plc在首秦1200m3高爐煤氣干法除塵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用_secret

1、PLC在首秦1200M3高爐煤氣干法除塵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用（提供：北京首鋼設(shè)計(jì)院 馬維理 任紹峰） HYPERLINK /tech/example/include/3115.asp l 1#1 【在線(xiàn)聯(lián)系作者】摘要：本文介紹了可編程控制器(PLC)在首秦1200M3高爐煤氣干法除塵監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。PLC除了用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)采集和處理以外，還用來(lái)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備的連鎖自動(dòng)控制。此外，工控組態(tài)軟件iFIX作為一種標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)界面(HMI)被用于監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。關(guān)鍵詞： 可編程控制器(PLC) 干法除塵 過(guò)程監(jiān)控 iFIX組態(tài)軟件 THE APPLICATION OF PLCs

2、IN THE PROCESS MONITORING AND CONTROL FOR SHOUQIN 1200 M3 BLAST FURNACE DRY-DUSTING SYSTEMBeijing Shougang Design Institute MA Weili REN ShaofengAbstract: In this paper, we discuss the application of Programmable Logic Controllers(PLCs) in the process monitoring and control for SHOUQIN 1200M3 blast

3、furnace dry de-dusting system. The PLCs are mainly utilized for collecting process data as well as realizing autocontrolling of field mechanism. In addition, iFIX configuration software with a Human man-Machine Interface (HMI) is used to monitor the dynamical industrial process. Keywords: PLC de-dus

4、ting system Monitoring and Control iFIX configuration software 1、 概述首鋼-秦皇島（以下簡(jiǎn)稱(chēng)首秦）1200M3高爐工程干法除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)備性能和自動(dòng)控制的好壞，將直接影響首秦高爐工程干法除塵的效果。本工程采用了具有高性能、高可靠性并經(jīng)濟(jì)實(shí)用的PLC系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下也能可靠工作，編程軟件和上位軟件具有良好的用戶(hù)界面，具備多種編程語(yǔ)言，使程序編寫(xiě)、軟件調(diào)試和系統(tǒng)維護(hù)都極為簡(jiǎn)便。本文重點(diǎn)介紹首秦自動(dòng)化系統(tǒng)硬件、PLC編程軟件和自動(dòng)化控制系統(tǒng)在系統(tǒng)調(diào)試中遇到的一些問(wèn)題及處理措施。 2、 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

5、硬件首秦1200M3高爐工程干法除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)PLC選用施耐德QUANTUM系列可編程控制器，主機(jī)架選用10槽結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程I/O機(jī)架為10槽和16槽結(jié)構(gòu)，CPU選用140CPU43412模塊。PLC主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架的連接采用932系列遠(yuǎn)程I/O模塊，為雙纜方式連接，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)共有1個(gè)主機(jī)架和3個(gè)遠(yuǎn)程I/O機(jī)架，分在3臺(tái)PLC柜中安裝。PLC與上位工控機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)連接。上位系統(tǒng)共有3臺(tái)工控機(jī)，其中一臺(tái)放在高爐主控中心，用于監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況，另外兩臺(tái)放在干法除塵控制室，用于系統(tǒng)監(jiān)控。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： QUANTUM是施耐德電氣公司推出的世界上第一個(gè)通用自動(dòng)化

6、平臺(tái)，可以滿(mǎn)足大部分離散和過(guò)程控制的經(jīng)濟(jì)和靈活的硬件控制平臺(tái)，因此我們選用高性?xún)r(jià)比的PLC-QUANTUM,其具有如下特性： 其控制器為模塊化結(jié)構(gòu)； 采用高性能的IntelCPU； 所有I/O 模塊均可帶電熱插拔； 具有多種智能型模塊，滿(mǎn)足用戶(hù)特殊要求； 在網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)上，QUANTUM 提供10/100M自適應(yīng)TCP/IP以太網(wǎng)接口模塊，同時(shí)支持通用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如: CISCO、Dlink、3COM等； QUANTUM 能夠提供多種I/O 技術(shù)。 先進(jìn)的技術(shù)、無(wú)以倫比的可靠性、開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)使QUANTUM 成為過(guò)程控制的優(yōu)秀產(chǎn)品。3、自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件和上位編程軟件3.1 Windows

7、 2000 Professional是美國(guó)Microsoft微軟公司最出色的產(chǎn)品之一，首秦高爐工程干法除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)選用Windows 2000 Professional中文版操作系統(tǒng)。3.2 iFIX（中文版）上位組態(tài)軟件是Intellution公司的拳頭產(chǎn)品，它的數(shù)據(jù)庫(kù)、畫(huà)圖、顯示、歷史趨勢(shì)，不但可以畫(huà)出逼真的圖形，還能將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)快速顯示在屏幕上；它可以在屏幕上制造出按鈕來(lái)取代真正的按鈕完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作；它能將數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)按時(shí)間存放在數(shù)據(jù)文件里供歷史趨勢(shì)文件調(diào)用顯示，這樣就能把幾小時(shí)、幾天、甚至幾個(gè)月前的數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的形式展示給工程師們，以便分析事故和改進(jìn)工藝。3.3 施耐德電氣

8、公司的Concept工程師站組態(tài)軟件包，是業(yè)界公認(rèn)的功能強(qiáng)大的編程組態(tài)平臺(tái)。 支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)：Windows 95/98/NT/2000； 符合IEC 1131-3 標(biāo)準(zhǔn)的全部五種編程模式：梯形圖，結(jié)構(gòu)化文本，順序功能圖，功能快圖和指令表； 派生函數(shù)塊（DFB）編輯器； 面向?qū)ο蟮木幊谭绞椒袭?dāng)今系統(tǒng)集成的趨勢(shì)； 內(nèi)置模擬仿真調(diào)試器：可離線(xiàn)仿真，加快應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和調(diào)試； C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具； 專(zhuān)業(yè)化的過(guò)程控制函數(shù)庫(kù)； 提供多達(dá)7 層的軟件存取保護(hù)，防止非法訪(fǎng)問(wèn)，安全、可靠； 強(qiáng)大的在線(xiàn)幫助功能，界面友好，信息量大，極大方便應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員的使用。因此，Windows 2000 Profess

9、ional、Intellution iFIX中文版和Concept可以說(shuō)是首秦高爐工程干法除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的“三駕馬車(chē)”，共同完成了對(duì)首秦高爐工程干法除塵系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)視控制任務(wù)。4、自動(dòng)化控制系統(tǒng)4.1 首秦煤氣干法除塵工程包括換熱器系統(tǒng)、布袋室系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)和外管系統(tǒng)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)是工程最重要核心組成部分，該系統(tǒng)設(shè)備包括1個(gè)電源柜，3個(gè)PLC柜，1個(gè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)柜，1個(gè)蝶閥控制柜，2個(gè)脈沖閥控制柜，20個(gè)機(jī)旁操作箱及各種檢測(cè)設(shè)備等。以下詳細(xì)介紹各自動(dòng)化控制系統(tǒng)：4.1.1 換熱器系統(tǒng)包括3個(gè)DN1800電動(dòng)蝶閥、2個(gè)DN1800眼睛閥和自動(dòng)補(bǔ)水裝置。在干法除塵控制室畫(huà)面上能夠顯示3個(gè)DN1

10、800蝶閥的開(kāi)到位、關(guān)到位狀態(tài)并能控制其開(kāi)關(guān)，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)3個(gè)DN1800蝶閥旁各自的控制箱可以手動(dòng)狀態(tài)下對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。3個(gè)DN1800在畫(huà)面上都選擇自動(dòng)方式，當(dāng)荒煤氣總管溫度大于260或重力除塵器后荒煤氣溫度大于280的時(shí)候，程序會(huì)自動(dòng)把換熱器管道上的2#和3#DN1800蝶閥打開(kāi)并開(kāi)到位后才關(guān)閉1#DN1800蝶閥；當(dāng)重力除塵器后荒煤氣溫度小于250或者荒煤氣總管溫度小于200的時(shí)候打開(kāi)主管道1#DN1800蝶閥并開(kāi)到位后才關(guān)閉2#和3#DN1800蝶閥。無(wú)論自動(dòng)方式還是手動(dòng)方式，必須保證從重力除塵器出口的煤氣通向干法除塵系統(tǒng)的一條通道是打開(kāi)的，不能同時(shí)關(guān)閉兩條通道。自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)能夠自

11、動(dòng)地?fù)Q熱器提供軟水，以確保換熱器的正常工作，在控制室設(shè)有自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)的控制箱（能夠完成自動(dòng)補(bǔ)水功能，同時(shí)有水位高低的聲光報(bào)警）。4.1.2 布袋室系統(tǒng)包括10個(gè)DN4000布袋室，20個(gè)DN700氣動(dòng)蝶閥,20個(gè)DN700眼睛閥,低壓脈沖裝置和含塵量檢測(cè)儀等。在干法除塵控制室畫(huà)面上能夠顯示20個(gè)DN700眼睛閥的橫移開(kāi)到位、橫移關(guān)到位兩種狀態(tài)和20個(gè)DN700氣動(dòng)蝶閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在畫(huà)面上能夠控制20個(gè)DN700氣動(dòng)蝶閥的開(kāi)關(guān)；同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)20個(gè)DN700眼睛閥和20個(gè)DN700氣動(dòng)蝶閥旁各自的控制箱可以手動(dòng)狀態(tài)下對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。脈沖反吹控制系統(tǒng)共有10個(gè)布袋除塵箱，每個(gè)箱體15個(gè)24VDC脈

12、沖閥， 脈沖閥的操作有兩種方式，程序上均可設(shè)定 (定壓差操作：脈沖閥按荒、凈煤氣總管差壓值（2.54KPa）啟動(dòng)，稱(chēng)為定壓差操作；定時(shí)操作：按時(shí)間操作，定時(shí)操作時(shí)間可調(diào)，從連續(xù)反吹到數(shù)小時(shí)反吹) 。全部操作由PLC自動(dòng)控制完成，每個(gè)箱體依次進(jìn)行，在自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，除人工選擇的箱體外，其他箱體依次完成自動(dòng)反吹-過(guò)濾操作。反吹-過(guò)濾自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序：電源接通后第一個(gè)脈沖閥啟動(dòng)，向一排濾袋噴射氮?dú)?，完成一排濾袋的反吹清灰，第一個(gè)脈沖閥噴吹后520秒鐘第二個(gè)脈沖閥動(dòng)作（時(shí)間間隔可調(diào)），直到全部脈沖閥動(dòng)作，完成一個(gè)箱體的反吹工作，再進(jìn)行第二個(gè)箱體的反吹，反吹的程序與第一個(gè)箱體相同。反吹又分在線(xiàn)反吹和離線(xiàn)反吹兩種

13、方法。如果箱體進(jìn)出口蝶閥打開(kāi)，煤氣在流動(dòng)狀態(tài)逐排反吹，直到15牌濾袋反吹完畢，轉(zhuǎn)至下一個(gè)箱體，稱(chēng)為在線(xiàn)反吹；箱體反吹前按程序關(guān)閉進(jìn)出口蝶閥，切斷煤氣實(shí)行反吹，反吹完畢再打開(kāi)蝶閥，稱(chēng)為離線(xiàn)反吹。一般多為前者，有些單位則采用離線(xiàn)反吹。今后可以進(jìn)行對(duì)比，選擇更優(yōu)方案。下面是反吹系統(tǒng)的詳細(xì)說(shuō)明： a) 脈沖柜控制方式：此種方式可在脈沖柜上進(jìn)行操作。b) 計(jì)算機(jī)控制方式在脈沖柜上的每個(gè)箱體選為“自動(dòng)方式”時(shí),在監(jiān)控畫(huà)面上又分為“手動(dòng)反吹”和“自動(dòng)反吹”兩種方式。在畫(huà)面上選擇“反吹系統(tǒng)手自動(dòng)切換”按鈕，彈出以下畫(huà)面。選擇為手動(dòng)狀態(tài)，點(diǎn)擊分畫(huà)面中的每個(gè)箱體旁邊的手動(dòng)反吹按鈕，就可進(jìn)行單獨(dú)箱體的反吹。選擇為自

14、動(dòng)狀態(tài)，又可選擇定時(shí)和定壓兩種反吹的方式。系統(tǒng)默認(rèn)為定壓反吹方式。點(diǎn)擊“反吹參數(shù)設(shè)置” 按鈕彈出反吹參數(shù)設(shè)置的畫(huà)面，可以進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。 本系統(tǒng)的自動(dòng)化檢測(cè)項(xiàng)目包括：每個(gè)箱體的荒凈煤氣支管溫度，每個(gè)氮?dú)夥创捣謿獍鼔毫Σ⒂脡毫Ρ憩F(xiàn)場(chǎng)顯示，DN700眼鏡閥前后壓力就地顯示，布袋除塵器前后荒煤氣總管壓差，各布袋室進(jìn)出口（荒、凈煤氣支管）壓差和含塵量檢測(cè)（包括各布袋室箱體出口凈煤氣支管，荒、凈煤氣總管和大灰倉(cāng)出口，共13點(diǎn)；以上數(shù)據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，在主控中心有液晶顯示其數(shù)值并在畫(huà)面上有超高報(bào)警）。要求以上各點(diǎn)遠(yuǎn)傳至控制室顯示。4.1.3 卸灰系統(tǒng)包括1個(gè)DN4000大灰倉(cāng)，2個(gè)DN150電動(dòng)球閥，10個(gè)

15、DN300球閥，10個(gè)DN300放灰閥，10個(gè)DN80球閥，22個(gè)倉(cāng)壁振動(dòng)器等。卸灰操作可在現(xiàn)場(chǎng)或控制室手動(dòng)操作，10個(gè)布袋室逐個(gè)卸灰，當(dāng)一個(gè)箱體達(dá)到高灰位時(shí)開(kāi)始卸灰，當(dāng)達(dá)到低灰位時(shí)停止卸灰，有經(jīng)驗(yàn)時(shí)可定時(shí)操作，卸灰程序如下：1）打開(kāi)DN150煤氣電動(dòng)球閥或DN150氮?dú)怆妱?dòng)球閥；2）打開(kāi)DN80氣動(dòng)球閥；3）打開(kāi)DN300氣動(dòng)卸灰閥（鐘型閥）；4）開(kāi)啟倉(cāng)壁振動(dòng)器； 關(guān)閉時(shí)反向操作。每次只能操作一個(gè)箱體,如果運(yùn)行中有2個(gè)或2個(gè)以上的箱體同時(shí)到達(dá)高灰位，這時(shí)需要人工手動(dòng)干預(yù)選擇，保證同一時(shí)間只能對(duì)一個(gè)箱體進(jìn)行卸灰，防止灰量過(guò)大，堵塞輸灰管。布袋除塵灰由氣力輸送至大灰倉(cāng)，如果以?xún)裘簹廨敾?，則凈化后

16、進(jìn)入低壓煤氣管網(wǎng)或放散；如果以氮?dú)廨敾?，則凈化后直接放散，大灰倉(cāng)的灰由罐車(chē)運(yùn)輸。大灰倉(cāng)上面設(shè)有DN300輸灰氮?dú)夥派⒌y，DN400輸灰煤氣回收蝶閥和DN400輸灰煤氣回收扇形盲板閥；大灰倉(cāng)下面設(shè)有DN350氣動(dòng)耐磨球閥。卸灰系統(tǒng)分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。本系統(tǒng)的自動(dòng)化檢測(cè)項(xiàng)目包括：大灰倉(cāng)后煤氣連通管壓力，輸灰總管道壓力，大灰倉(cāng)壓差和灰位檢測(cè)（布袋室與大灰倉(cāng)高高、高和低灰位，共33點(diǎn)，超過(guò)做報(bào)警）。要求以上各點(diǎn)遠(yuǎn)傳至控制室顯示。4.1.4 外管系統(tǒng)的檢測(cè)項(xiàng)目包括： 重力除塵器前后荒煤氣溫度，氮?dú)鈨?chǔ)氣罐氮?dú)鈮毫?，氮?dú)鉁p壓閥后氮?dú)鈮毫蛪嚎s空氣總管壓力。要求以上各點(diǎn)遠(yuǎn)傳至控制室顯示。 4.2 首秦煤

17、氣干法除塵上位監(jiān)控系統(tǒng)本系統(tǒng)共分9個(gè)畫(huà)面，包括“干法過(guò)程系統(tǒng)總圖” 、“1-2#除塵器畫(huà)面” 、“3-4#除塵器畫(huà)面” 、“5-6#除塵器畫(huà)面” 、“7-8#除塵器畫(huà)面” 、“9-10#除塵器畫(huà)面” 、“大灰倉(cāng)畫(huà)面” 、“歷史曲線(xiàn)畫(huà)面” 、“系統(tǒng)報(bào)警及高爐指令畫(huà)面”。各個(gè)畫(huà)面可以自由切換。 所有重要的測(cè)量參數(shù)有自動(dòng)記錄曲線(xiàn)，并有歷史記錄。4.3 為了保證首秦干法除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全、可靠，工程設(shè)計(jì)要求其接地電阻小于1歐姆。自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)從未出現(xiàn)過(guò)系統(tǒng)干擾錯(cuò)誤、安全可靠。為了增加自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全、可靠性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)又采取如下軟硬件措施：4.3.1 系統(tǒng)主要設(shè)備和自動(dòng)化軟件是進(jìn)口的，應(yīng)用

18、軟件自己編程；4.3.2 系統(tǒng)供電除了正常供電外，另加UPS電源，掉電可保證15分鐘自動(dòng)供電；4.3.3 在系統(tǒng)軟件編程中采取安全可靠性技術(shù)處理，如加模擬量濾波、加緩存、互鎖、均有對(duì)故障的判斷、顯示、報(bào)警和處理等。本工程的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在控制網(wǎng)絡(luò)和可擴(kuò)展性方面予以了較強(qiáng)的能力，選用的PLC控制器為完全模塊化，配置靈活，擴(kuò)展方便，易于升級(jí)。QUANTUM PLC系統(tǒng)還具有標(biāo)準(zhǔn)的總線(xiàn)系統(tǒng)接口，用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，上位機(jī)還可以通過(guò)以太網(wǎng)與公司管理級(jí)及調(diào)度室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，滿(mǎn)足首秦公司的整體要求。5、 自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行根據(jù)首秦公司一期工程總體進(jìn)度要求，干法除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)制訂了詳細(xì)的工程施工和調(diào)試方案。于2004年1月至2月完成PLC應(yīng)用軟件的編寫(xiě)和上位畫(huà)面的制作；3月分別進(jìn)行各系統(tǒng)的單體調(diào)試和聯(lián)動(dòng)試車(chē)，4月中旬基本調(diào)完，4月下旬正式試運(yùn)行；5月上旬電氣自動(dòng)化進(jìn)行多次聯(lián)動(dòng)試車(chē)，標(biāo)志著首秦干法除塵系統(tǒng)具備投產(chǎn)條件；6月7日首秦干法除塵系統(tǒng)順利投產(chǎn)。