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UniMAT PLC在工业MRO中的应用
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课程介绍

目录
一、冶金行业...............................................................................................................................................................................2
1.UniMAT PLC 在 10M
2 竖炉控制系统中的应用............................................................................................................. 2
2.UniMAT PLC 在高炉电气自动化控制系统中的应用.................................................................................................10
3.UniMAT PLC 在高炉喷煤控制系统中的应用.............................................................................................................21
二、电力行业.............................................................................................................................................................................34
1.UniMAT PLC 在燃机电厂重油处理自动控制系统中的应用.....................................................................................34
2.UniMAT PLC 在垃圾焚烧电厂项目中的应用.............................................................................................................42
3.UniMAT PLC 在氧化镁熔炼电弧炉控制系统中的应用.............................................................................................58
三、石化行业.............................................................................................................................................................................61
1.UniMAT PLC 在天燃气压缩机改造控制系统的应用.................................................................................................61
2.UniMAT 200 系列 PLC 在沥青乳化设备上的应用....................................................................................................69
3.UniMAT PLC 在油气润滑控制系统上的应用.............................................................................................................73
四、建材行业.............................................................................................................................................................................77
1.UniMAT PLC 在某水泥有限公司 DCS 控制系统的应用.............................................................................................77
2.UniMAT PLC 在建材生产线上的应用.........................................................................................................................88
五、汽车制造行业.................................................................................................................................................................... 90
1.UniMAT PLC 在汽车发动机装配线控制系统的应用.................................................................................................90
2.UniMAT PLC 在汽车厂冲压机电气系统改造中的应用.............................................................................................94
六、水处理行业...................................................................................................................................................................... 102
1.UniMAT PLC 在恒压供水系统中的应用...................................................................................................................102
2.UniMAT PLC 在恒温恒压供水系统中的应用...........................................................................................................105
3.UniMAT PLC 在污水处理控制系统中的应用...........................................................................................................108
4.UniMAT CPU124XP 在恒压供水上的应用.................................................................................................................112
5.UniMAT PLC 在泳池控制系统的应用.......................................................................................................................119
七、暖通行业.......................................................................................................................................................................... 123
1.UniMAT PLC 在暖通行业的应用...............................................................................................................................123
2.UniMAT PLC 在淮南田集电厂暖通控制系统中的应用...........................................................................................126
3.UniMAT PLC 在恒温恒湿手术室中央空调控制系统中的应用...............................................................................134
八、塑机行业.......................................................................................................................................................................... 136
1.UniMAT PLC 在双工位挤塑机控制系统中的应用...................................................................................................136
2.UniMAT PLC 在中空成型机控制系统中的应用.......................................................................................................144
3.UniMAT PLC 在塑料挤出机控制系统中的应用.......................................................................................................147
4.UniMAT PLC 在高光模温机上的应用.......................................................................................................................151
九、纺织机械.......................................................................................................................................................................... 154
1.UniMAT PLC 在制造样品织布纺机控制系统中的应用...........................................................................................154
2.UniMAT PLC 在涂布白板纸生产线_绝干量控制系统的应用.................................................................................156
3.UniMAT PLC 在 PH 值在线检测控制系统上的应用.................................................................................................158
十、电子设备.......................................................................................................................................................................... 162
1.UniMAT PLC 在套脚机控制系统中的应用...............................................................................................................162
十一、矿山机械...................................................................................................................................................................... 168
1.UniMAT PLC 在磁选铁矿工艺中的应用...................................................................................................................168
2.UniMAT PLC 在矿用隔爆馈电开关智能控制系统中的应用...................................................................................170
十二、包装机械...................................................................................................................................................................... 175
1.亿维 UN 260 接口模块在特殊薄膜生产中的应用..................................................................................................175
十三、其它...............................................................................................................................................................................180
1.UniMAT PLC 在水龙头检测设备中的实际应用.......................................................................................................180
一 、 冶金行业
1 1 .T UniMAT C PLC 在 在  10M
2 2
竖炉控制系统中的应用
一 、 系统设计的依据
本系统依据某公司新建10M
2 竖炉工程的总体图纸资料对电气、仪表、自动化控制系统的要求,经过与甲方相关
工程技术人员进行交流,并在我公司同类系统的成功经验及竖炉生产的工艺要求、系统结构、主要功能基础上进行
设计的。
系统包括高压、低压、仪表及自动化四个部分。在此,我们主要介绍竖炉自动化控制系统。
二、 、  系统概述
2 2. 1 1 主要功能说明及设备
工艺中采用了大量的仪表、传感器,用于采集温度、压力、流量等数据,我公司将多种信号集成于计算机自动
控制系统实现了生产过程中工艺参数的实时监测及控制。
竖炉自动化系统采用全网络、全数字化结构,采用西门子S7-300PLC和亿维UniMAT的I/O模块构成、研华ADAM模
块与上位机组成电控、仪控、计算机控制的“三电”系统结构。
竖炉生产工艺主要设备有:配料、烘干、造球、生筛、布料、焙燃、卸料、成品卷扬机等。辅助设备有:鼓风
机、循环水泵、软水泵、煤气加压、汽包冷却、电除尘、稀油润滑、电气自动化系统和仪表系统等。
2 2. 2 2 工艺概述
竖炉球团生产是一个集制气、润磨、配料、烘干、造球、布料、烧结、卸料等于一体的复杂过程。首先,来自原
料厂粉末状铁精矿与膨润土,按照一定的配比,经过配料系统后形成混合物料,由皮带机运至烘干机,经过烘干机除
湿并混合均匀后送入圆盘造球机,使原料形成一定大小的圆球(生球)。然后,生球经过布料车布料后进入竖炉,对生
球按照一定的规律进行烧结,形成的成品球输出到成品球料场,作为炼铁的炉料。
生产中最主要的控制环节为竖炉本体工段,其工艺流程如图1 所示。从造球工段来的生球通过布料车送到烘干
床上;烘干后的生球送入竖炉后,要经过预热、培烧和均热带,生球在这三个温度带中进行热交换,所需要的热量均
来自于竖炉本体的两个燃烧室;高温熟球经冷却后,通过齿辊的转动,排出到电磁振动给料机上;最后振动给料机将
熟球送至出料小车运至料场。
图 1 竖炉工艺流程图
三 、 系统要求
从功能上看,竖炉系统由四个环节组成,各环节工艺过程和影响因素如下:
3.1温度控制环节:
竖炉内温度分布是球团矿质量的决定因素之一,一般认为竖炉焙烧球团矿存在五个带,分别为干燥带、预热带、
焙烧带、均热带和冷却带,理想的温度分布曲线大致如图2 所示
实际上,竖炉温度分布往往很难形成明显的温度带,因此想要直接精确地控制其温度是不可取的。通常采用控制燃烧
室的温度来间接控制竖炉中的温度。影响燃烧室温度的主要因素是煤气和助燃风的流量,所以在温度控制环节中,主
要是控制煤气和助燃风的流量。
3.2空气控制环节:
它是非常重要的,不仅是温度控制环节中的助燃风,而且研究和应用表明,改变气流成分和分布(主要是冷却风) ,
可以一定程度上改变炉内部温度分布。
3.3布料控制环节:
布料均匀对优化焙烧和炉况是非常重要的。造成布料不均匀的因素主要有:生球来料不均匀、布料车的工作机制
等。在此系统中假定生球来料均匀,针对布料车的工作机制,我公司通过引入PLC逻辑控制,以达到料车的动作要求。
3.4卸料控制环节:
影响均匀卸料和保持物料平衡的主要因素有:炉内物料的结块状况和卸料机制等。如果在卸料机制方面做到勤
排或连续排料,对改善炉况是比较有利的。卸料口的物料检测非常重要,一方面可用于物料平衡控制,另一方面可用
于预警和报警,如果炉内有烧结现象,在卸料过程中会有反映,预警功能会提醒岗位工人马上处理,把故障消灭在萌
芽状态。
四 、 系统配置与功能实现
根据以上对竖炉系统设计思想、工艺通过分析, 采取控制方案如下:
4.1 、 自动化系统组成
自动化控制系统根据功能设置为:原料系统、烘干系统、造球系统、生筛布料系统、竖炉本体系统,分别
对本系统内的电气、仪表参数进行监测和控制.原料配料部分主要由单片机构成的皮带秤控制系统、生筛布料系统
分别由PLC进行工艺控制;竖炉本体系统由研华数据模块进行工艺控制,以上各系统配用网络通讯模块,保证上位
机与PLC的正常通讯及便于在线监视及在线修改,由上位机进行监控和发布指令,完成对竖炉的整个工艺生产过程
的控制。
4.2 控制功能
该系统主要完成以下四种功能:
4.2.1数据采集
ADAM数据采集模块负责采集煤气、助燃风、冷却风的流量、压力及竖炉各部位的温度,经过处理后,把对应的有
效工艺参数通过通讯模块传给竖炉工段工控机,由上位机根据设定的算法来进行自动调节。
例:压力测量的变换单元均采用精度0.2级的电容式压力变送器,变送器产生一个与实际压力相对应的4~20mA信号
再由研华模拟量采集模块接收,在组态画面上显示实时的压力值。
4.2.2阀门控制
阀门控制主要是对各个电动调节阀的开度量大小进行控制。阀门控制器的输入控制信号为4~20mA 电流信号,电
动调节阀产生4~20mA的阀位反馈信号输出。阀门控制系统由伺服调节器和ADAM模块构成,控制信号通过工控机发送
给控制模块,控制模块输出控制信号给操作器,操作器输出控制信号驱动执行机构使电动调节阀达到指定开度,并反
馈阀位开度信号,通过数据采集模块传给工控机。
4.2.3生产过程控制
控制的主要对象是布料车和卸料机、造球工段圆盘给料机、造球工段圆盘造球机、皮带等。考虑到生产过程中
各设备之间的配合与联锁,及控制系统的安全、稳定和可靠性要求,采用西门子300CPU和亿维的分布式I/O系列
模块进行控制
4.2.4用户界面
用户界面功能主要包括:处理来自数据采集系统的生产工艺参数,形成生产中的用户界面;根据工艺参数,采用
相应的控制策略和算法,形成合理的控制量输出给阀门控制系统或生产过程控制系统;各生产过程工艺流程图显示;
重要工艺参数的实时显示、历史趋势图显示;故障报警和事件记录显示、煤气用量报表显示等。
4.3 、 控制系统的组成
原料系统 成品系统
烘干系统 造球系统 筛分系统 焙烧系统
4.3.1 竖炉系统的控制
竖炉系统的控制主要包括:原料控制系统、造球室系统、烘干控制系统、生筛布料、焙烧系统、成品系统;辅
助系统:循环水泵房、软水站系统、鼓风机站系统、电除尘系统、煤气加压系统等几大系统. 以下将对各部分分别
予以阐述
4.3.2 原料控制系统
原料系统主要由圆盘给料机、皮带秤组成,设备采用变频调速对圆盘进行控制,可以根据需要的料流随时进行
调节。控制方式:集中控制和机旁手动相结合的方式,机旁时可以根据需要进行手动调速,并与机旁箱上的速度显
示表进行对照达到速度要求,集中时可在上位机通过组态画面进行料流速度设定,在画面中输入相应的参数,系统
可根据设定的参数自动调整圆盘给料机与皮带秤之间的匹配速度,配好的原料由1#皮带送至烘干机。此系统主要由
单片机自动控制的逻辑过程来完成。
4.3.3 烘干机控制系统
由1#皮带机送进的原料,经振动给料斗送入烘干机。烘干机系统由烘干机、助燃风机、加料皮带、仓壁振动器、
仪表组成,用于原料厂粉末状铁精矿与膨润土按照一定比例混合的原料,经过烘干机去除多余的水份并使原料混合
均匀。烘干机采用软启动进行控制,减少电流冲击。
烘干机控制的联锁条件为:2#皮带运转 烘干机 1#皮带
仪表监测点如下
温度测量:共有两点,燃烧炉出口温度1点、烘干机尾罩温度1点。
压力测量:共有两点,分别为助燃风总管压力、煤气总管压力。
流量测量:共有1点,煤气总管流量。
仪表柜上配有手动/自动调节仪,进行对煤气总管压力和燃烧炉出口温度的调节。
4.3.4 造球系统
圆盘造球机把烘干混合均匀后的生料制成一定大小的圆球(生球)。系统中的圆盘给料机均由变频控制,造球机
由软启动控制,因生产中对原料中的水份难以控制且要求球的大小均匀,需操作工对此进行实时观察并采取相应的
措施,因此控制方式采用自动的PID不太适用而多为手动,在每台圆盘造球机处配有机旁操作箱,通过调节电位器
来控制圆盘给料机的速度及电振、造球机的启动停止。造好的生球由4#皮带运至生筛机。
4.3.5筛分焙烧系统:
从造球机出来的生球经过筛分、布料车布料后进入竖炉,对生球进行烧制,各设备之间的联锁如下:
布料皮带电机 5#皮带运转 圆辊筛 4#皮带
3#皮带运转 S1皮带运转
3#皮带运转 2#皮带运转
5#皮带运转 6#皮带运转
4#皮带运转 圆盘造球机 圆盘给料机 3#皮带
4.3.6本体焙烧系统:
需要控制的对象主要包括:煤气总管、支管电动调节阀,助燃风总管、支管电动调节阀,冷却风总管流量电动调
节阀,布料车和卸料机。为了充分发挥设备的性能,保证整个生产过程安全可靠,自动控制系统采用两级计算机控制
方案,上位机采用工控机,下位机采用西门子PLC 和亿维的UNIMAT的I/O模块。
对于自动布料系统,主要是开环控制,控制布料车来回行驶的速度,以实现布料均匀。对竖炉温度控制环节,采用
PID 和神经网络相结合的控制方法。
竖炉温度控制环节主要是控制燃烧室的温度在工艺要求范围内,可运用两个闭环PID 调节回路构成煤气、助燃
风比例调节系统以控制燃烧室的温度。其系统控制框图如图3 所示。
图3 竖炉温度控制框图
其中PID 控制器设计为单神经元自适应PID控制器,可动态地调整PID 控制器的3 个参数,以满足实时控制的要求。
4.4 各控制系统监控画面如下
4.4.1焙烧系统画面中如下图:
通过此画面可以对焙烧各点温度、压力、流量、阀门开度进行监控,并可以对各调节阀门进行调节。画面还包括汽
包液位、软水泵的启停、运行状态等。
4.4.2 生产中对煤气的用量要进行报表记录,以方便对煤气的使用情况进行定时统计,给生产调度带来方便。煤气
累计流量报表画面如下:
4.4.3 温度曲线有两部分:<温度曲线一>主要为燃烧室各点温度、焙烧带温度、均热带温度。<温度曲线二>主要为
烘干床、排料、烟罩温度。通过此曲线可以分析生产中各段温度。使各点温度与工艺要求对比,给生产操作带来依
据。
4.4.4 报警画面:包括主画面中所有的点,通过设置上限、下限或状态可对采集的参数进行有效的报警,提醒操作
人员及早发现以便对问题及时进行处理。也可在发生故障后通过报警记录对问题进行分析,防止以后类似问题再次
发生。
4.4.5 煤气流量曲线:可观察不同时刻点的流量,实时进行监控。
4.5 高压系统在此不作说明
五 、 使用效果分析
本自控系统在满足技术要求的情况下,根据各设备的工作要求,选择了西门子(SIEMENS)公司的 PLC-300
系列 CPU 和亿维的 I/O 模块构成,提高了系统稳定性,又在一定程度上节省了系统成本。该系统在投入运行后状态
良好。
2 2 .T UniMAT C PLC  在高炉电气自动化控制系统中的应用
秦皇岛百工钢铁有限公司 李玉强
摘要 :结合秦皇岛百工钢铁有限公司 680M3 高炉电气自动化仪表控制系统的现场实际情况,重点阐述了亿维
UN200 和 UN300 系列 PLC 扩展模块合理应用于上料系统、热风炉系统、布袋除尘系统、高炉上料配电系统、本体仪
表检测系统、鼓风机房系统、水泵站系统及画面监视、软件功能等系统中成功案例。本文将主要介绍上料 PLC 主站、
本体 PLC 主站、热风 PLC 主站、布袋 PLC 主站等四套 PLC 系统组成设计方案。
一 、 系统总体设计思想
根据高炉工艺,采用合理的方式,以低成本高性能的总体思想进行设计。自动化系统采用三电一体化开放式结
构,为今后系统的扩展创造条件,留有区域级计算机及全厂管理计算机的接口能力。
根据高炉系统分散的特点,采用主从网络结构:分站通过网线再连接至主站系统,减少电缆用量、方便维护,
使成本大大降低。如亿维的 IM153-1 就可作为单个从站,可在高炉设备就近配电室安装。布袋反吹采用矩阵的方式
进行设计,结构简单,采用的模块点数成倍减少。
系统采用亿维 PLC 作为基础控制站,完成对现场工艺设备的控制及监测;上位操作采用亿维工控机作为操作站,
进行人机对话,对现场设备运行情况及各种仪表参数进行实时监视。系统在正常生产情况下以全自动为主,各上位
机互为备用,在设计上充分考虑上位机自动、手动和机旁箱手动,以保证在各种情况下生产的正常运行。
自动化装置的选用原则上采用目前检测水平的新技术、新设备,同时考虑控制系统的构成简单、实用、性能可
靠,充分满足工艺要求。确保产品质量并保证系统整体满足工艺要求和性能的情况下减少投资。
二 、 系统配置
本系统完全为高炉操作提供服务,使被控设备能在主控楼的计算机上方便的进行集中操作,并对这些设备的运
行情况做如实的记录
1、自动监控系统:
1.1 采用的网络结构
上位机采用工业以太网,充分满足上位机之间数据传输量大的要求;PLC 与远程站之间采用 PROFIBUS-DP 现场
总线,以满足现场数据传输的实时性和可靠性;网络框图如下图所示:
主要有六台工控机作为操作站,分别为热风、布袋、工长操炉、本体仪表、矿槽上料、炉顶设备组成,可互为
备用。
PLC 有四套 siemens 400 系列主 PLC 系统组成,上料 PLC 主站、本体 PLC 主站、热风 PLC 主站、布袋 PLC 主站,
下设各自的扩展模块完成系统的控制和数据采集。经 PROFIBUS-DP 网络与操作站之间完 成数据交换。
1.2 软硬件设备组成
☆ PLC 选用亿维 200+300 组成的高性能低成本模块结构。
☆ 计算机操作台:不锈钢面操作台
☆ 编程软件选用 STEP7 V5.4,组态软件选用我 WINCC 6.0 SP3
三 、 热风炉控制系统
本高炉配有三座热风炉,主要负责燃烧、蓄热、给冷风加热,并将热风送进高炉。由于一座热风炉是间断的热
交换,而高炉需要连续的热风,所以三座热风炉按周期性工作,包括燃烧、闷炉、送风三个过程。
热风炉顺控系统设有以下几种操作方式:全自动、半自动方式、CRT 手动方式、机旁箱操作
热风炉工作状态介绍
一个热风炉可在“送风”向“闷炉”至“燃烧”状态,也可从“燃烧”向“闷炉”至 “ 送风”转换。
“送风”指的是热风炉被充压,且冷风阀和热风阀两者均被打开,所有其它的阀门均关闭(不包括混风切断阀
和换热器各阀门)。
“燃烧”指的是热风炉被减压,冷风阀、热风阀和冷风充风阀关闭,废气均压阀打开,助燃空气和煤气引入热
风炉。
“闷炉”指的是热风炉所有阀门均关闭,但压力控制仍在工作,预备着一个热风炉随时变为充压或均压状态。
热风炉工作制度:
正常情况下热风炉采用并联送风,或二烧一送工作制,非正常操作为一烧一送工作制。
每座热风炉可以在“焖炉”、“送风”、“燃烧”三种状态之间自动转换,各阀开关受 PLC 程序控制,发出换
炉指令后,热风炉设备按工艺要求顺序进行有关联锁动作。
四 、 高炉煤气干式净化控制系统
高炉煤气除尘设施是高炉的配套设施,其目的是净化高炉煤气,提高煤气质量。高炉煤气经重力除尘器除尘后,
进入布袋主箱体下部,煤气穿过布袋时其所携带的灰尘被布袋截留,进行过滤净化后的煤气经高压阀组输送给热风
炉或煤气管网供用户使用。布袋除尘过滤后的尘灰由脉冲阀冲扫,落至储灰仓;打开卸灰阀,由刮板机输出,用斗
提机送入高位灰仓。
1、本套设施共设计了三种反吹方式,时间反吹(设定时间到)、压力反吹(压差高于设定值)、手动反吹。
2、除尘系统包括反吹和卸灰两个控制流程,均能单独实现手动、半自动和自动三种控制方式:
反吹自动方式为:差压反吹、定时反吹。差压反吹即当箱体差压高于设定差压值(3KPA)时开始自动反吹;
定时反吹即当计时时间达到设定的反吹时间后开始自动反吹。
2.1 当荒净煤气总管压差达到 6~8Kpa(可设定)进行反吹。同时有定时反吹选择,通过设定的同期来对布袋进
行反吹。
2.2 箱体单体反吹时间为 10-20 秒(可调),反吹顺序为 N1、N2、N3......N10,气包上的喷吹管同样为顺序
动作 n1、n2、n3.....n14 待 10 个箱体全部反吹完毕,反吹过程结束。
2.3 箱体反吹采取离线反吹。当净荒煤气总压差达到设定值 6Kpa 时,首先关闭正在工作箱体的进、出口蝶阀,
然后进行反吹。反吹后立即打开进出品蝶阀,再进行下一箱体的反吹,依次类推。
2.4 每个布袋每次反吹抖动次数为 2 次(可调)
2.5 卸灰自动操作为:定时卸灰。对卸灰时间进行设定,到设定时间后自动启动卸灰斗提机、挂板机、按工艺
要求依次打开被选择卸灰箱体上的设备(上卸灰阀、下卸灰阀、叶轮给料机、灰斗清堵装置脉冲阀),一般设定 3
次/24 时,自动完成卸灰操作。
中间仓下部设备动作顺序:
当 N1 箱体上部卸灰作业完成后,开始中间仓卸灰作业:首先开启公共设备,即:斜管振动器→斗提机→刮板输
送机。完成后开启:N1 箱体电动给料机→N1 箱体下部电动球阀→N1 箱体中间仓的仓壁振动器。延时 30 秒后,关闭
中间仓下部设备。
①顺序为:关中间仓的仓壁振动器→N1 箱体下部电动球阀→电动给料机。
完成 N1 箱体下部卸灰后,开始 N2 箱体下部卸灰,动作同 N1 箱体。之后依次为 N3 箱体、N4 箱体、N5 箱体……N8
箱体。
当 N10 箱体下部卸灰完成后,关闭公共设备,其顺序为:
刮板输送机→斗提机→斜管振动器。
②高位灰仓下部设备动作顺序 此部分均为机旁操作,其它设备均为 PLC 控制。:
开启:加湿卸灰机→电动球阀→仓壁振动器
关闭:仓壁振动器→电动球阀→加湿卸灰机
五 、 高炉 上料 系统
高炉上料部分有矿槽称量和炉顶两大部分,通过料车将两部分联系在一起,矿槽、料车和炉顶设备按照工艺设
定协调动作,完成上料功能。
各种料质经振筛筛分后直接装入称量斗,然后有称量斗装入料车,筛下的粉矿经碎矿皮带运至粉仓,等待汽车
外运。料车由主卷扬机牵引将矿石运送到炉顶装料设备,经过 2 级变速到达停车位。各个仓中的料质根据配方中的
要求随时变化,自动完成称量到上料的操作。
1、设备组成
680 M
3 高炉设双排储槽,分别存放烧结矿、球团、焦炭、杂矿,其中 4 个焦炭槽,6 个烧结槽,4 个球团矿,4
个杂矿,在槽下成对排列。炉顶有受料斗、挡料阀、上密封阀、下密封阀、料流阀、旋转机构、倾动机构、料罐、
均压阀、均压放散和炉顶大放散等设备组成。
2、上料周期控制制度,最常用的为以下两种制度
二车值:OC 或 CO
四车值:OO CC 或 CC OO
说明:O 代表烧结矿、球团矿、杂矿;C 代表焦炭
几种不同的装料制度组合形成料批周期,连续循环上料,满足高炉的连续生产要求。
3、控制要求:根据工艺要求,对矿槽、上料及炉顶设备系统的有关工艺参数进行显示和控制,并对有关参数进
行趋势记录。其中包括 14 台电子称的称量记录、料位测量及 TRT 与高炉和高炉与 TRT 的各种信号的控制与显示。
水冷系统的温度检测:当溜槽齿轮箱进、出口温差大于 5℃时发出报警信号,提示有关人员检查水流量和高炉炉
顶温度;当温差大于 50℃时立即检查水冷系统。
料罐压力与大气压之差小于 20KPa 时,发出联锁信号,有电力专业打开上密阀;当料罐压力与炉顶压力之差小
于 20KPa 时,发出联锁信号,打开下密封阀。
气密箱冷却有氮气流量调节阀控制开度,进行自动的 PID 调节。
六 、 高炉本体仪控系统
高炉自上而下由炉喉、炉身、炉腹、炉缸、炉基五大部分及相关的水系统组成。所有仪表点接入数据采集器,
通过通讯传至上位机。
高炉过程检测和控制的主要任务为:采集温度、压力、流量等各种数据,对减压阀组进行调节控制,能监视炉
内反应,对炉体及设备进行保护。
1.炉顶打水控制
煤气上升管温度过高时报警,开炉顶打水阀:温度恢复正常时,关打水阀。
2.炉顶煤气压力控制
高炉炉顶煤气压力控制系统调节布袋除尘器后的减压阀组开度来维持炉顶煤气压力的稳定。
3.风口检漏及排水温度的测量
为保护炉体安全,风口破损检漏是极为重要的检测项目。测量风口冷却水进、出口流量差,测量风口排水温度,
能检测风口是否完好。
七 、 画面介绍
画面系统是操作人员与控制系统的人机界面,操作人员通过画面对设备进行操作、监视设备的运行情况,及时
做出相应调整,画面系统可以设定数据,改变运行方式,向操作人员显示设备的正常状态及报警信息等。
CRT 画面显示主要内容如下:
(1)系统画面:热风、布袋、矿槽、炉顶、本体仪表、炉长操炉、炉顶仪表等
(2)控制设定画面:配料、炉顶溜槽角度、料流开度参数设定
(3)故障监视画面:实时显示故障信号提示操作人员进行相应措施
(4)报警记录:记录各设备及仪表的故障报警
(5)报表记录:对生产参数进行实时记录
以下就主要画面进行介绍
1、上料画面:
包括整个卷杨及炉顶设备,其中主要有上料小车、左右探尺、柱塞阀、上密、下密、旋转布料装置、均压阀、
放散阀等。生产中可实现手动、自动随时转换,各种运行、故障有不同的颜色来显示,特点 1、小车拐点、卸料位
等各减速点停车位可根据生产调节 2、旋转布料角度及速度可通过画面直接设定,满足生产工艺中的各种布料方式
3、在检修或新员工培训情况下还可以通过画面各种数据的设定来进行模拟生产。
高炉炉顶仪表,对保证炉顶设备是否正常十分重要。
2、矿槽画面
主要包括皮带、料斗、振筛运行、停止、故障指示及操作。可以在此画面提前设定各种料质重量,根据炉长下
的各种料批要求通过调整周期表来完成自动上料。也可通过机旁转换开关使个别控制转到现场操作,画面中有手动
(绿色)、自动(紫色)指示。另外还有周期表子画面。如下图:
矿槽周期画面,合理调节配方并自动生成配方。如下图:
生产报表记录画面,对生产成本实时掌握,如下图:
3、热风炉画面
此画面中可实现助燃风机、调压阀组、助燃调节阀、混风阀、冷风阀、热风阀、放散阀、冷风均压阀、煤气调
节阀、空气调节阀、空气切断阀、煤气切断阀各种工艺阀门的操作并显示仪表参数。能自动完成热风炉的各阶段转
换达到自动送风、焖炉 、烧炉。各种阀门在画面中可实现点动操作,调节阀各通过输入预定数值或点击滚动条自
动调节。如图:
4、布袋除尘画面
包括脉冲阀、上下卸灰阀、放散阀、上炮、下炮、输灰机、斗提机、进出口蝶阀和进出口盲板阀,并显示设备
运行状态、各仪表参数等。用鼠标点击各阀们可自动弹出控制菜单,脉冲阀为动态显示,可随时发现因频繁动作而
损坏的电磁阀。脉冲时间及箱体选择可根据要求设定。
在自动情况下自动完成吹扫,根据设定从 1#开始依次至 8 号箱体。如果某个箱体出现问题会自动跳过该箱体
向下执行。图示如下:
5、工长操炉画面,通过画面参数合理调节炉况是高炉顺产、高产的关键。
6、本体仪表画面,高炉仪表是监视高炉炉衬是否正常,主要包括水温和压力
八 、 结束语
高炉自动化控制系统的各个动作和状态都由 PLC 控制,不仅能满足各设备的集中控制方式、机旁控制方式 、
两地并用控制方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求;而且还能根据不同的工艺要求,选用合理的配置方
法:网络的主从结构、布袋反吹的矩阵结构等;更可通过接口元器件与计算机组成 PLC 工业局域网,实现网络通信
与网络控制。使高炉电气自动化仪表控制系统能方便地嵌入到钢铁工业生产流水线中。
3 3 .T UniMAT C PLC  在高炉喷煤控制系统中的应用
唐山云程电气设备有限公司  赵少军
本方案中的自动化控制系统选用 SIEMENS S7-400 PLC 系列,I/O 及通讯模块主要选用 UniMAT 品牌产品,采用
集中—分布式的网络结构满足喷煤的全过程的自动化系统,符合现代控制理论要求的标准及开放的控制思想。该方
案应用于鑫达钢铁集团 2*450m
3 高炉喷煤控制系统,运行稳定,得到客户的好评。
第一章 自动化系统总体配置方案
本方案对整个系统要求的配置,包括:基础自动化系统、上位机系统。
总体系统方案的一级自动化(基础自动化)采用了 S7-400 系统作为各个系统的控制核心;上位机系统采用以
研华工控机为硬件、WINCC 和 STEP7 作为监控软件和编程软件的上位机系统。
第一节 : 基础自动化系统总体配置 :
按照工艺对基础自动化系统的要求,PLC 的 CPU 选用 S7-400 系列,通讯模块和 I/O 模块选用深圳亿维公司
UniMAT 品牌产品。
一. . C PLC  的优势主要体现在以下几个方面 :
1.性能全面,运行速度快,包括通讯,处理速度、诊断、多重计算等,适合各种复杂系统的不同需要。
2.多方面保证可靠性:密封的模块、无风扇的运行是高可靠性的保证。
3.强有力的通讯能力:多种通讯功能充分满足与各级设备之间的通讯兼容性。
4.亿维丰富的 I/O 模块:本方案中的 I/O 模块从 DI/DO 到 AI/AO,有 DC24V、AC220V 的输入输出,各种模拟量
标准信号(4-20MA)、电偶、电阻信号模块等,兼容性、互换性强。
5.方便直观的编程语言:STEP7 编程软件是面向设计和维护人员的最佳编程工具,支持 3 种编程方式,基于
WINDOWS 平台的设计,可以使用户在最短的时间内掌握。
6.亿维强有力的技术支持:其技术服务网络遍布全国,有广泛熟悉 PLC 产品的技术人员队伍和强有力的工程
经验,无论是最终用户还是系统集成商所遇到的技术问题,可以很方便的从各种渠道得到答案。
7.亿维模块性能价格比高:遍布全国的自动化销售商和透明的价格体系,使用户用最便宜的价格得到高性能
产品。
二 .C PLC  系统的具体配置 :
根据生产工艺的具体要求及对 PLC 硬件的要求和结合以往的工程经验,方案中 PLC 系统的模块是按照
图纸的设计而进行选择的,卖方对其进行校验。在主机架和 CPU 的选择上考虑以下几点:
 CPU 的运行速度
 DI/DO 和 AI/AO 通道的 I/O 映像区的容量和分辨率,耐压等级
 过程调节的闭环回路数
 通讯处理的数据量以及与上位机通讯的回路数量
 内部计数器、定时器、程序块的数量
 内部程序工作内存的容量等
 性能价格比
节 第二节  上位机配置
由工业计算机和相关的监控软件组成的操作站是完成操作者对现场设备进行操作、控制、监视的人机对话
接口,是本系统的重要组成部分。
操作站配置研华工控机,监控软件为 WINCC 软件,采用 22”液晶显示器。
一. .  操作站具备的功能 :
1.显示工艺过程模拟动态画面,显示过程控制状态、检测信息等。
2.故障报警,显示及辅助诊断。
3.仪表测量值、过程数据的趋势曲线记录。
4.重要的历史数据的记录储存、归档、查询。
5.生产过程参数的计算、设定;生产设备的操作及控制等。
二. .  操作站具有如下的性能 :
1.运行稳定可靠。
2.系统具有广泛的开放性。
3.与下位机及其他自动化系统的兼容性,开放的数据库和可开发性。
4.用户友好的界面,组态编程简单易学。
三. .  监控系统的配置 :
按照喷煤系统的工艺控制特点,监控系统(操作员站)共配置 4 台,这 4 台监控系统的画面可相互互换,
保证了系统的可靠性(包括工程师站)。
第三节 自动化网络的配置及各部分功能
自动化系统中基础自动化与操作员站之间的数据传输都要依靠网络手段完成,根据工艺的要求,自动化系统具
有基本的两条网络结构:工业以太网 TCP/IP 、远程 I/O 的 Profibus DP。
我们考虑上位机网络应具备:实时性、快速性、兼容性、高度的可靠性以及与生产特点相关的抗干扰性等等。
因此,我们采用的工业以太网作为本系统的上位机网络,实现上位机与 PLC 之间的网络通讯;同时,各单体设备之
间的连锁和数据传递可以不必通过硬件连线,就能完成实时的数据通讯。
章 第二章  各自控部分具体控制
第一节 制粉系统自动化 :
450m
3 高炉制粉系统包括磨煤机系统、燃烧炉系统、干煤棚系统,以上这三个系统自动化与喷吹系统自动化共
用一个控制系统。
一 、 磨煤机系统工艺参数检测
磨煤机系统自动化包括原煤仓、中速磨、布袋及主排烟机等四部分自动化。
1、 原煤仓料位及温度检测
 原煤仓高度 8.5m。原煤仓料位检测上、中、下三个位置,上、下限报警。
 原煤仓温度显示、报警。当温度超过上限值 80℃时系统自动报警。
 给煤机流量显示、累积。
2、中速磨部分工艺参数检测
1)中速磨本体温度检测 中速磨本体共设 6 项检测
 减速机输入轴承温度显示,报警,联锁。当温度超过上限值 80℃时系统自动报警;当温度超过上上限值
90℃时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由电力控制停磨机。
 一次风入口空气温度显示
 分离器出口风粉温度显示,报警,联锁功能。当温度超过上限值 100℃时系统自动报警;当温度超过上上
限值 120℃时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由电力控制停磨机。
 减速机推力瓦温度显示,报警,联锁功能。本项共设 4 个检测点。
当任一检测点的温度超过上限值 60℃时系统自动报警;当任一检测点的温度超过上上限值 70℃时系统自动报警并
发出联锁信号给电力,由电力控制停磨机。
 主电机定子绕组温度显示,报警。本项共设 6 个检测点。当任一检测点的温度超过上限值 90℃时系统自
动报警。
 主电机轴承温度显示,报警。本项共设 2 个检测点。当任一检测点的温度超过上限值 95℃时系统自动报
警。
2)中速磨入口压力、温度、氧含量分析检测
 中速磨入口压力显示,记录。
 中速磨入口温度显示,报警,联锁功能。当温度超过上限值 295℃时系统自动报警;当温度超过上上限
值 300℃时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由电力控制紧急停车,而且参与高炉煤气流量调节。
 中速磨入口氧含量显示,记录,报警,联锁功能。当氧气浓度超过设定值时系统自动报警;当氧气浓度
超过 10%时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由电力控制停车。
3)中速磨出口压力、温度、氧含量、CO 含量分析检测
 中速磨出口压力显示
 中速磨出口温度显示,报警,联锁功能。
 中速磨出口氧含量显示,记录,报警功能。
 中速磨出口 CO 含量显示,报警功能。
 布袋部分工艺参数检测
1)布袋入口温度、压力,布袋出口温度、压力,布袋进出口差压,布袋内温度检测
 布袋入口温度显示,报警,联锁功能。当温度超过上限值 90℃时系统自动报警;当温度超过上上限值 120℃
时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由电力控制布袋内充氮气、停机。
 布袋入口压力显示,记录。
 布袋出口温度显示,报警,联锁功能。当温度超过上限值 90℃时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由
电力控制布袋内充氮气、停机。
 布袋出口压力显示,记录。
 布袋入口、出口差压报警,联锁功能。当差压超过 1100Pa 时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由电
力控制起动反吹风机;当差压低于 900Pa 时系统自动报警并发出联锁信号给电力,由电力控制停止反吹风机。
 布袋内温度显示,报警,联锁功能。 本项共设 12 个检测点。
 布袋反吹氮气压力显示,记录,报警功能。当压力低于 0.3Mpa 或高于 0.8Mpa 时系统自动报警。
 布袋反吹氮气流量显示,记录,累积。
3、 主排烟机部分工艺参数检测
主排烟机入口阀开度控制 主排烟机入口压力、流量、温度检测
 主排烟机入口压力显示
 主排烟机入口流量显示,累积。
 主排烟机入口温度显示,报警。当温度超过 90℃或低于 70℃时系统自动报警。
二 、 燃烧炉系统工艺参数检测
燃烧炉系统自动化包括燃烧炉本体、高炉煤气、焦炉煤气、助燃风、热风炉废气的检测及有关阀的控制等。
1. 燃烧炉炉膛温度检测及炉膛火焰监测
 燃烧炉炉膛温度显示,记录。
 燃烧炉炉膛火焰监测,显示炉膛内火焰的燃烧与熄灭。当炉膛内火焰熄灭时,系统自动报警并发出联锁
信号给电力,由电力控制切断快切阀。
2. 高炉煤气压力、流量检测,流量调节
 高炉煤气压力显示,报警,联锁功能。
 高炉煤气流量显示,累积,调节功能。
 高炉煤气流量自动调节,中速磨入口热烟气温度参与高炉煤气流量的自动调节;高炉煤气流量与助燃风流
量按 1:0.8 的比例调节。
3. 高炉煤气助燃风压力、流量检测,流量调节
 高炉煤气助燃风压力显示。
 高炉煤气助燃风流量显示,累积,调节功能。
 高炉煤气、助燃风流量调节。
4. 热风炉废气温度检测 热风炉废气温度显示
5. 引风机入口阀、引风机出口阀、放散阀、燃烧炉出口阀及冷风阀的开度控制。
三 、 干煤棚系统工艺参数检测
在干煤棚内的 1#、2#、3#配煤斗下分别各设一台配料秤,系统对粉料进行显示,累积。范围:0~50t/h。
四 、 制粉监控系统主要显示画面
1. 制粉系统工艺流程画面——主要监视控制对象的当前状态和主要工艺参数。
2. 磨煤机系统过程参数检测画面。
3. 燃烧炉系统过程参数检测画面。
4. 高炉煤气流量调节,中速磨入口温度参与控制;高炉煤气助燃风流量调节画面。
5. 实时和历史趋势显示画面。
6. 故障报警显示画面(包括实时报警和故障报警显示画面)。
五 五 、 、  主要电气连锁
1. 磨煤机与给煤机之间的连锁
给煤机先于磨煤机启动,后于磨煤机停止。如给煤机停机或有断煤指示,磨煤机应立即停机,同时停给煤
机。给煤机启动 8-10s 后,磨煤机未正常启动,给煤机应停机。
2.紧急停机连锁条件
磨机出口温度>=90°C
布袋温度>=90°C
布袋前 O 2 含量>=10%
燃烧炉出口 O2 含量>=8%
磨机轴温>=85°C
燃烧炉出口温度>=295°C
引风机停机
3.紧急停机动作
燃烧炉停止燃烧:高炉煤气快切阀关、停助燃风机
停磨煤机
停给煤机及给煤皮带
停收粉机组,包括叶轮给料机、布袋清灰控制器
停主排烟机
4.磨机灭火氮气阀开连锁
磨机出口温度>=95℃
布袋温度>=100℃
中速磨出口 CO 含量>=500ppm
磨机入口 O 2 含量>=10%
磨机灭火氮气阀开后只能手动关闭
5.布袋灭火氮气阀开连锁
布袋入口温度>=100℃
布袋出口温度>=90℃
布袋温度>=100℃
6.磨机停连锁
减速机输入轴承温度>=90℃
分离器出口风粉温度>=120℃
减速机推力瓦温度>=70℃
磨机入口温度>=300℃
磨机出口温度>=95℃
磨机入口 O 2 含量>=12%
7、煤气快开阀切断
炉膛内火焰熄灭时
高炉煤气压力<=2.5kPa
第二节 煤粉喷吹系统自动化
喷煤系统主要包括制粉、收粉和喷吹几个系统。本规格书主要包括收粉系统中的煤粉仓及喷吹系统。
一 、 工艺检测项目 :
1. 煤粉仓:
 温度检测:正常值在 50~80℃范围内,上限报警,提示有关人员注意。上上限报警,此时警示有关
人员打开 灭火氮气阀向煤粉仓内充氮气,并联锁停布袋,同时关闭所有卸粉阀,喷吹罐停喷。下限报警值:
45℃。
 CO 浓度检测:正常值在 0~200ppm 范围内,上限报警值 300ppm,提示有关人员注意。上上限报警值:
500ppm,此时警示有关人员打开 灭火氮气阀向煤粉仓内充氮气,并联锁停布袋,同时关闭所有卸粉阀,喷吹罐
停喷。
 O 2 浓度检测:正常值在 5%~10%范围内,上限报警值 10%,提示有关人员注意。上上限报警,此时警示
有关人员打开 灭火氮气阀向煤粉仓内充氮气,并联锁停布袋,同时关闭所有卸粉阀,喷吹罐停喷。
 称重系统:正常值在 0~80t 范围内,上限报警值 80t,自动联锁给煤机。上上限报警值 90t,此时自
动关闭给煤机,布袋收粉器停止下料。
 料位检测:正常值在 0~7m 范围内,并作上下限报警。
 压力检测:正常值在 0~0.2MPa 范围内,上限报警值 0.25Mpa。
2.喷吹罐:温度检测:正常值在 50~80℃范围内,上限报警值 85℃,提示有关人员注意。上上限报警值:90℃,
此时警示有关人员手动打开充压阀向喷吹罐内充氮气,并停机。下限报警值:75℃。
 压力检测:正常值在 0~0.7MPa 范围内,上限报警,此时警示有关人员手动打开紧急放散阀进行紧急
放散。
 称重系统:正常值在 0~10t 范围内
 吹喷速率:通过计算得出喷吹速率
二 、 主要调节控制要求 :
1.氮气源管路氮气温度调节:根据工艺要求,氮气温度稳定在 50℃。
2.压缩空气总管温度调节:根据工艺要求,压缩空气温度稳定在 50℃。
3.煤粉仓流化管氮气流量调节:根据工艺要求,流化氮气流量应稳定在一个定值。
4.煤粉仓灭火氮气压力调节:根据工艺要求,灭火氮气压力应稳定在一个定值.
5.喷吹罐流化氮气流量调节:根据工艺要求,流化氮气流量应稳定在一个定值.
6.喷吹罐二次风补气流量调节:根据工艺要求,压缩空气流量应稳定在 600m
3 /h.
7.喷吹罐补压调节:根据工艺要求,喷吹罐压力应稳定在一个定值。
8.喷吹罐排压调节:根据工艺要求,喷吹罐压力与布袋入口压力之差应稳定在一个定值。
三 、 监控系统主要显示画面 :
1) 煤粉喷吹工艺流程画面—主要工艺参数显示报警与当前工艺状态。
2) 实时和历史趋势显示画面
3) 故障报警显示画面(包括实时报警和故障报警显示画面)
4) 流量、温度、补压、排压调节画面。
5) 数据记录画面。
四 、 电控部分连锁
喷吹工艺为并罐喷吹工艺,即每座高炉进行喷煤操作时,由两个喷吹罐组成一个喷吹罐组交替向高炉喷
煤。
1.1 煤粉仓:
安全检测设有温度,氧浓度,一氧化碳浓度,上述检测项目在系统中设有临界报警值,当系统发出上限报警信
号时,可由操作人员采取相应措施,当发生上限报警时,可接通灭火氮气管路进行紧急处理,同时可自动或手动停
止喷吹(由现场人员定), 煤粉仓还设有料位指示及煤粉称重,煤粉仓的累积称重可以显示累积制粉量,也可用于
仓内料位的上下限,报警,以便于平衡制粉和喷吹系统的物料平衡。煤粉仓下锥部设有流化床,对仓内煤粉连续进
行流化。煤粉仓下面接有树叉状分料管,连有四个支管,每个支管上设有上、下卸粉阀,控制向四个喷吹罐给料,。
1.2 并联罐喷吹主体系统:
喷吹罐为一压力容器,上面接有充压管路,补压管路,出口管路,流化管路,及放散和紧急放散管路,在开
始喷吹操作时,需要关闭放散阀和紧急放散阀,出料口阀门,打开充压阀和流化阀门对喷吹罐进行一次充压,然后
开启补压调节阀门调节罐内压力达到稳定的工作压力,在喷吹过程中,可通过调节阀门与罐内压力的连锁控制保证
喷吹过程压力的稳定。喷吹量的调节可通过调节罐压和二次风量的方式实现。
喷吹罐的安全检测有温度和压力检测:在温度上上限报警时,如果当前喷吹罐没有进行喷吹操作,可打开充压
阀门进行罐内气体的惰化操作,如果喷吹罐内压力为高压可启动喷吹系统暂时停机程序。
喷吹罐在放散过程中需通过调节阀控制放散气量,使布袋入口管道压力不能波动过大,以免影响制粉系统。可
使调节阀与布袋入口压力连锁控制。
喷吹罐出口管路上安装有二次补气器,用于引入喷吹用压缩空气,压缩空气管路调节阀通过调节二次风量达到
调节喷吹量的目的,也可在系统中预先设定阀门开度,使系统根据预先设定的喷煤量进行喷吹操作。喷吹量的
调节可通过调节罐压和二次风量的方式实现。
煤粉分配器入口前有压力检测点,此处压力与高炉热风压力进行连锁比较,当小于设定值时,可将各支管三通
球阀自动切换到吹冷风状态,同时喷吹系统自动停机。煤粉分配器入口前还接有氮气反吹管道,当输粉管路堵
塞时,可将管中煤粉反吹到煤粉仓内。各支管在风口设备前也接入反吹氮气管道。
2、 喷吹系统控制过程
喷吹系统的电力控制主要包括“倒罐”控制、“喷吹”控制等。
(1) 倒罐操作(以 A 系列罐为例说明):当工作罐(A1)中的煤粉量达到设定的下限值(现场根据经验确定)时,
A2 罐进行充压,煤粉流化,等待喷吹等操作,当 A1 罐中的煤粉喷吹完毕时并且 A2 满足喷吹条件时, A2 罐开始进
行喷煤操作,A1 罐停止喷吹, 然后 A1 罐进行装煤粉的准备操作, 如此两个喷吹罐进行循环交替喷吹。喷吹罐中的
煤粉量设有上限报警值,当达到设定上限值时,煤粉仓停止对喷吹罐给料。
(2) 喷吹过程的控制及连锁: 喷煤工艺为并罐喷吹工艺,两罐交替喷吹,喷吹控制分为自动控制和手动控制
两种方式,设有两种控制方式的转换开关,自动控制在启动喷吹程序后,由系统自动控制装料,倒罐,喷吹等操作。
手动控制需人工通过控制单体阀门完成这些操作。在自动控制方式进行过程中, 可由操作人员中断正在进行的程
序,转到手动控制方式进行操作,待操作完成后,可重新切换回到主程序,继续执行自动控制方式。各种控制程序,
在顺序执行时,在遇到故障不能执行时报警提示故障原因。
(3) 事故停机:手动控制,在正常生产中,如喷吹罐安全监测项目(温度,压力)发出上限报警,手动启动
紧急停喷程序。如果是煤粉仓或布袋收粉器安全监测项目(温度,压力,氧浓度等)发生上限报警,可开启相应的
灭火氮气管路阀门,与检测参数的连锁控制进行处理。
连锁:不可同时开启的阀门:
1) 输粉阀和返粉阀
2) 卸粉阀与充压阀
3)充压阀与放散阀
4) 流化阀与放散阀
5)输粉阀与总管反吹阀门。
必须同时打开的阀门:
1) 煤粉仓流化气阀组
必须顺序打开和关闭的阀门
2) 同一喷吹罐的上下卸粉阀
开启顺序:下卸粉阀-----延时 2s 后开启上卸粉阀
关闭顺序:上卸粉阀-----延时 2s 后关闭下卸粉阀
3) 同一喷吹罐的出料口阀和输粉阀
开启顺序:输粉阀-----出料阀
关闭顺序:出料阀-----输粉阀
4)输粉阀与二次风阀门的连锁:
输粉阀打开的条件是二次风阀门必须打开(仅指同一喷吹罐的阀门)
说明:输粉阀打开的条件是二次风阀门必须打开(仅指同一喷吹罐的阀门)以上阀门的控制均由电磁阀控制
气动球阀来实现。
五 . 喷吹系统基本控制方式 :
基本控制方式分为:自动操作、CRT 手动控制方式、检修控制方式。
(1) 自动操作: 控制室人员通过键盘或鼠标发出“装料”、“喷吹”等命令后,按规定的程序自动完成自
动装料、喷吹等顺序动作。
(2) CRT 手动操作:除必要的安全连锁外,人工在 CRT 上手动操作各单体设备。
(3) 检修操作:检修操作是在手动操作之下的一种操作,解除设备的安全连锁,进入完全的人工手动操作
各单体设备。
六 . 结束语
整个控制系统是以 PLC 为核心完成各个单体设备的控制。对于整个控制系统来说需要将这些单体设备通过二级
网络连成一个统一的系统集中管理和监控,这体现了现代控制理论的集中管理,分布控制的原则。
实践证明:此系统分发挥了网络通讯的优势(所有模拟信号都是以数字方式传递,高速、可靠),同时选用 UniMAT
品牌的 PLC 模块与西门子的 S7-400PLC 组成集中—分布式的网络结构控制系统,既保证了控制系统的性能稳定,又
大大节约了硬件投资和相关的施工费用,不失为高炉喷煤控制系统的一个性价比优良的解决方案。
二 、 电力行业
1 1 .T UniMAT C PLC  在 燃机电厂重油处理自动控制系统中的应用
一 一  系统概述
某电力公司的燃气轮机机组配套的 70m 3 /h 重油处理装置自动化控制系统,是一套重油除水除盐系统,重油被
处理后用于燃烧,燃烧的烟气生成高温蒸汽后发电。该自动控制系统主要实现对加热工段、加脱金属剂和破乳剂工
段、脱盐工段的自动控制功能。
重油处理工艺流程图如上图所示,整个处理系统主要包括原油罐、换热器、高温加热器和两级脱盐罐,原油首
先被注入换热器,利用已经基本处理好的重油回流的余热先对其进行预热,加入脱金属剂和破乳剂是便于重油中的
盐分和重油分离,再进入蒸汽加热器进一步加热以降低重油粘度,最后在脱盐罐采用电场正负级将重油中的正负离
子吸引至两侧从而达到除盐除水的目的。
重油在常温状态下粘度较高,所以需要进行加热使其粘度降低,以利于盐分从重油中析出;此外由于油分子通
常将盐离子包裹,加入脱金属剂和破乳剂可将两者有效分离。在脱盐罐中,水的比重大于油的比重,水分会沉入罐
底,盐分被竖直方向上的电场吸至两侧,部分会溶于水中,一起从排污阀中以污水形式排出。被处理过的重油还带
有部分余热,为了提高系统效率,采用回收余热用于预热待处理的原油,这样的处理方式可使得待处理的原油在进
入蒸汽加热器的入口温度更高。被处理过的重油在进入净油罐之前还需对其成分进行检测,油水含量达到工业指标
即可进净油罐,否则回收至原油罐。
重油在进入两级脱盐罐之前,分别会对其进行注水用以溶解即将分离出的盐离子。一级脱盐罐的注水,一部分
来自净水,另一部分来自二次脱盐罐的排污水(由于二次脱盐的排污水较之一次脱盐的排污水水质好,所以可回收
利用);二级脱盐罐的注水,由于工艺要求更高,全部来自净水。一级脱盐罐的排水,由于品质差,全部从排污口
排出;二级脱盐罐的排水,由于品质较好,必要时一部分回收用于一次脱盐罐的注水,一部分从排污口排出。这些
操作都可通过对注水切断阀、排污阀等的手自动控制来实现。
已基本处理过的重油在进入净油罐之前,须进行抽样检测,当在含水分析仪测量含水>0.5%时,自动切换至原
油罐,净油阀关闭,当含水≦0.5%时,不能自动切回净油罐,需化验钠、钾盐分含量合格后由人工给指令后切换至
净油罐,回油阀关闭。分析仪设定值可人工调整。
二 二  系统要求
1.对控制系统可靠性要求很高,采用冗余结构设计;
2.为避免人工操作不能达到要求精度,控制系统具备一键开机功能,控制精度要求高。
3.系统具有良好的联网功能,可以和燃机 DCS 系统联网。
4.选用的控制系统采用通用设计方案,具有通用性、可靠性、可维护性强等特点。
5.控制软件具有良好的灵活性,对控制方式的调整和修改方便。
三 三  系统配置与功能实现
根据系统控制要求,采用 SIEMENS 公司的 PLC-300 系列控制器和亿维公司 UniMAT ET200M 从站的远程 I/O
系统组建成系统的控制站,采用 WinCC 人机界面软件和上位机组建成系统的操作站。
为了避免控制系统异常停机造成的损失,在控制系统中采用冗余结构设计。冗余系统分为软件冗余和硬件冗余,
软件冗余是 SIEMENS 实现冗余功能的一种低成本解决方案,可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统
中。软件冗余相对于硬件冗余的最大优点在于成本较低,虽然冗余切换时间比硬件冗余稍长(约 100ms),但实现
了 CPU 冗余、电源冗余、通讯冗余、模板热插拔等所有功能,在切换时间要求不是很严格的场合,是很好的解决
方案。
1. 系统采用CPU315-2DP冗余,同步方式采用CP343-1工业以太网同步,保证较高的同步性能。
2. WinCC上位监控软件通过工业以太网实现和冗余CPU之间的连接,当主CPU故障切换到备用CPU时,
WinCC可自动切换到备用CPU,无需人为干预。
3. 根据控制需要,设计一键开机功能,在外界条件具备自动工作条件时,点击自动开机键后可全自动进行重
油处理,无需人为干预。
4. 该系统中有较多设备需要进行PID调节,例如重油流量、两级脱盐罐液位等。在WinCC画面上进行动态设
置后,可用鼠标点击设备即可看到与其对应的PID调节参数显示框,可以实时显示该设备的手自动切换、比例增益、
积分系数和微分系数。
5. WinCC人机交互界面有着丰富的绘图功能及其动态显示功能,可以将复杂的工艺过程明晰简洁地表达出
来,将重油的处理流程分解为几个相对独立的画面。对画面上的控件属性和动态事件进行直观的设置,将其与PLC
下位机设备的输入输出点进行实时连接,以便用户可以随时在上&a

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