SIEMENS PCS7在高爐噴煤控制中的應(yīng)用

噴煤PCS7系統(tǒng)硬件配置圖1
1.2電源模板（PS407 10A）
      電源模板（PS407 10A），用于對(duì)SIMATIC S7-400的供電，將AC或DC網(wǎng)絡(luò)電壓轉(zhuǎn)換為所需的5V DC或24V DC工作電壓，輸出電流為10A，電源模板安裝在機(jī)架最左面（從槽位1開始），根據(jù)配置，它們可占用槽1到槽3。
1.3中央處理器模板（CPU 414-4H）
    CPU414-4H適用于中等性能應(yīng)用范圍中有較高要求的場(chǎng)合，能滿足對(duì)程序規(guī)模和指令處理速度及復(fù)雜通信的更高要求，支持冗余，集成的Profibus-DP接口使它能夠作為主站，直接連到Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線；擴(kuò)展的存儲(chǔ)能力，256KBRAM分別用于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；靈活的擴(kuò)展性，可連接多達(dá)131072個(gè)數(shù)字量或81932個(gè)模擬量的I/O；多點(diǎn)接口（MPI），用MPI最多能夠建立32個(gè)站的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸速率最大為12Mb/s。
1.4通信處理器模塊（CP443-1）：
      CP443-1是SIMATIC S7-400用于工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器，它有自己的微處理器，因而能減輕CPU的通信任務(wù)和進(jìn)一步擴(kuò)展連接，通過CP443-1，S7-400可以實(shí)現(xiàn)與編程設(shè)備、計(jì)算機(jī)、HMI設(shè)備的通信。
1.5 I/O通信模件為ET200
      ET-200作為從站連接到Profibus-DP，適用于冗余系統(tǒng)。每個(gè)ET200后面帶有所需的數(shù)字量I/O模塊和模擬量I/O模塊。接收來看現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，通過Profibus-DP總線連接到CPU，供CPU處理。
1.6I/O模件
     本系統(tǒng)用的I/0模件均為300的卡件，僅此一項(xiàng)，就可節(jié)約費(fèi)用上萬(wàn)元。I/O模件用于接收現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)。主要有數(shù)字量輸入模件DI，數(shù)字量輸出模件DO，模擬量輸入模件AI，溫度處理模件RTD和TC。
1.7操作員站

2、軟件配置
     高爐噴煤工控機(jī)上裝有Windows 2000英文版操作系統(tǒng)，組態(tài)軟件為西門子公司PCS76.0英文版。
它是集組態(tài)(包括硬件配置、控制策略、HIS即人機(jī)接口等組態(tài))、工程調(diào)試和診斷功能為一體的工具軟件包。系統(tǒng)通過多屏圖形卡可以將最多四個(gè)過程監(jiān)視器連接在一起來 擴(kuò)展工作區(qū)，使得組態(tài)更為簡(jiǎn)便。工程系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件可以根據(jù)過程對(duì)象的數(shù)量來擴(kuò)展，根據(jù)需要，其數(shù)量可以隨時(shí)使用 PowerPack 升級(jí)包來增加。在程序編制中，編程人員主要用了CFC編程，SFC編程。監(jiān)控軟件，主要應(yīng)用WinCC6.0。
2.1連續(xù)功能圖 CFC編程
     CFC是一種用于圖形化組態(tài)連續(xù)自動(dòng)化功能的工具。通過功能強(qiáng)大的自動(dòng)布線 和集成報(bào)文組態(tài)，預(yù)定義的塊可以在 CFC 中定位、進(jìn)行參數(shù)化和互連。在生成一個(gè)新的CFC 時(shí)，可以根據(jù)圖名 生成一個(gè)順序組。所有安裝在順序圖中 的塊可以自動(dòng)添加到該順序組。在編譯時(shí)可對(duì)順序進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)算法先確定最佳的塊順序，然后是組順序。
2.2順序功能圖SFC編程
      SFC可用于圖形化組態(tài)批量生產(chǎn)的順序控制。每個(gè) SFC 都具有用于控制和用于狀態(tài)信息的輸入及輸出。如果需要的 話，SFC 可直接在 CFC 中定位和互連。 只需簡(jiǎn)單的操作，即可選擇所需的 CFC 塊連接，并連接到定序器的步或過渡點(diǎn)。符合標(biāo)準(zhǔn) ISA S88 的狀態(tài)管理允許每個(gè) SFC 最多組態(tài)8個(gè)單獨(dú)的順序鏈，用于特殊操作，例如保持或放棄狀態(tài)、安全狀態(tài)或各種操作模式。對(duì)于 SFC 組態(tài)，提供有簡(jiǎn)便的編輯功能，以及功能強(qiáng)大的測(cè)試和調(diào)試功能。
2.3工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件
      工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC是一個(gè)集成的人機(jī)界面系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它是在Windows環(huán)境下，面向?qū)ο蟮?2位工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件，適合任何自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)等，使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體專業(yè)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，降低了監(jiān)控畫面開發(fā)難度。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖形庫(kù)和操作向?qū)В归_發(fā)人員避免了軟件設(shè)計(jì)中許多重復(fù)性開發(fā)工作，可提高效率，縮短開發(fā)周期，它已經(jīng)成為監(jiān)控系統(tǒng)主要軟件開發(fā)工具之一。
      采用西門子Wincc6.0軟件設(shè)計(jì)監(jiān)視畫面，對(duì)操作界面漢化，進(jìn)行制煤、噴煤的主要操作及狀態(tài)顯示；能根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改，包括故障報(bào)警顯示及查找等。上位機(jī)管理系統(tǒng)要完成對(duì)噴煤數(shù)據(jù)的管理工作，通過控制系統(tǒng)與上位機(jī)的雙向通訊。其優(yōu)點(diǎn)有：上位機(jī)在漢化的操作界面下管理著操作者的所有輸入，并以輸入內(nèi)容做出檢查，避免出錯(cuò)，操作非常容易；避免操作人員直接與控制系統(tǒng)接觸，可防止因誤操作而破壞程序。
 本系統(tǒng)主要有以下操作畫面：
原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)工藝流程模擬畫面；
制煤系統(tǒng)工藝流程模擬畫面；
噴吹系統(tǒng)工藝流程模擬畫面；
加熱爐系統(tǒng)工藝流程模擬畫面；
噴煤系統(tǒng)工藝流程模擬畫面；

3噴煤工藝控制
3.1原煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)
       配煤系統(tǒng)包括三臺(tái)圓盤給料機(jī)和三臺(tái)皮帶稱。圓盤給料機(jī)采用變頻器控制，通過控制變頻器的頻率，達(dá)到控制其轉(zhuǎn)速的目的，從而調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)下料量的多少，達(dá)到所需的重量和煤種之間配比的要求。
3.2制粉系統(tǒng)
      制粉系統(tǒng)主要包括一臺(tái)中速磨機(jī)、粗粉分離器和布袋收粉器三部分。煤在中速磨中磨成煤粉，煤粉經(jīng)粗粉分離器被主抽風(fēng)機(jī)抽到布袋收粉器中，煤粉被收集到煤粉倉(cāng)中。
制粉系統(tǒng)的主要控制有：
3.2.1磨煤機(jī)入/出口溫度控制
     煤粉輸送氣體。由于熱風(fēng)爐廢氣溫度變化較大，因此用加熱爐產(chǎn)生高溫?zé)煔馀c熱風(fēng)爐廢氣混合，為磨煤機(jī)提供一定的干燥和溫度穩(wěn)定的氣體。磨煤機(jī)入口溫度可通過比值調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，即調(diào)節(jié)加熱爐產(chǎn)生高溫?zé)煔馀c熱風(fēng)爐廢氣的混合比值來控制入口溫度。在制粉系統(tǒng)中磨煤機(jī)出口粉溫度要比入口溫度重要，由于受磨煤機(jī)負(fù)荷及原煤干濕程度的影響，磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度較難控制，因此可將磨煤機(jī)入口溫度控制作為副環(huán)，出口風(fēng)粉溫度作為主環(huán)構(gòu)成串級(jí)，這樣,減少了滯后，提高了抗干擾能力。
3.2.2中速磨機(jī)負(fù)荷控制
    中粗磨機(jī)是整個(gè)制粉系統(tǒng)的核心部分，負(fù)荷自動(dòng)控制就是在保證噴吹要求的前提下，使中速磨機(jī)在最經(jīng)濟(jì)的工況下運(yùn)行。磨煤機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制通常都是通過調(diào)節(jié)給煤機(jī)給煤量來實(shí)現(xiàn)，通過變頻器控制給煤皮帶的速度，從而控制給煤量。
3.2.3磨煤機(jī)前負(fù)壓控制
   在使用中速磨制粉時(shí)，由于煤粉的細(xì)度與通風(fēng)量之間是比例關(guān)系，因此保持磨煤機(jī)的風(fēng)量不變，則煤粉的細(xì)度不變。保持磨煤機(jī)前負(fù)壓的穩(wěn)定，便能達(dá)到風(fēng)量穩(wěn)定的目的。實(shí)際上負(fù)壓控制就是煤粉細(xì)度的控制，同時(shí)也能防止煤粉外泄。
3.3 噴吹系統(tǒng)
     噴吹系統(tǒng)主要是向高爐輸送煤粉，細(xì)煤粉利用自重從煤粉倉(cāng)落到噴吹罐中，并用氮?dú)獬鋲骸Ｃ孔郀t都設(shè)計(jì)有兩個(gè)噴吹罐，當(dāng)一個(gè)噴吹罐裝滿煤粉并充壓到壓力設(shè)定值后，開始噴煤，噴空后，另一個(gè)裝滿煤粉的噴吹罐就與煤粉輸送管道接通，經(jīng)過短暫的過渡，噴空的操作罐開始卸壓、裝煤粉和再充壓。
    為了保證噴吹量的穩(wěn)定，需保持噴吹罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)補(bǔ)壓調(diào)節(jié)閥的開度可保持罐壓在設(shè)定范圍之內(nèi)。補(bǔ)壓設(shè)定值與罐壓實(shí)測(cè)值比較運(yùn)算后，通過罐壓調(diào)節(jié)畫面設(shè)定輸出補(bǔ)壓調(diào)節(jié)閥的開度。功能框圖見圖2。

 

4、結(jié)束語(yǔ)
      以上介紹了SIEMENS PCS7開放系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的構(gòu)成、宣鋼9＃高爐噴吹系統(tǒng)控制方案，在程序設(shè)計(jì)中始終貫徹安全第一的思想。該系統(tǒng)自投運(yùn)以來，高爐在生產(chǎn)正常的情況下，相比同等類型的高爐，利用系數(shù)高出0.2左右，收到了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。另外，更重要的是，也說明自動(dòng)化系統(tǒng)的初投資，能從生產(chǎn)中不斷取得經(jīng)濟(jì)效益，這是值得人們關(guān)注的問題。 

作者信息：王春元  2004年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師。
工作單位: 河北省宣化鋼鐵公司煉鐵廠
通訊地址：河北省宣化鋼鐵公司煉鐵廠第一自動(dòng)化車間   
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