1 前 言
煙氣爐控制系統(tǒng)是濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司第二煉鐵廠（簡稱濟(jì)鋼第二煉鐵廠）噴煤粉系統(tǒng)的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)燃燒所用高爐煤氣含塵量大，純度低，特別是在凈化過程中出現(xiàn)的含水問題，使得點(diǎn)火比較困難，為此使用純度較高的焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火。但由于焦?fàn)t煤氣成本高，要求系統(tǒng)點(diǎn)火成功后自動切換到高爐煤氣，并停止焦?fàn)t煤氣。同時(shí)要求系統(tǒng)能根據(jù)制粉需求，自動控制煙氣出口溫度，并能對每個(gè)設(shè)備單動，能夠顯示各閥門開度、風(fēng)量、高爐煤氣和熱風(fēng)爐煤氣壓力、流量等。設(shè)計(jì)的煙氣溫度控制系統(tǒng)以觸摸屏為人機(jī)界面，采用西門子 S7-200系列可編程控制器為控制系統(tǒng)，并留有Modbus通信接口，可作為噴煤系統(tǒng)的從站，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程噴煤粉控制系統(tǒng)的通訊。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
整個(gè)電氣控制系統(tǒng)分為主控制系統(tǒng)PLC和富士UG221H-LE4觸摸屏。PLC作為噴煤控制系統(tǒng)的從站。系統(tǒng)硬件構(gòu)置見圖1。
圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)置
考慮到煙氣爐系統(tǒng)的安全，主控制系統(tǒng)的PLC采用西門子S7—200系列PLC CPU226。該CPU集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，可用于要求高的控制系統(tǒng)。因西門子S7-200系列PLC CPU226較多的輸入/輸出點(diǎn)，較強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，較快的運(yùn)行速度和功能強(qiáng)大的內(nèi)部集成功能，可完全適應(yīng)煙氣爐較為復(fù)雜的中型控制系統(tǒng)。
2.2 系統(tǒng)軟件
控制系統(tǒng)采用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1,使用該軟件的組態(tài)向?qū)Э捎糜赥D 200文本顯示器、PID控制器、CPU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵐δ堋?BR>3 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能
3.1 控制功能
控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)煙氣爐的點(diǎn)火和煙氣爐出口溫度的控制，操作方式分就地操作和遠(yuǎn)程操作。在就地操作模式下，用戶通過觸摸屏可實(shí)現(xiàn)對該系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定和系統(tǒng)設(shè)備的控制；而在遠(yuǎn)程控制方式下，噴煤主控制系統(tǒng)，采用Modbus通信協(xié)議及RS485接口，實(shí)現(xiàn)對該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)參數(shù)有：煙氣爐出口溫度、報(bào)警溫度、前后吹掃爐膛時(shí)間、焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火時(shí)間、點(diǎn)火成功后切換高爐煤氣時(shí)間。具體控制過程如下：
系統(tǒng)接到點(diǎn)火指令后，啟動助燃風(fēng)機(jī)吹掃爐膛，到設(shè)定時(shí)間點(diǎn)焦?fàn)t煤氣，點(diǎn)火成功后打開高爐煤氣同時(shí)關(guān)閉焦?fàn)t煤氣。由于該系統(tǒng)對煙氣爐出口溫度要求非常嚴(yán)格，溫度過高，可能對制粉帶來安全隱患，溫度過低，則影響制粉生產(chǎn)過程。在實(shí)踐中，采用PID調(diào)節(jié)方式，通過調(diào)節(jié)高爐煤氣的流量實(shí)現(xiàn)對溫度的控制.然而，控制煙氣出口溫度有較強(qiáng)的滯后性，在實(shí)際的控制過程中，如果檢測的出口溫度和設(shè)置的溫度相差過大，系統(tǒng)采用大范圍的調(diào)節(jié)高爐煤氣流量，實(shí)現(xiàn)出口溫度的快速響應(yīng)；當(dāng)檢測的出口溫度與設(shè)置的溫度在20℃的范圍內(nèi)，通過PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。
�；鹣韧Ｃ簹獾綔�(zhǔn)許溫度，吹掃爐膛后，再停風(fēng)機(jī)�？紤]安全因素，如溫度超過設(shè)定上限，則關(guān)閉煤氣并啟動冷風(fēng)機(jī)，保證系統(tǒng)的安全。系統(tǒng)啟動流程如圖2所示。系統(tǒng)關(guān)閉流程如圖3所示。
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圖2 系統(tǒng)啟動流程
圖3 系統(tǒng)關(guān)閉流程
3.2 與主控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信
由于該系統(tǒng)作為噴煤系統(tǒng)的一個(gè)子控制過程，所以組態(tài)為Modbus RTU從站，通過RS485通信接口，實(shí)現(xiàn)與Modbus主站的通訊，從而完成噴煤系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。考慮到煙氣爐的出口溫度對系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，在實(shí)際的應(yīng)用中，采用雙重保險(xiǎn)措施。一方面，所有的系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)通過Modbus接口，實(shí)現(xiàn)與主控制系統(tǒng)的通信；另一方面，在實(shí)際使用的網(wǎng)絡(luò)通信過程中，由于現(xiàn)場惡劣環(huán)境，通信數(shù)據(jù)交換的安全性和實(shí)時(shí)性得不到保證，經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信故障，使系統(tǒng)得不到遠(yuǎn)程系統(tǒng)的控制參數(shù)，造成出口溫度失控，給系統(tǒng)帶來巨大的安全隱患。所以，在應(yīng)用中，除了加強(qiáng)對通信故障的判斷外，對重要通信信號輔以屏蔽電纜直接聯(lián)接，在發(fā)生通訊故障時(shí)，能自動轉(zhuǎn)到硬線聯(lián)接，從而確保系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
3.3 觸摸屏的控制和通信
在就地操作模式下，可通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。觸摸屏界面完全采用圖形方式，簡潔易懂，操作方便，同時(shí)可通過觸摸屏，選擇操作方式。操作方式有單動和自動，在單動方式下，可逐個(gè)控制單個(gè)設(shè)備；在自動方式下，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制。觸摸屏具有報(bào)警指示和報(bào)警記錄，通過報(bào)警窗口，可查看系統(tǒng)故障原因，便于系統(tǒng)維護(hù)。
4 結(jié) 語
由于采用觸摸顯示屏為人機(jī)界面，西門子S7-200（CPU226）PLC為控制系統(tǒng)，采用Modbus通訊協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、就地自動控制。該系統(tǒng)自2003年10月投入使用以來，溫度控制可靠、穩(wěn)定，滿足了工藝要求，同時(shí)保證了設(shè)備安全。
