1、PLC在首秦1200M3高爐煤氣干法除塵自動化監控系統中的應用（提供：北京首鋼設計院 馬維理 任紹峰） HYPERLINK /tech/example/include/3115.asp l 1#1 【在線聯系作者】摘要：本文介紹了可編程控制器(PLC)在首秦1200M3高爐煤氣干法除塵監控系統中的應用。PLC除了用于對現場儀表的數據采集和處理以外，還用來完成對現場的機械設備的連鎖自動控制。此外，工控組態軟件iFIX作為一種標準的人機界面(HMI)被用于監控工業生產的動態過程。關鍵詞： 可編程控制器(PLC) 干法除塵 過程監控 iFIX組態軟件 THE APPLICATION OF PLCs

2、IN THE PROCESS MONITORING AND CONTROL FOR SHOUQIN 1200 M3 BLAST FURNACE DRY-DUSTING SYSTEMBeijing Shougang Design Institute MA Weili REN ShaofengAbstract: In this paper, we discuss the application of Programmable Logic Controllers(PLCs) in the process monitoring and control for SHOUQIN 1200M3 blast

3、furnace dry de-dusting system. The PLCs are mainly utilized for collecting process data as well as realizing autocontrolling of field mechanism. In addition, iFIX configuration software with a Human man-Machine Interface (HMI) is used to monitor the dynamical industrial process. Keywords: PLC de-dus

4、ting system Monitoring and Control iFIX configuration software 1、 概述首鋼-秦皇島（以下簡稱首秦）1200M3高爐工程干法除塵自動化控制系統的設備性能和自動控制的好壞，將直接影響首秦高爐工程干法除塵的效果。本工程采用了具有高性能、高可靠性并經濟實用的PLC系統，其硬件結構堅固，即使在惡劣的工業環境下也能可靠工作，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、軟件調試和系統維護都極為簡便。本文重點介紹首秦自動化系統硬件、PLC編程軟件和自動化控制系統在系統調試中遇到的一些問題及處理措施。 2、 自動化控制系統

5、硬件首秦1200M3高爐工程干法除塵自動化控制系統PLC選用施耐德QUANTUM系列可編程控制器，主機架選用10槽結構，遠程I/O機架為10槽和16槽結構，CPU選用140CPU43412模塊。PLC主機架與擴展機架的連接采用932系列遠程I/O模塊，為雙纜方式連接，從而進一步提高了系統的可靠性。本系統共有1個主機架和3個遠程I/O機架，分在3臺PLC柜中安裝。PLC與上位工控機采用標準工業以太網連接。上位系統共有3臺工控機，其中一臺放在高爐主控中心，用于監視系統的工作情況，另外兩臺放在干法除塵控制室，用于系統監控。其結構示意圖如下： QUANTUM是施耐德電氣公司推出的世界上第一個通用自動化

6、平臺，可以滿足大部分離散和過程控制的經濟和靈活的硬件控制平臺，因此我們選用高性價比的PLC-QUANTUM,其具有如下特性： 其控制器為模塊化結構； 采用高性能的IntelCPU； 所有I/O 模塊均可帶電熱插拔； 具有多種智能型模塊，滿足用戶特殊要求； 在網絡和通訊技術上，QUANTUM 提供10/100M自適應TCP/IP以太網接口模塊，同時支持通用的網絡設備，如: CISCO、Dlink、3COM等； QUANTUM 能夠提供多種I/O 技術。 先進的技術、無以倫比的可靠性、開放的體系結構使QUANTUM 成為過程控制的優秀產品。3、自動化控制系統軟件和上位編程軟件3.1 Windows

7、 2000 Professional是美國Microsoft微軟公司最出色的產品之一，首秦高爐工程干法除塵自動化控制系統選用Windows 2000 Professional中文版操作系統。3.2 iFIX（中文版）上位組態軟件是Intellution公司的拳頭產品，它的數據庫、畫圖、顯示、歷史趨勢，不但可以畫出逼真的圖形，還能將現場數據快速顯示在屏幕上；它可以在屏幕上制造出按鈕來取代真正的按鈕完成對現場設備的操作；它能將數據庫的數據按時間存放在數據文件里供歷史趨勢文件調用顯示，這樣就能把幾小時、幾天、甚至幾個月前的數據用數據曲線的形式展示給工程師們，以便分析事故和改進工藝。3.3 施耐德電氣

8、公司的Concept工程師站組態軟件包，是業界公認的功能強大的編程組態平臺。 支持多種操作系統平臺：Windows 95/98/NT/2000； 符合IEC 1131-3 標準的全部五種編程模式：梯形圖，結構化文本，順序功能圖，功能快圖和指令表； 派生函數塊（DFB）編輯器； 面向對象的編程方式符合當今系統集成的趨勢； 內置模擬仿真調試器：可離線仿真，加快應用軟件的開發和調試； C 語言開發工具； 專業化的過程控制函數庫； 提供多達7 層的軟件存取保護，防止非法訪問，安全、可靠； 強大的在線幫助功能，界面友好，信息量大，極大方便應用開發人員的使用。因此，Windows 2000 Profess

9、ional、Intellution iFIX中文版和Concept可以說是首秦高爐工程干法除塵自動化控制系統中的“三駕馬車”，共同完成了對首秦高爐工程干法除塵系統的自動監視控制任務。4、自動化控制系統4.1 首秦煤氣干法除塵工程包括換熱器系統、布袋室系統、卸灰系統和外管系統。自動化控制系統是工程最重要核心組成部分，該系統設備包括1個電源柜，3個PLC柜，1個在線監測柜，1個蝶閥控制柜，2個脈沖閥控制柜，20個機旁操作箱及各種檢測設備等。以下詳細介紹各自動化控制系統：4.1.1 換熱器系統包括3個DN1800電動蝶閥、2個DN1800眼睛閥和自動補水裝置。在干法除塵控制室畫面上能夠顯示3個DN1

10、800蝶閥的開到位、關到位狀態并能控制其開關，同時在現場3個DN1800蝶閥旁各自的控制箱可以手動狀態下對設備進行現場操作。3個DN1800在畫面上都選擇自動方式，當荒煤氣總管溫度大于260或重力除塵器后荒煤氣溫度大于280的時候，程序會自動把換熱器管道上的2#和3#DN1800蝶閥打開并開到位后才關閉1#DN1800蝶閥；當重力除塵器后荒煤氣溫度小于250或者荒煤氣總管溫度小于200的時候打開主管道1#DN1800蝶閥并開到位后才關閉2#和3#DN1800蝶閥。無論自動方式還是手動方式，必須保證從重力除塵器出口的煤氣通向干法除塵系統的一條通道是打開的，不能同時關閉兩條通道。自動補水系統能夠自

11、動地換熱器提供軟水，以確保換熱器的正常工作，在控制室設有自動補水系統的控制箱（能夠完成自動補水功能，同時有水位高低的聲光報警）。4.1.2 布袋室系統包括10個DN4000布袋室，20個DN700氣動蝶閥,20個DN700眼睛閥,低壓脈沖裝置和含塵量檢測儀等。在干法除塵控制室畫面上能夠顯示20個DN700眼睛閥的橫移開到位、橫移關到位兩種狀態和20個DN700氣動蝶閥的開關狀態，在畫面上能夠控制20個DN700氣動蝶閥的開關；同時在現場20個DN700眼睛閥和20個DN700氣動蝶閥旁各自的控制箱可以手動狀態下對設備進行現場操作。脈沖反吹控制系統共有10個布袋除塵箱，每個箱體15個24VDC脈

12、沖閥， 脈沖閥的操作有兩種方式，程序上均可設定 (定壓差操作：脈沖閥按荒、凈煤氣總管差壓值（2.54KPa）啟動，稱為定壓差操作；定時操作：按時間操作，定時操作時間可調，從連續反吹到數小時反吹) 。全部操作由PLC自動控制完成，每個箱體依次進行，在自動運轉中，除人工選擇的箱體外，其他箱體依次完成自動反吹-過濾操作。反吹-過濾自動運轉程序：電源接通后第一個脈沖閥啟動，向一排濾袋噴射氮氣，完成一排濾袋的反吹清灰，第一個脈沖閥噴吹后520秒鐘第二個脈沖閥動作（時間間隔可調），直到全部脈沖閥動作，完成一個箱體的反吹工作，再進行第二個箱體的反吹，反吹的程序與第一個箱體相同。反吹又分在線反吹和離線反吹兩種

13、方法。如果箱體進出口蝶閥打開，煤氣在流動狀態逐排反吹，直到15牌濾袋反吹完畢，轉至下一個箱體，稱為在線反吹；箱體反吹前按程序關閉進出口蝶閥，切斷煤氣實行反吹，反吹完畢再打開蝶閥，稱為離線反吹。一般多為前者，有些單位則采用離線反吹。今后可以進行對比，選擇更優方案。下面是反吹系統的詳細說明： a) 脈沖柜控制方式：此種方式可在脈沖柜上進行操作。b) 計算機控制方式在脈沖柜上的每個箱體選為“自動方式”時,在監控畫面上又分為“手動反吹”和“自動反吹”兩種方式。在畫面上選擇“反吹系統手自動切換”按鈕，彈出以下畫面。選擇為手動狀態，點擊分畫面中的每個箱體旁邊的手動反吹按鈕，就可進行單獨箱體的反吹。選擇為自

14、動狀態，又可選擇定時和定壓兩種反吹的方式。系統默認為定壓反吹方式。點擊“反吹參數設置” 按鈕彈出反吹參數設置的畫面，可以進行相應的參數設置。 本系統的自動化檢測項目包括：每個箱體的荒凈煤氣支管溫度，每個氮氣反吹分氣包壓力并用壓力表現場顯示，DN700眼鏡閥前后壓力就地顯示，布袋除塵器前后荒煤氣總管壓差，各布袋室進出口（荒、凈煤氣支管）壓差和含塵量檢測（包括各布袋室箱體出口凈煤氣支管，荒、凈煤氣總管和大灰倉出口，共13點；以上數據在線監測，在主控中心有液晶顯示其數值并在畫面上有超高報警）。要求以上各點遠傳至控制室顯示。4.1.3 卸灰系統包括1個DN4000大灰倉，2個DN150電動球閥，10個

15、DN300球閥，10個DN300放灰閥，10個DN80球閥，22個倉壁振動器等。卸灰操作可在現場或控制室手動操作，10個布袋室逐個卸灰，當一個箱體達到高灰位時開始卸灰，當達到低灰位時停止卸灰，有經驗時可定時操作，卸灰程序如下：1）打開DN150煤氣電動球閥或DN150氮氣電動球閥；2）打開DN80氣動球閥；3）打開DN300氣動卸灰閥（鐘型閥）；4）開啟倉壁振動器； 關閉時反向操作。每次只能操作一個箱體,如果運行中有2個或2個以上的箱體同時到達高灰位，這時需要人工手動干預選擇，保證同一時間只能對一個箱體進行卸灰，防止灰量過大，堵塞輸灰管。布袋除塵灰由氣力輸送至大灰倉，如果以凈煤氣輸灰，則凈化后

16、進入低壓煤氣管網或放散；如果以氮氣輸灰，則凈化后直接放散，大灰倉的灰由罐車運輸。大灰倉上面設有DN300輸灰氮氣放散蝶閥，DN400輸灰煤氣回收蝶閥和DN400輸灰煤氣回收扇形盲板閥；大灰倉下面設有DN350氣動耐磨球閥。卸灰系統分為自動和手動兩種方式。本系統的自動化檢測項目包括：大灰倉后煤氣連通管壓力，輸灰總管道壓力，大灰倉壓差和灰位檢測（布袋室與大灰倉高高、高和低灰位，共33點，超過做報警）。要求以上各點遠傳至控制室顯示。4.1.4 外管系統的檢測項目包括： 重力除塵器前后荒煤氣溫度，氮氣儲氣罐氮氣壓力，氮氣減壓閥后氮氣壓力和壓縮空氣總管壓力。要求以上各點遠傳至控制室顯示。 4.2 首秦煤

17、氣干法除塵上位監控系統本系統共分9個畫面，包括“干法過程系統總圖” 、“1-2#除塵器畫面” 、“3-4#除塵器畫面” 、“5-6#除塵器畫面” 、“7-8#除塵器畫面” 、“9-10#除塵器畫面” 、“大灰倉畫面” 、“歷史曲線畫面” 、“系統報警及高爐指令畫面”。各個畫面可以自由切換。 所有重要的測量參數有自動記錄曲線，并有歷史記錄。4.3 為了保證首秦干法除塵自動化控制系統安全、可靠，工程設計要求其接地電阻小于1歐姆。自動化控制系統運行以來從未出現過系統干擾錯誤、安全可靠。為了增加自動化控制系統安全、可靠性，系統設計又采取如下軟硬件措施：4.3.1 系統主要設備和自動化軟件是進口的，應用

18、軟件自己編程；4.3.2 系統供電除了正常供電外，另加UPS電源，掉電可保證15分鐘自動供電；4.3.3 在系統軟件編程中采取安全可靠性技術處理，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。本工程的自動控制系統的設計在控制網絡和可擴展性方面予以了較強的能力，選用的PLC控制器為完全模塊化，配置靈活，擴展方便，易于升級。QUANTUM PLC系統還具有標準的總線系統接口，用現場總線可實現PLC與上位機之間的數據通訊，上位機還可以通過以太網與公司管理級及調度室實現遠程數據傳輸，滿足首秦公司的整體要求。5、 自動化控制系統調試與運行根據首秦公司一期工程總體進度要求，干法除塵自動化控制系統制訂了詳細的工程施工和調試方案。于2004年1月至2月完成PLC應用軟件的編寫和上位畫面的制作；3月分別進行各系統的單體調試和聯動試車，4月中旬基本調完，4月下旬正式試運行；5月上旬電氣自動化進行多次聯動試車，標志著首秦干法除塵系統具備投產條件；6月7日首秦干法除塵系統順利投產。