工控機(jī)和PLC的分布式控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣凈化中的應(yīng)用

曹偉

摘 要：工礦企業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備的過(guò)程控制，存在著工況條件惡劣、設(shè)備分散、過(guò)程數(shù)據(jù)采集量大、人員集中控制的特點(diǎn)，文章就工控機(jī)和PLC的分布式控制系統(tǒng)的結(jié)合，提供一種高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。

關(guān)鍵詞：工控機(jī)；PLC；分布式控制系統(tǒng)

現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼在吹煉的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生約1400～1500℃的高溫廢氣，廢氣中成分復(fù)雜，主要由含量高達(dá)80%以上的CO氣體和濃度可達(dá)150～200g/Nm3粉塵組成，并且粉塵中含有70%以上的全鐵，故此高溫含塵廢氣具有極高的回收價(jià)值。這些高溫廢氣經(jīng)過(guò)洗滌冷卻、脫水凈化后，在不具備回收條件時(shí)，可在滿足環(huán)保指標(biāo)情況下進(jìn)行合理的排放。其復(fù)雜的成分、高溫、易燃、易爆的特性，決定了控制系統(tǒng)的參數(shù)主要為溫度、壓力、流量等，儀表選型必須帶具有防爆特性?；诠た貦C(jī)和PLC控制的分布式I/O系統(tǒng)，為大量的儀表數(shù)據(jù)的采集、控制柜的布置、現(xiàn)場(chǎng)操作人員的集中控制提供了便利，目前該系統(tǒng)在蘇北某鋼廠煙氣凈化項(xiàng)目上得到了很好的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)組成

該鋼廠的煙氣凈化項(xiàng)目工藝流程由洗滌、降溫、脫水、放散幾部分組成，且其中環(huán)縫洗滌塔和脫水器布置在主廠房?jī)?nèi)標(biāo)高19.5米至33.5米平臺(tái)之間，降溫洗滌后的氣體經(jīng)風(fēng)管連接到主廠房外側(cè)的風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，最后經(jīng)由放散塔排出。儀表數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程設(shè)備的控制分別集中在主廠房和風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，設(shè)備之間分布距離超過(guò)了100米，故采用分布式I/O系統(tǒng)將在很大程度上降低系統(tǒng)布線和調(diào)試難度，并有效節(jié)約線纜投資。

控制系統(tǒng)由上位工控機(jī)和下位PLC站點(diǎn)組成，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)相互通訊。上位機(jī)為安裝有WINCC監(jiān)控軟件的工控機(jī)，集中進(jìn)行設(shè)備控制、儀表數(shù)據(jù)的讀取、歷史數(shù)據(jù)的記錄以及報(bào)警狀態(tài)的顯示輸出；下位PLC站點(diǎn)由S7-300系列的CPU315-2DP組態(tài)為DP控制主站，連接3個(gè)DP從站組成。同時(shí)作為下位PLC的CPU315-2DP與轉(zhuǎn)爐主控室CPU417-4建立了基于工業(yè)以太網(wǎng)的S7連接，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送和設(shè)備控制信號(hào)接收和反饋。

2 站點(diǎn)功能

CPU315主站和地址為3的1#DP從站設(shè)置在風(fēng)機(jī)房操作室內(nèi)。主站掛載的DI/DO模塊，負(fù)責(zé)采集和輸出風(fēng)機(jī)、放散點(diǎn)火裝置和集水坑設(shè)備的運(yùn)行時(shí)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，包括合分閘、聯(lián)鎖、啟停、閥門啟閉、水位以及故障等。1#DP從站為風(fēng)機(jī)房的儀表從站，由IM153-1模塊作為接口模塊，掛載AI/AO模塊，采集風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)各檢測(cè)點(diǎn)的模擬量數(shù)據(jù)，包括風(fēng)機(jī)速度、高壓電機(jī)定子溫度、液力耦合器壓力和溫度、風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)、潤(rùn)滑稀油站壓力和溫度、循環(huán)冷卻水溫度、壓力及流量數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)計(jì)入PLC聯(lián)鎖保護(hù)程序；同時(shí)還檢測(cè)風(fēng)機(jī)房段管道內(nèi)煙氣的溫度、壓力、流量的過(guò)程數(shù)據(jù)，作為風(fēng)機(jī)運(yùn)行工藝調(diào)節(jié)的參考。由PLC輸出4～20mA信號(hào)對(duì)液力耦合器的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

2#DP從站為環(huán)縫液壓站，由液壓和電控系統(tǒng)組成，設(shè)置在主廠房?jī)?nèi)標(biāo)高19.5米設(shè)備平臺(tái)上。S7-200系列的CPU214作為該從站的控制器，站地址為4，主站CPU315通過(guò)EM277與之進(jìn)行DP通訊。僅在STEP7中對(duì)S7-300站進(jìn)行硬件組態(tài)，無(wú)需對(duì)CPU214進(jìn)行組態(tài)和編程。CPU214將通訊數(shù)據(jù)集中存放在V值存儲(chǔ)區(qū)，與EM277在S7-300的組態(tài)從站時(shí)的硬件I/O地址相對(duì)應(yīng)，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換內(nèi)容包括液壓電機(jī)的啟停、聯(lián)鎖、故障、油缸開(kāi)度等等。環(huán)縫液壓系統(tǒng)通過(guò)控制環(huán)縫文氏管喉口的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣在爐口的微差壓調(diào)節(jié)，以及管道內(nèi)風(fēng)壓、流量的調(diào)節(jié)，以滿足工藝要求。

3#DP從站亦為儀表從站，與1#從站硬件組成類似，設(shè)置在主廠房?jī)?nèi)標(biāo)高24.5米設(shè)備平臺(tái)上，站地址為5，負(fù)責(zé)分別采集環(huán)縫洗滌塔和脫水器內(nèi)各檢測(cè)點(diǎn)的噴淋水、煙氣兩種介質(zhì)的壓力、流量、溫度、液位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

預(yù)裝WINCC監(jiān)控軟件的工控機(jī)作為上位機(jī)，放置在風(fēng)機(jī)房的操作室內(nèi)，與DP主站CPU315通過(guò)CP343模塊組態(tài)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行TCP/IP通訊。監(jiān)控畫面結(jié)構(gòu)分兩級(jí)畫面，一級(jí)畫面為系統(tǒng)主體畫面，分別為一次風(fēng)機(jī)畫面和煙氣凈化畫面，畫面中實(shí)時(shí)顯示各項(xiàng)儀表數(shù)據(jù)和報(bào)警提示信息；二級(jí)畫面為單體設(shè)備的操作畫面、報(bào)警畫面和歷史趨勢(shì)。其中單體設(shè)備操作分別為風(fēng)機(jī)啟停操作及速度調(diào)節(jié)、環(huán)縫液壓站操作及開(kāi)度調(diào)節(jié)、放散點(diǎn)火裝置啟停及狀態(tài)指示、集水坑水泵啟停操作；報(bào)警畫面中記錄了影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的各項(xiàng)保護(hù)值的觸發(fā)情況；歷史趨勢(shì)以圖表形式實(shí)時(shí)繪制風(fēng)機(jī)各項(xiàng)保護(hù)值的折線圖，以及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)工藝數(shù)據(jù)的記錄。

3 需要注意的問(wèn)題

本系統(tǒng)的CPU315和轉(zhuǎn)爐主控室CPU417之間通訊，采用的是以太網(wǎng)方式，二者CP模塊之間實(shí)際布線長(zhǎng)度超過(guò)100米，若采用以太網(wǎng)線敷設(shè)則可能出現(xiàn)信號(hào)衰減，故采用了多模光纖通信，將以太網(wǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成多模光纖信號(hào)，以解決以太網(wǎng)長(zhǎng)距離通訊帶來(lái)的隱患，同時(shí)降低干擾。

本系統(tǒng)的主從站采用的是PROFIBUS-DP協(xié)議，主站CPU315和2#從站之間的間距約150米，2#從站與3#從站之間距離約50米，電纜敷設(shè)在電纜溝內(nèi)，同時(shí)溝內(nèi)還混有動(dòng)力電纜，為保證通信質(zhì)量，DP電纜敷設(shè)采用全程穿金屬硬管并在保證接地良好的情況下，同時(shí)將通信波特率調(diào)至187.5Kbps。PLC系統(tǒng)接地應(yīng)當(dāng)連接至廠區(qū)計(jì)算機(jī)接地系統(tǒng)，同時(shí)柜內(nèi)需設(shè)置防雷保護(hù)器。

4 結(jié)束語(yǔ)

工礦現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的具有分散性、多樣性、數(shù)據(jù)采集連續(xù)性、以及監(jiān)控的集中性的特點(diǎn)，基于工控機(jī)和PLC的分布式控制系統(tǒng)為此提供了便捷、高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。本系統(tǒng)在蘇北某鋼廠成功實(shí)施一年多來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，得到了業(yè)主方的認(rèn)可，同時(shí)以文章所闡述的原理進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)的應(yīng)用，在其他類似項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

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