燃风机系统控制、 送风 温度控制 、 助燃空气与高炉煤气流量控制 、 休风控制、 一 2 4 ～ 微 机 应 用 与 自 动 化 西门子 P L C在热风炉系统中的应用 液压站控制系统 、 润滑站控制等。 该 自动化系统除了能完成正常的设备及流程监 视、 控制外 ， 还提供 了大量 的设备事故报警及生产状 态异常报警 ， 可打印各种生产报表 、 故障报警等。 4 ． 1 控制过程 4 ． 1 ． 1 燃烧转焖炉 单炉处于燃烧状态 ， 显示“ 燃烧” 信号 ； 然后 由操 作人员发 出“ 燃烧转焖炉” 指令 ， 阀门按程序依次动 作 关闭煤气调节阀、 煤气切断阀、 助燃空气调节阀、 助燃空气切断阀、 煤气燃烧阀； 打开煤气放散阀、 氮气 吹扫阀； 关闭烟道阀。 此时单炉处于焖炉状态， 完成燃 烧转焖炉。 4 ． 1 ． 2 焖炉转送风 单炉炉处于焖炉状态， 显示“ 焖炉” 信号。由操作 人员发出“ 焖炉转送风” 指令 ， 阀门按程序依次动作 打开充压阀， 开到中间限位延时设定时间后 ， 再全开 充压阀； 打开冷风阀、 热风阀； 关闭充压阀。此时单炉 处于送风状态， 完成焖炉转送风。 4 ． 1 ． 3 燃烧转送风 单炉处于燃烧状态 ， 显示燃烧信号。由操作人员 发出“ 燃烧转送风” 指令 ， 阀门按程序依次动作 关闭 煤气调节阀、 煤气切断阀、 助燃空气调节阀、 助燃空气 切断阀、 煤气燃烧阀； 打开煤气放散阀、 氮气吹扫阀； 关闭烟道阀 ； 打开充压阀． 开到中间限位延时设定时 间后 ， 再全开充压阀； 打开冷风阀、 热风阀； 关闭充压 阀。此时单炉处于送风状态， 完成燃烧转送风。 4 ． 1 ．4 送风转燃烧 单炉处于送风状态 ， 显示“ 送风” 信号。由操作人 员发出“ 送风转燃烧” 指令 ， 阀门按程序依次动作 关 闭冷风阀 、 热风阀； 此时热风炉处于焖炉状态 ， 显示 “ 焖炉” 信号， 打开废气阀； 当烟道阀前后压差小于设 定值时， 打开烟道阀； 关闭废气阀、 氮气吹扫阀； 打开 煤气燃烧阀； 关闭煤气放散阀； 打开助燃空气切断阀、 煤气切断阀、 煤气调节阀和助燃空气调节阀。此时单 炉处于燃烧状态 ， 完成送风转燃烧。 4 ． 2 热风 炉休 风操作 当热风炉系统收到休风指令后 ， 热风炉才能执行 休风操作。休风操作顺序 只能手动 关闭混风调节 阀／ 混风切断阀、 冷风阀、 热风阀； 打开废气阀、 倒流休 风阀。 此时热风炉处于焖炉状态， 倒流休风结束。 操作 人员解除“ 倒流休风” 信号 ， 热风炉恢复正常状态 关 闭倒流休风阀、 废气阀； 打开热风阀、 冷风阀、 混风切 断阀、 混风调节阀。 4 ． 3液 压 润滑 系统 热风炉的液压润滑系统的主要设备包括 2台主 油泵电动机 、 1台循环油泵电动机 ； 液位控制器、 数字 温控板、 过滤器压差开关 、 电加热器等各 1 个； 2 个电 磁溢流阀等。 磷 热风炉液压润滑站的 2台主油泵可以在本地和 嚣 远程启动停止 ， 2台主油泵互为备用 ，当系统工作压 力达到最低， 且油位、 油温都满足要求时， 打开对应的 譬 溢流阀， 同时起动主油泵电动机 ， 延时 3 s ， 关闭溢流 阀。 如果主油泵启动 5 s 后系统压力仍低于设定值 ， 停止 2台主油泵 ， 并发出报警信号。当系统工作压力 j 达到最高工作压力时 ， 延时 3 s ， 打开工作主油泵对应 一 的溢流阀， 主油泵卸荷 ， 直到工作压力低于设定 的最 瓣 高压力。电加热器可以依油温低报警自 动启动加热， ≯ 达到工作温度 自动停止加热。 霉 4 ． 4双预 热 系统 为节能和提高送风温度， 采用了烟气余热回收装 0 ≯ 置， 对助燃空气和高炉煤气分别进行预热。空气换热 麓 器与煤气换热器前后有电动阀门， 可以本地或远程操 作， 2台换热器侧并联旁路切断阀，如果气体温度高 i ； 于设定温度， 则自 动打开旁路切断阀。 i 4 ． 5 助 燃风机 系统 ≮ 助燃风机系统采用 2台高压风机 ， 其中 1 台为备 用， 可以本地或远程启动停止。 另外， 机旁操作箱通过 誊 ∥ P L C系统控制。在助燃风机送风状态下 ， 保持风机出 警 口切断阀全开， 使用风机风门调节阀控制风机出口压 j 力 。 学 4 ． 6 送风温度控制 在单炉处于送风状态下 ，保持冷风阀全开状态， 使用混风调节阀控制风温。 操作人员可以比较热风 目 标温度和热风主管温度 ，手动调节混风阀的开度， 即 鬻 调节渗入的冷风量， 以实现风温控制由工长控制。 琴 4 ． 7 报警 煤气压力降到规定值，正在燃烧的热风炉由燃烧 警 转为焖炉。 助燃风机突然停止或助燃空气压力降到规定值 ， 或助燃空气切断阀突然关闭， 正在燃烧的热风炉的燃 烧阀和煤气切断阀 自动关闭， 前两种情况亦要求同时 关闭助燃空气切断阀。 所有热风炉的热风阀和混风切断阀未全部关闭以 前不允许打开倒流休风阀， 倒流休风阀未全关前不允 许打开混风切断阀和热风阀。 微 机 应 用 与 自 动 化 一 2 5 天滓 么 管 3 0 0 0 t 复合加载设备的研制及试验方法的研究 孙宇 王双锁 刘家泳杨永昌 天津钢管集团股份有限公司， 天津 3 0 0 3 0 1 [摘要] 论述了 3 0 0 0 t 复合加载试验设备的设计过程， 包括设备主体 、 三点弯高压釜装置的设计及校核。建立了三点弯 曲力学模型， 对三点弯曲计算原理进行了研究 ， 并通过试验及标定对设备和力学模型进行了验证。结果表明， 3 0 0 0 t 复合加载 设备及配套装置的设计、 制造合理， 三点弯曲力学模型的建立准确。 关键词复合加载设备弯曲 高压釜挠度力学模型研究 3 0 0 0 t 多功能复合加载试验设备是石油套管评 价试验所必备的大型设备， 该设备可完成 I S 0 1 3 6 7 9 t J 规 定 的所 有试验 项 目 ，各 参数 的加载 能力 超过 I S O 1 3 6 7 9 标准规定及 目前世界上最领先的复合加载 设备， 精度达到标准要求， 填补了国内大规格石油套 管全面执行 I S 0 1 3 6 7 9评价试验的空白，可模拟地壳 应力 ，将三维应力及热应力 同时施加在一个样品上， 完成拉伸 、 压缩 、 密封 、 复合力等试验项 目。它是 目前 世界上吨位最大， 可模拟参数最多的整管实物性能评 价实验设备。 1 设备研制 1 ． 1 设备 能力及 构成 最大拉伸载荷 3 0 0 0 t ， 最大压缩载荷 1 8 0 0 t 。其 构成包括固定座、 活动座、 液压缸、 横梁、 载荷传感器 、 单耳、 试样夹具等 ， 如图 1 所示。 1 ． 2 设备设计及校核 1 ． 2 ． 1 设备设计方法 利用有限元模拟分析设备各部件的配合及受力 情况， 并通过人工计算对设计进行校核。为降低计算 座 图 1 3 0 0 3 t 复合加载试验设备简图 量、 提高计算精度， 进行了以下简化假设 1 所有接触面无摩擦； 2 所用 材料为弹性材料 ，弹性模量 为 2 0 7 0 0 0 MP a ， 泊松 比为 0 - 3 。 1 ．2 ． 2 有限元模型评估准则 依据 A P I R P 2 R D [2 1 中涉及的许用应力标准， 其使 用的是 A S ME锅炉和压力容器规范中指定 的分析设 计方法。评估准则如下 。C o - 1 O f t 1 ． 5 C O “ 2 p b l q 3 ． 0 C O - 3 当热风炉拱顶温度到一定数值时报警，提示停止 烧炉。 5 结束语 ⋯ 该 1 3 5 0 m 高炉 自动化系统装备先进、 选型档次 蚌。 高 、 各种功能丰富、 整体设计合理， 代表着当今高炉炼 5 铁 自动化的先进水平 。热风炉作为炼铁的一道工序 ， 其 自动化系统经过半年的运行 ，从未出现过通讯故 障 、 控制功能不稳定等问题， 完全达到了原设计的技 术要求和工艺要求 ， 且操作非常方便 ， 受到用户的好 评 ， 为高炉安全稳定生产提供了可靠的保证。 收稿2 0 1 1 - 0 6 1 6 责编崔建华 参考文献 【 1 】 马竹梧． 炼铁生产自 动化技术[ M ] E 京 冶金工业出版社， 2 0 0 5 [ 2 ] 刘瑜． 冶金过程 自动化技术[ M】 ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 3 】 周传典． 高炉炼铁生产技术手册[ M 】 ． 北京 冶金工业出版社 2 0 0 8 ． 作者简介 王福新， 金属塑性加工专业毕业 ， 硕士研究生， 主要从事冶金 自 动控制的实用开发工作， 现任天津市大象信息系统有限公司副总经 理 。 机 电 设 备