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西門子EM AT04
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可編程控制器,SMART LINE觸摸屏和SINAMICS V20變頻器*整合,為OEM客戶帶來高性價比的小型自動化解決方案,滿足客戶對于人機交互、控制、驅(qū)動等功能的*需求。

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西門子s7-300 PLC在高爐干式除塵煤氣降溫自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC);煤氣降溫;過程監(jiān)控

　　O 概述

　　寶鋼股份不銹鋼分公司24高爐的煤氣處理系統(tǒng)原為濕式除塵，為了把寶鋼建設成為一個生態(tài)環(huán)保型、經(jīng)濟高效型、能源循環(huán)型的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，寶鋼準備在不銹鋼分公司2。高爐上試行高爐煤氣全干式布袋除塵改造技術(shù)，為在其他高爐上推廣該技術(shù)積累一些經(jīng)驗。由于高爐煤氣全干式布袋除塵煤氣溫度高，大量高溫煤氣進入TRT發(fā)電，仍有少量的高溫煤氣進人煤氣管網(wǎng)，而原有的濕式除塵煤氣管網(wǎng)不適用高溫，且改造管網(wǎng)需大量費用，因而采用將少量煤氣降溫后再送人管網(wǎng)的辦法，滿足煤氣干法除塵系統(tǒng)正常運行的要求。

　　本煤氣降溫系統(tǒng)為高爐煤氣干法除塵項目的配套沒施，采用了具有高性能、高可靠性并經(jīng)濟實用的PLC系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)堅固，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界面，具備多種編程語言，使程序編寫、軟件調(diào)試和系統(tǒng)維護都極為簡便。本文重點介紹不銹鋼煉鐵廠高爐煤氣降溫自動化監(jiān)控系統(tǒng)硬件、PLC編程軟件和自動化控制系統(tǒng)在系統(tǒng)調(diào)試中遇到的一些問題及處理措施。

　　1 自動化控制系統(tǒng)硬件

　　煉鐵廠煤氣降溫自動化監(jiān)控系統(tǒng)選用西門子s7-300PLC系列可編程控制器，其中包括一個CPU315-2DP單元、一個SM32l單元、二個SM322單元、4個SM3ll單元、二個PS307電源模塊、

　　IM365擴展接口模塊，該硬件系統(tǒng)的特點如下。

　　(1)其控制器為模塊化結(jié)構(gòu)。

　　(2)采用高性能的InCPU。

　　(3)所有I/O模塊均可帶電熱插拔。

　　(4)具有多種智能型模塊，滿足用戶特殊要求。

　　(5)符合IEc 113l-3標準的全部五種編程模式：梯形圖，結(jié)構(gòu)化文本，順序功能圖，功能塊圖和指令表。

　　(6)面向?qū)ο蟮木幊谭绞椒袭斀裣到y(tǒng)集成的趨勢。

　　(7)內(nèi)置模擬仿真調(diào)試器?？呻x線仿真，加快應用軟件的開發(fā)和調(diào)試。

　　2 自動化控制系統(tǒng)軟件

　　windows 2000 Professional是美國Microsoft微軟公司zui出色的產(chǎn)品之一，煉鐵廠煤氣降溫自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用windows 2000 Pmfessional中文版操作系統(tǒng)，編程軟件為Simatic Managel5.4。

　　3 自動化控制系統(tǒng)

　　3.1 通用煙氣冷卻系統(tǒng)

　　煉鐵廠煤氣降溫自動控制系統(tǒng)為通用煙氣冷卻系統(tǒng)設計。參考zui大人口溫度和人口煙氣流速等條件，采用了斯普瑞噴霧系統(tǒng)(上海)有限公司的FloMAx雙流體噴槍，經(jīng)過對出口煙氣溫度反饋值的計算、跟蹤及內(nèi)部PID調(diào)節(jié)和相應的流量值，控制噴槍的分組啟動，從而調(diào)節(jié)煙氣出口溫度，使煙氣出口溫度控制在一個期望的溫度值。

　　噴槍的噴霧是通過一定的壓力(4×l05～7×105 Pa)，流量的水和相應的壓縮氣體(4×105—6×105 Pa氧氣)經(jīng)過噴嘴混合腔混合后產(chǎn)生的霧狀水向煤氣管道中噴射從而吸附煤氣熱量來進行煤氣冷卻的。大部分的水霧在煤氣管道中被蒸發(fā)掉，如果煤氣溫度低，有少部分的霧狀水冷凝后經(jīng)回水管排出。

　　FloMAx噴槍通過對水的霧化產(chǎn)生水霧，它需要一定壓力和一定量的水和氮氣才能正常工作，如果氮氣壓力過低將不能產(chǎn)生足夠的霧化，霧滴會變大，不能*蒸發(fā)的水量增加，如果沒有足夠的水則冷卻效果不充分。

　　3.1.1 冷卻水回路

　　除了進出口單元有切斷閥之外，冷卻水回路還包括：

　　(1)一個冷卻水過濾器單元在水泵進口管路上的20目的過濾器。

　　(2)一個并聯(lián)水泵單元主要由兩臺外接VFD變頻控制的水泵，每臺水泵的前后各有一個手動切斷閥，每臺水泵后面有一個止回閥，水泵進口總管上的有一個壓力變送器等部件組成。

　　壓力傳感器檢測過濾器后、水泵前的壓力，當檢測到的值超出了zui大/zui小值限制時或傳感器故障時會產(chǎn)生警告信號。當檢測到的壓力太低時會給出報警信號并停止系統(tǒng)運行以防止泵出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。

　　控制溫度的關(guān)鍵因素是變頻調(diào)節(jié)泵，系統(tǒng)有兩臺水泵。當檢測到的溫度與設定值不同時，系統(tǒng)會調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速(采用層疊式PlD邏輯)來達到目標溫度。一臺泵在運行時另一臺處于備用狀態(tài)，經(jīng)過一定的時問間隔，系統(tǒng)會自動切換到另一臺泵工作。變頻器的反饋信號確認泵的功能正確性，如果沒有收到反饋信號，系統(tǒng)就會切換到另一臺泵運行，如果另一臺泵也出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就停止運行。流量計也檢測確認泵功能的正確性。當泵運行在zui大轉(zhuǎn)速F而檢測到的流量小于zui大流量則系統(tǒng)會給出警告信號并切換到另一臺泵工作。同時泵運行在zui大轉(zhuǎn)速情況下會給出一個警告信號。

　　(3)一個水泵溢流單元主要由一個手動調(diào)節(jié)閥、一個自動切斷閥組成。自動閥用于調(diào)節(jié)供給噴槍的水流量，確保通過水泵有zui小流量。

　　(4)一個水壓力檢測單元泵后有壓力開關(guān)和壓力表，壓力開關(guān)校驗確認泵后的水壓力來防止泵空運轉(zhuǎn)，如果泵后檢測不到壓力，水泵就停止運行。

　　(5)一個水流量計單元流量計檢測水流量，當流量計出現(xiàn)故障時會發(fā)出報警信號并停止系統(tǒng)運行。

　　(6)一個水排污單元泵的前后分別有一個手動排污閥。

　　3.1.2 氣體回路

　　除了進出口單元有切斷閥之外，氣體回路還包括：

　　(1) 一個氮氣過濾單元帶有40目濾網(wǎng)的氮氣過濾器，過濾器前后各有一個手動切斷閥，一個進口氮氣壓力開關(guān)。過濾器后的進氣壓力有一個壓力開關(guān)校驗確認，當進口壓力過低時，會發(fā)出一個報警信號并停止系統(tǒng)運行。

　　(2) 一個儀表氮氣單元由一個手動壓力調(diào)節(jié)器/過濾器和一個壓力開關(guān)組成。

　　3.1.3 煙氣冷卻系統(tǒng)的附件

　　(1)一個靠近噴槍的壓力檢測單元系統(tǒng)采用靠近噴槍處的氮氣壓力作為PID調(diào)節(jié)的反饋值，當檢測到的值太低或太高，會產(chǎn)生一個警告信號。

　　(2)根據(jù)需要設計分組控制分組控制是為了獲得更大的調(diào)節(jié)比和必要時降低氮氣的總消耗量。

　　在系統(tǒng)分組的情況下，當水流量增大超過某一設定值時，會自動打開另外一組的氣體和液體閥門而開始工作，而當水流量低于某一設定值時，會自動關(guān)閉一組的氣體和液體閥門而停止工作。氣路上的手動旁路閥門用于該組不工作時向該組噴嘴提供zui小量的氮氣吹掃噴嘴，防止堵塞。

　　3.2 煤氣降溫自動化監(jiān)控系統(tǒng)

　　系統(tǒng)采用西門子觸摸屏監(jiān)控編程軟件為WinCC，主畫面如圖1所示。

　　系統(tǒng)的主要過程值和設定值均在主頁面上顯示，設定值分本地設定和遠程設定。如在遠程設定，本地只起顯示作用，無論本地還是遠程設定都需考慮設定值范圍。

　　3.3 系統(tǒng)操作控制模式.

　　3.3.1 系統(tǒng)啟動/停止的遠程/本地操作功能

　　為了防止誤操作，本地模式運行時，操作人員只能在本地啟動/停止系統(tǒng)及設定煤氣出口溫度值。遠程模式運行時，操作人員只能在遠程進行操作。

　　3.3.2 系統(tǒng)的運行模式

　　系統(tǒng)的運行模式分為正常運行模式和安全運行模式。

　　正常運行模式。系統(tǒng)根據(jù)出口煤氣溫度的變化進行PID調(diào)節(jié)，從而改變水泵的頻率。系統(tǒng)的狀態(tài)決定于出口溫度實際值，當溫度實際值在設定值以下時，系統(tǒng)運行但無冷卻功能，當出口溫度大于設定值，系統(tǒng)進入噴霧冷卻狀態(tài)。當沒有一個可靠的溫度測量值時，系統(tǒng)進入停止或安全模式。安全模式下，水流量被固定一個恒定的量(150 L/min左右)，此流量可以在畫面中設定。如果安全模式在一定時間內(nèi)沒有得到確認，系統(tǒng)便停機并給出相應報警信息。

　　3.4 系統(tǒng)安全措施

　　為了保證煤氣降溫自動化控制系統(tǒng)安全、可靠，施工要做到接地電阻小于1 Q。自動化控制系統(tǒng)運行以來從未出現(xiàn)過系統(tǒng)干擾錯誤、安全可靠。為了增加自動化控制系統(tǒng)安全、可靠性，系統(tǒng)又采取如下軟硬件措施。

　　(1) 系統(tǒng)供電除了正常供電外，另加UPS電源，掉電可保證15 min自動供電。

　　(2) 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、均有對故障的判斷、顯示、報警和處理等。