煤氣加壓站系統(tǒng)的自控程序設(shè)計(jì)

供稿|李玉杰/LI Yu-jie

內(nèi)容導(dǎo)讀

通過(guò)邯鋼二冷煤氣加壓站對(duì)回收的邯鋼新區(qū)兩座高爐及四座焦?fàn)t在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣進(jìn)行加壓后再混合送往二冷軋,不僅解決了冷軋生產(chǎn)工藝中的加熱問(wèn)題,而且還回收利用了高、焦?fàn)t煤氣,避免了污染和浪費(fèi).二冷加壓站自控系統(tǒng)的安裝調(diào)試是由邯鋼西區(qū)設(shè)備動(dòng)力部自主完成的.系統(tǒng)投入運(yùn)行后,加壓機(jī)系統(tǒng)能夠集中自動(dòng)控制,高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣混合后的壓力穩(wěn)定,通過(guò)相應(yīng)調(diào)節(jié)使得二冷軋所需的混合煤氣壓力和熱值達(dá)到工藝要求.文章主要介紹了煤氣加壓站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成,并詳細(xì)介紹了加壓站在PLC系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)思想和監(jiān)控畫面的操作方式.

能源的回收和高效利用是鋼鐵企業(yè)降本增效提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施.邯鋼二冷煤氣加壓站是回收利用煤氣的關(guān)鍵設(shè)施,通過(guò)對(duì)回收的邯鋼新區(qū)兩座高爐及四座焦?fàn)t在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣進(jìn)行加壓后再混合送往二冷軋,供冷軋生產(chǎn)需要.不僅解決了冷軋生產(chǎn)工藝中的加熱問(wèn)題,而且還回收利用了高、焦?fàn)t煤氣,避免了污染和浪費(fèi).煤氣加壓站屬于煤氣危險(xiǎn)崗位,如果加壓站的自動(dòng)化程度較低,有些設(shè)備還需要操作人員在旁邊值守,崗位的危險(xiǎn)性就會(huì)增加.二冷煤氣加壓站將設(shè)備操作集中于中央控制室,不僅提高了工作效率,同時(shí)也在一定程度上保障了工作人員的安全.

工藝流程

二冷軋加壓站有2臺(tái)高爐煤氣加壓機(jī)和2臺(tái)焦?fàn)t煤氣加壓機(jī),共4臺(tái)加壓機(jī).另有:8臺(tái)油泵、8臺(tái)加熱器、8個(gè)盲板閥、10個(gè)電動(dòng)蝶閥、13個(gè)調(diào)節(jié)閥.

來(lái)自高爐的高爐煤氣和來(lái)自焦?fàn)t的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)加壓機(jī)加壓后混合,供冷軋使用.通過(guò)截止閥可以選擇供氣線路,調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)供氣壓力,輔助設(shè)備如冷卻水、氮?dú)?、油泵、加熱器等保證加壓機(jī)正常工作.工藝流程如圖1所示.

圖1 工藝流程監(jiān)控畫面

程序設(shè)計(jì)思想

對(duì)于加壓站的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),總體思路是先了解工藝流程及控制要求,然后進(jìn)行硬件和軟件選型及配置,再進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)和畫面編制,最后對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試投運(yùn).

通過(guò)編程,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣加壓站中各種閥門、設(shè)備的自動(dòng)化控制.要求操作站與控制站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸.通過(guò)調(diào)節(jié)加壓機(jī)頻率,使煤氣加壓機(jī)根據(jù)用戶的用量變化而保持機(jī)后煤氣壓力恒定.高爐煤氣兩個(gè)加壓機(jī)和焦?fàn)t煤氣兩個(gè)加壓機(jī)分別是互相備用的,當(dāng)一個(gè)有故障時(shí)另外一個(gè)自動(dòng)啟動(dòng).混合煤氣熱值根據(jù)用戶要求按照相應(yīng)的配比自動(dòng)調(diào)節(jié).工藝參數(shù)報(bào)警和歷史趨勢(shì)進(jìn)行記錄.高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣流量進(jìn)行累計(jì)計(jì)算,并實(shí)現(xiàn)班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)自動(dòng)打印并上傳到公司能源網(wǎng).

通過(guò)系統(tǒng)的比較分析后,最終確定選用西門子的PLC作為控制站,根據(jù)系統(tǒng)容量,選用SIMATIC S7-300.經(jīng)過(guò)計(jì)算,本次煤氣加壓站共使用了20塊模擬量輸入模板,6塊模擬量輸出模板,9塊開(kāi)關(guān)量輸入模板及4塊開(kāi)關(guān)量輸出模板.

根據(jù)S7-300的編程特點(diǎn),此次煤氣加壓站的程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程方法.模塊化編程是將程序分成不同的塊,每個(gè)塊包含了一些設(shè)備和任務(wù)的邏輯指令.組織塊(OB1)中的指令決定是否調(diào)用有關(guān)的控制程序模塊.把程序分成若干小塊,將易于對(duì)程序調(diào)試和查找故障.由于每次循環(huán)中不是所有的塊都執(zhí)行,只有需要時(shí)才調(diào)用有關(guān)的程序塊,這樣,CPU 將更有效地得到利用.

通過(guò)對(duì)煤氣加壓站設(shè)備的梳理,將設(shè)備大致分為油泵、加熱器、電動(dòng)蝶閥、盲板閥、加壓機(jī)5大類.首先,工程設(shè)計(jì)中存在大量的溫度、流量、壓力等模擬量輸入點(diǎn),并且大部分用于畫面的顯示,所以編程中首先為其建立了數(shù)據(jù)傳導(dǎo)模塊FC1,又根據(jù)模擬量輸入的特點(diǎn),為FC1建立了3個(gè)轉(zhuǎn)換子程序塊,供其調(diào)用轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù).其次,由于每臺(tái)油泵和加熱器等同種設(shè)備在啟動(dòng)條件、啟動(dòng)順序、故障報(bào)警等編程邏輯上極為相似,所以可以將同種設(shè)備的程序放在同一個(gè)功能塊中.這樣程序中的功能塊大致可以分為模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊FC1,自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊FC2,油泵控制模塊FC3,加熱器控制模塊FC4,電動(dòng)蝶閥控制模塊FC5,盲板閥模塊FC6,加壓機(jī)變頻器模塊FC7,報(bào)警通用控制模塊FC8.程序設(shè)計(jì)框圖如圖2所示.

圖2 程序設(shè)計(jì)框圖

具體內(nèi)容及分布如下:在STEP 7編程界面的OB1組織塊中循環(huán)調(diào)用FC1、FC2、FC3、FC4、FC5、FC6、FC7、FC8子程序塊.

其中FC1子程序塊的功能是將模擬量模板信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際刻度信號(hào),包括溫度、壓力、流量、軸位移等信號(hào).

FC2子程序塊功能是PID調(diào)節(jié)功能模塊.在該程序塊中包含2臺(tái)高爐煤氣加壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)PIC201、2臺(tái)焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)PIC104、混合煤氣壓力調(diào)節(jié)PI203、焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)FIC202.其中焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)的設(shè)定值與高爐煤氣實(shí)際流量成比例,比例系數(shù)與混合煤氣的熱值有關(guān).

FC3子程序塊是油泵控制子程序塊.設(shè)計(jì)中每臺(tái)加壓機(jī)由兩臺(tái)油泵供油,一用一備,當(dāng)一臺(tái)油泵有故障,備用油泵自動(dòng)啟動(dòng).

FC4子程序塊是加熱器子程序塊.每臺(tái)加壓機(jī)配2臺(tái)加熱器,1臺(tái)給油系統(tǒng)加熱,1臺(tái)給電機(jī)加熱.當(dāng)溫度低于油溫下限設(shè)定值時(shí),加熱器自動(dòng)啟動(dòng);高于油溫上限設(shè)定值時(shí),加熱器自動(dòng)停止.

FC5子程序塊是電動(dòng)蝶閥子程序塊.該程序塊共控制12臺(tái)電動(dòng)蝶閥的開(kāi)關(guān)操作.

FC6子程序塊是電動(dòng)盲板閥子程序塊.該程序塊共控制8臺(tái)電動(dòng)蝶閥的開(kāi)關(guān)操作.

FC7子程序塊是煤氣加壓機(jī)控制子程序塊.在該子程塊中控制2臺(tái)高爐煤氣加壓機(jī)和2臺(tái)焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)的啟動(dòng)停止操作.通常高爐煤氣加壓機(jī)與焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)一備一用,當(dāng)一臺(tái)故障停止時(shí),備用加壓機(jī)自動(dòng)啟動(dòng).

FC8子程序塊是報(bào)警子程序塊.工藝參數(shù)的上下限報(bào)警、故障停車報(bào)警都由該程序塊完成.

監(jiān)控站軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用了WinCC進(jìn)行畫面監(jiān)控軟件制作.煤氣加壓站主要分為高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)、焦?fàn)t煤氣壓力調(diào)節(jié)、混合煤氣壓力調(diào)節(jié)和流量調(diào)節(jié)、煤氣熱值調(diào)節(jié)等,監(jiān)控畫面有加壓站主畫面、報(bào)警畫面、參數(shù)顯示、趨勢(shì)畫面等七幅主畫面.

設(shè)備狀態(tài)表示:加壓站主畫面上顯示了各主要設(shè)備的位置、狀態(tài)及部分參數(shù),其中加壓機(jī)為綠色時(shí),表明設(shè)備正在運(yùn)行,灰色表示停止.所有的電動(dòng)蝶閥開(kāi)到位時(shí)為綠色,關(guān)到位時(shí)為紅色,開(kāi)閥/關(guān)閥過(guò)程中為白色.所有的電動(dòng)盲板閥開(kāi)到位時(shí)為綠色,關(guān)到位時(shí)為紅色,開(kāi)閥/關(guān)閥過(guò)程中為白色.所有的調(diào)節(jié)閥顯示均為藍(lán)色.

操作說(shuō)明:加壓站主畫面主要以顯示為主,要對(duì)設(shè)備進(jìn)一步操作時(shí),需鼠標(biāo)單擊該設(shè)備,從而彈出相應(yīng)操作畫面,在加壓站主畫面下方有一排畫面切換及消音按鈕,單擊按鈕會(huì)切換到相應(yīng)畫面.

設(shè)備狀態(tài)表示:電動(dòng)蝶閥的操作畫面中,對(duì)應(yīng)各閥位信息后面都有一個(gè)小圓圈,統(tǒng)一以灰色表示信號(hào)沒(méi)到位,其中"集中""開(kāi)、關(guān)閥反饋""開(kāi)、關(guān)閥到位"后面的圓圈顯示為綠色時(shí)表示信號(hào)到位,而"開(kāi)、關(guān)閥位超限""電機(jī)過(guò)載""過(guò)扭矩""啟動(dòng)超時(shí)"后面的圓圈顯示為紅色時(shí)表示有故障信號(hào).操作畫面如圖3所示.

圖3 電動(dòng)蝶閥操作畫面

操作說(shuō)明:當(dāng)點(diǎn)擊主畫面中閥門圖標(biāo)時(shí),將彈出相應(yīng)操作畫面.以開(kāi)閥過(guò)程為例,當(dāng)?shù)y操作畫面中"集中"圓圈顯示為綠色而無(wú)故障信號(hào)時(shí),便可點(diǎn)擊"開(kāi)閥"按鈕,隨后"開(kāi)閥反饋"圓圈變?yōu)榫G色,最后"開(kāi)閥到位"圓圈為綠色,開(kāi)閥過(guò)程完畢,關(guān)閥過(guò)程與此相同,如相應(yīng)故障燈為紅色時(shí),過(guò)程停止.畫面中設(shè)有"急停"和"復(fù)位"按鈕,當(dāng)故障消除后,需點(diǎn)"復(fù)位"方能繼續(xù)操作.

電動(dòng)盲板閥操作畫面和加壓機(jī)操作畫面與此相同.

設(shè)備狀態(tài)表示:畫面中狀態(tài)圓圈統(tǒng)一以灰色表示信號(hào)沒(méi)有到位,其中"高壓柜運(yùn)行""變頻器反饋"后面的圓圈顯示為綠色時(shí)表示信號(hào)到位,而"變頻器故障""啟動(dòng)超時(shí)""變頻器停止"后面的圓圈顯示為紅色時(shí)表示有故障信號(hào).畫面還提供了頻率輸出、頻率反饋、變頻器電流的數(shù)字顯示框.柱狀圖紅色為設(shè)定值,綠色為測(cè)定值、黃色為頻率輸出值.按鈕綠色表示操作為當(dāng)前狀態(tài).

操作說(shuō)明:當(dāng)點(diǎn)擊主畫面中輸出數(shù)字顯示圖標(biāo)時(shí),將彈出調(diào)節(jié)畫面.首先在"頻率輸出"后面方框內(nèi)輸入頻率值,然后點(diǎn)擊"啟動(dòng)"按鈕,此時(shí)"高壓柜運(yùn)行""變頻器反饋"圓圈顯示為綠色而無(wú)故障信號(hào)時(shí),逐漸的頻率反饋值與輸出值相同后,表示設(shè)備順利運(yùn)行.若要停止,點(diǎn)擊"停止"按鈕.如相應(yīng)故障燈為紅色時(shí),過(guò)程停止.畫面中設(shè)有"復(fù)位"按鈕,當(dāng)故障消除后,需點(diǎn)"復(fù)位"方能繼續(xù)操作.壓力調(diào)節(jié)分為手動(dòng)和自動(dòng),手動(dòng)時(shí)可直接在"頻率手動(dòng)"左面的方框內(nèi)輸入數(shù)值.自動(dòng)時(shí)只要在"給定壓力"的方框內(nèi)輸入壓力值,也可點(diǎn)擊上下箭頭按鈕,以"1"為單位逐個(gè)增加或減少,PID可自動(dòng)根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行頻率輸出調(diào)節(jié).

壓力及流量調(diào)節(jié)操作畫面與此相同.

應(yīng)用效果

PLC程序編制完成后,經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試,在線調(diào)試,投入生產(chǎn)運(yùn)行.自生產(chǎn)以來(lái),PLC系統(tǒng)運(yùn)行良好,自動(dòng)化程度高,機(jī)后壓力和熱值調(diào)節(jié)穩(wěn)定,完全滿足工藝的要求.同時(shí)節(jié)約了煤氣用量和設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用.