西門子PLC在泰鋼580m³高爐煤氣凈化自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 系統(tǒng)介紹 該項目位于山東省萊蕪市，為山東泰鋼鋼鐵集團1#高爐技改項目，是對高爐產(chǎn)出的煤氣進行凈化處理。 以前泰鋼的煤氣凈化自動控制系統(tǒng)點數(shù)都比較少，都采用S7-400的CPU與模塊組成，而這次泰鋼580m³高爐煤氣凈化系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)點數(shù)比較多，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和減少投資，所以設(shè)計采用西門子CPU414-2DP帶ET200站組成。 2 自動控制系統(tǒng)構(gòu)成 煤氣凈化自動控制系統(tǒng)主要分為二部分：自動反吹系統(tǒng)、自動卸灰系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了一套CPU帶7個ET200M站組成，實現(xiàn)對高爐煤氣凈化系統(tǒng)生產(chǎn)的連鎖控制，實時數(shù)據(jù)的采集與分析，過程設(shè)備的監(jiān)控與報警，過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理，畫面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動化及過程計算機控制，并使用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)與高爐上料計算機系統(tǒng)、高爐本體計算機系統(tǒng)、高爐熱風(fēng)計算機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，構(gòu)成高爐生產(chǎn)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。 圖1系統(tǒng)配置圖及網(wǎng)絡(luò)布置圖1 煤氣凈化系統(tǒng)由兩1套西門子PLC進行控制，2個工程師站（生產(chǎn)中工程師站作為監(jiān)控站使用），基礎(chǔ)控制層采用西門子S7 414-2 系列CPU帶ET200M分站，采用西門子公司PROFIBUS-DP網(wǎng)連接I/O站，通過PLC上工業(yè)以太網(wǎng)接口模板（CP443）與工程師站或監(jiān)控站的網(wǎng)卡進行通訊，再以工業(yè)以太網(wǎng)交換機用百兆光纖組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)展。系統(tǒng)具強大的數(shù)字量、模擬量及回路處理功能，具備模板化、體系結(jié)構(gòu)可擴展的特點，包括CPU、I/O模板、I/O接口、通訊模板、電源和底板等。監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子公司的WinCC 6.0監(jiān)控軟件，實現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝流程及各參數(shù)的采集顯示、報警、回路控制畫面，歷史數(shù)據(jù)存儲及趨勢圖，報表等監(jiān)控功能。WinCC 6.0支持其于因特網(wǎng)的遠程在線組態(tài)，嵌入式VBS動作和C動作。操作系統(tǒng)為Windows XP，編程軟件采用STEP7 V5.4編程軟件，它支持５種IEC標準語言，系統(tǒng)提供了許多功能和功能塊，可以在OB塊中循環(huán)調(diào)用，如果一些特定的算法或邏輯控制需要改變，只需修改FC功能或FB功能塊即可。 3 系統(tǒng)功能 3.1 自動反吹控制 根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場實際情況，反吹電氣控制采用巨陣式設(shè)計，用25個繼電器控制150個反吹電磁閥的開閉，由于反吹操作量大，所以系統(tǒng)在整體設(shè)計上沒有手動控制，全部由計算機連鎖控制。計算機控制又分為手動、半自動、全自動操作模式，操作人員只要選擇好了半自動和全自動方式操作，設(shè)置好參數(shù)，計算機就會自動對箱體蝶閥的開關(guān)進行操作，進行自動反吹。 3.2 自動卸灰控制 根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場實際情況，卸灰系統(tǒng)從整體上分為機旁操作和計算機聯(lián)鎖操作。機旁操作是指操作人員在現(xiàn)場操作箱上進行設(shè)備的啟動、停止及設(shè)備運行情況的監(jiān)視。當一臺設(shè)備于機旁操作狀態(tài)時，PLC不再參與系統(tǒng)的聯(lián)鎖與操作，確保了重復(fù)操作與誤操作的出現(xiàn)。 計算機聯(lián)鎖運行是指處于自動運行的所有設(shè)備每一刻都參入各自聯(lián)鎖條件，如運行安全聯(lián)鎖、工藝參數(shù)聯(lián)鎖、啟動或停止順序聯(lián)鎖等，有效地防止前后設(shè)備在聯(lián)鎖過程中出現(xiàn)問題導(dǎo)致設(shè)備的損壞。 4 系統(tǒng)特點 （1） 安全可靠性。整個系統(tǒng)機柜內(nèi)控制電路都采用UPS電源供電，供給220V交流電源和24V直流電源，在外部出現(xiàn)電源故障斷電后，可維持30分鐘持續(xù)供電，不會對自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 （2） 實現(xiàn)了三電一體化。該系統(tǒng)現(xiàn)場所有設(shè)備信號都進入PLC控制，電氣去掉了中間聯(lián)鎖。操作方式分為自動和機旁控制，取消了控制室操作臺、模擬屏和顯示儀表，改為CRT監(jiān)控，所有數(shù)據(jù)全部在上位機顯示，操作員可以直接用鼠標和鍵盤進行操作。 （3） 控制靈活性。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控畫面將以報警形式提醒用戶，同時可以在線查詢報警情況，還可以通過歷史數(shù)據(jù)記錄來查詢故障情況。 （4） 便捷的系統(tǒng)操作與監(jiān)視管理。該系統(tǒng)提供良好的人機界面，實現(xiàn)分布處理與集中管理一體化，而且系統(tǒng)故障率低，可靠性高，操作簡便，控制功能和精度滿足生產(chǎn)工藝的要求。 （5） 易維護性。西門子PLC模塊都支持在線插拔，當系統(tǒng)模塊出現(xiàn)問題的時候，可以直接更換損壞模塊，簡單方便，不對控制系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。 5 結(jié)束語 該項目于2007年9月份調(diào)試完畢投入使用至今，PLC控制系統(tǒng)運行良好。從生產(chǎn)到現(xiàn)在實踐證明自動化控制程度的大大提高，使生產(chǎn)操作更加簡便，為高爐的節(jié)能降耗、安全生產(chǎn)、環(huán)境保護等方面發(fā)揮了重要作用。