建龙焦化厂备煤筛焦地面除尘站PLC微机控制系统.docx

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建龙焦化厂备煤筛焦地面除尘站PLC微机控制系统

建龙焦化厂备煤、筛焦，地面除尘站PLC微机控制系统

王野吴恒奎

黑龙江建龙钢铁有限公司双鸭山市155126

摘要：

黑龙江建龙钢铁公司焦化厂备煤、筛焦、地面除尘站PLC微机控制系统，在设计之初就充分考虑了生产控制自动化。

通过事先招标形式选择美国罗克韦尔自动化公司ControlLogix

关键词：

焦化厂备煤、筛焦，地面除尘站PLC微机控制系统

1、概述及控制系统

焦化厂备煤、筛焦，地面除尘站PLC微机控制系统，在设计之初就充分考虑了生产控制自动化。

通过事先招标形式选择美国罗克韦尔自动化公司ControlLogix

1.1、备煤PLC控制系统

备煤PLC控制系统和配煤计算机控制系统两部分，实现了备煤系统所有皮带的远程开停、事故报警、联锁，对翻车机、堆取料机、粉碎机等重点设备的状态监视，配煤计算机控制系统选择西门子公司S7400PLC控制系统，实现圆盘给料机、称量带式皮带称的顺序起停、报警以及料流的PID调节，保持系统自动、半自动及手动操作。

“配料管理”软件，可实现实时控制、自动配料、报警和数据打印等功能。

实现了配煤操作的完全自动化。

1.2、筛焦PLC控制系统

本系统可实现出炉焦炭至焦场之间输送设备的自动控制。

其控制范围为焦炭输送皮带、单层振动筛、双层振动筛等主要工艺设备。

1.3、地面除尘站PLC微机控制系统

本系统可实现按工艺流程，实现设备的循环启动,自动控制主风机、停脉冲控制仪、仓壁震动器、排灰阀、刮板运输机等重要设备。

2、配煤系统组成

整个系统由二台工业PC、一套西门子S7-400PLC及16套单回路闭环控制系统组成；每个闭环控制回路由现场的称量带式输送机、秤体、传感器、现场操作箱设备及控制室内的称重控制器、变频器等组成。

并且与焦化厂备煤PLC通讯。

2.1、工作原理

配煤槽里的煤料通过圆盘给料机均匀地落到称量带式输送机上，称量和速度信号输入到称重控制器，经过处理得出实际给料量，将实际给料量与设定的给料量不断进行比较，并经变频器调整圆盘给料机给料速度，使之精确地以恒定的期望给料速率给料，保持给料量基本恒定。

2.2、控制方式

工业PC对各回路的数据进行集中管理，S7-400PLC实现圆盘给料机、称量带式输送机的顺序起停、报警以及模拟量的输入、输出，实现系统自动、半自动及手动。

2.2.1、由工业PC设定各种相关参数，并与S7-400PLC实现系统的自动控制。

2.2.2、当系统故障或计算机离线时，可由称重控制器输入配比并显示配料参数，与称量带式输送机、圆盘给料机、变频器实现系统的半自动控制。

2.2.3、当半自动系统故障时，可通过现场操作箱，手动调节变频器，实现手动控制配料。

2.3、现场设备

现场设备包括称量带式输送机、秤体、称量传感器、速度传感器、现场操作箱。

2.4、配煤室设备

配煤室设备包括S7400PLC控制柜、称重控制器柜、变频器柜等，工业PC、操作台、打印机。

2.5、自动配煤S7400PLC与备煤ControlLogixPLC系统之间接点联系

2.6、工控机S7400PLC软件功能

工控机PC和S7400PLC作为中央控制部件和显示部件与16台皮带秤称重控制器相连，用于对称量和给料系统的过程控制和管理，实现对圆盘给料、称量带式输送机的顺序启动、报警以及模拟量的输入、输出实现系统自动、半自动及手动控制，并与备煤ControlLogixPLC系统进行通讯，实现联锁启停。

采用标准串行接口与皮带秤称重控制器和打印机、上位机连接。

显示部分能同时显示16台称量和给料装置的工艺流程图、工作状态、物料名称、瞬时流量、百分比、累计流量、皮带数度、电机转速、设定值以及自动配煤系统总的设定值、配煤比、总瞬时流量、总累计量；时间显示（年、月、日、时）。

可以通过工控机PC对S7400PLC软件维护和内部参数设定、系统校称、以及对各回路运转参数的设定，显示器能显示出故障来历及处理措施。

对各种检测参数进行定时、随机打印；自动生成班产、日产、月产等统计报表。

3、焦化工程ControlLogixPLC控制系统，应完备煤、筛焦，地面除尘站设计规范所规定技术要求。

3.1、诊断功能：

维护人员能够利用维护画面方便地进行整个系统的维护工作，这些画面上能方便地观察到整个系统的状态，系统故障位置及故障原因，并能指导维护人员完成整个系统的维护工作。

维护画面至少应包括下列类型：

●系统诊断画面

●系统维护画面

●系统软件运行状态画面

●系统硬件状态画面

3.2、测试功能：

测试功能和运行状态可手动切换，在测试状态下，可对模拟量和数字量输出卡件各通道输出值人工给定，便于调试现场执行机构和检查电磁阀、继电器等开关装置的逻辑状态；可对模拟量和数字量输入卡件各通道输入值人工设定，便于对组态参数进行整定以及判断画面显示、逻辑关系是否正确等。

3.3、硬件配置：

ControlLogixPLC控制系统硬件总成套、总集成，其中包括由隔离栅、24VDC电源、UPS电源等的系统成套和集成，满足设计规范要求，来实现系统配置的最优化。

成套机柜采用威图款式的产品，具体要求如下：

●机柜尺寸：

按定货设备表

●颜色：

浅灰色

●安装方式：

并排安装

●机柜开门方式：

前后开门、带锁

●进线方式：

机柜底部进线

3.4、系统技术规范：

a）环境要求：

i.工作温度：

0o–60oC

ii.储存温度：

-40o–85oC

iii.相对湿度：

5%-95%无冷凝

iv.抗振动：

10–150Hz5.0G最大峰值加速度

v.工作抗冲击：

30G峰值持续11秒

vi.存储抗冲击：

50G峰值持续11秒

vii.机构认证：

国家安全认证、CCC、CE、TUVSIL2安全认证

3.5、工程师站功能：

工程师站负责系统组态和系统调试及系统维护，它也可以作为操作员站来使用，操作系统采用微软的Windows2000服务器版，具有一体化软件编程环境和全局数据库。

支持组态点中文描述输入及显示；支持中文报表。

工程师站被设置在主控室内。

3.5.1、工程师站硬件配置

工业PC计算机：

选用研华工业控制计算机作为工程师站，其技术参数如下：

主频：

PIV≥2.8GHz

RAM：

512M

硬盘：

80GB

软驱：

3.5，1.44MB

光驱：

40倍速光驱

128M显存

CRT：

21＂纯平彩显，最低分辨率1280×1024，（菲利普）。

标准键盘，鼠标

ETHERNET网卡（100M）

音箱

3.6、系统软件

Win2000系统软件（服务器版）

MicrosoftOffice办公软件

控制系统软件包括:

RSLOGIX5000软件

CITECTSCADA组态软件

软件的功能说明

RSLOGIX5000软件用于对1756－L55M13控制器进行组态、逻辑编程，编程语言为梯形图编程方式。

其内置的功能块可以提供过程控制所需要的所有控制算法，来完成顺序控制功能。

监控软件Citect为整个工厂的所有控制和监视需求。

Citect具有独特的“可伸缩结构”，并且可以快速安装及易于管理。

Citect是基于Windows平台上的工业软件系统。

3.7、PLC系统

3.7.1、PLC主要安装设备

每个PLC系统机柜内配置以下主要设备与附件：

中央处理单元（CPU），L55M13处理器；

通讯模块，CNBR卡件；

过程I/O卡件；

连接现场信号的接线端子；

电源装置

各种接线,相关附件及机柜散热装置；

3.7.2、PLC系统的功能：

系统处理器L55M13,CPU采用摩托罗拉工业级芯片,内存容量为1.5M。

处理速度为5ms,50ms,100ms,到2s。

a）常规控制功能

具有丰富的常规连续控制与运算功能模块（内部仪表），通过有关功能模块的组合,可实现各种控制功能。

b）顺序逻辑控制（SEQUENCE）功能

具有很强的顺控功能。

c）数据采集功能

PLC系统能对大量非控制的过程变量进行采集、处理和分配；

PLC控制系统采用的IO卡件，全部带有微处理器芯片，现场输入的信号在卡板上进行量程的整定，信号特性的设置，A/D转换，这就大大降低了处理器的负荷。

d）全部卡件都具有带电插拔功能及故障报警功能。

e）PLC系统具有在线组态和调试功能。

f）PLC系统具有CONTROLNET网络冗余功能。

g）为满足用户离线组态的要求，罗克韦尔自动化可以提供系统仿真软件。

在离线方式下，进行系统组态及功能调试仿真。

3.8、操作员站

3.8.1、操作员站功能及配置要求

操作员站用以实现人－机对话，进行工艺设备运转操作、工艺参数设定、运转状态监视、工艺流程显示、趋势曲线功能、报表功能、操作安全功能以及故障报警处理等功能。

通过操作员站可以完成PV，SP，OP值的显示及操作，PID参数的整定等功能。

系统提供报警功能包括系统报警及过程报警。

系统报警实现对控制系统本身产生的报警显示和管

理（如IO卡件故障）；过程报警可以实现对各种回路参数的显示及管理。

为了保证其安全性，操作员站可以设置不同的安全等级，使用用户名及密码方式进行功能之间的转换。

3.8.2、操作员站技术参数

操作员站选用研华工业控制计算机5台。

配置如下：

·CPU：

PIV>2.8GHz

·内存：

256MB

·硬盘：

80GB

·1.44MB软驱

·40倍速CD-ROM

.128M显存

·ETHERNET网卡（100M）

·CRT显示器：

21″纯平彩显，最低分辨率1280×1024（菲利普）

·标准操作员键盘，鼠标

.音箱

3.8.3、操作员站软件

操作员站软件包括：

Windows2000（专业版）

CITECTSCADA客户端软件

3.9、ControlNet网络

控制网通讯采用确定性的通讯协议，罗克韦尔标准ControlNet同轴电缆用于工厂控制室和I/O室冗余ControlNet连线。

3.10、ETHERNET网络

光纤用于工厂操作站之间的连接。

3.11、供电要求

220VAC，50HZ。

3.12、系统接地

3.12.1、通常场所接地电阻<=4欧姆，危险场所接地电阻<=1欧姆；

3.12.2、接地极导体采用>=8AWG的铜制导线；

4、装煤除尘、出焦除尘系统概述

焦化配套地面除尘系统，装煤除尘：

装煤除尘采用导烟除尘车，依靠地面站的风机抽吸吸尘孔冒出的烟尘，掺混冷空气后，经集尘干管送到地面站除尘设备进行净化处理。

推焦除尘：

在拦焦机上带有大型集尘罩，该集尘罩与地面站除尘设备之间用一条固定于焦侧的水平干管连接，通过干管将抽吸的烟气送到除尘设备处理净化后排放。

4．1、装煤除尘、出焦除尘工艺过程简述

焦化污染产生于焦炉的出焦时的推焦过程，装煤时的炉门打开过程和熄焦过程中，主要是含有焦油类物质的煤气和粉尘。

就污染程度而言，装煤污染大于出焦污染，出焦污染大于熄焦污染。

本文讨论装煤除尘、出焦除尘地面站系统设计：

装煤除尘、出焦除尘开启后，风机处于低转速，非常阀处于开状态。

出焦信号到来后，关闭非常阀，风机提到高转速，由导焦车吸气罩吸人烟尘，经冷却器冷却后，进入袋式除尘器净化，净化后的气体排人大气。

装煤信号到来后，打开管道切换阀，关闭非常阀，风机提到中速，烟尘的处理同出焦。

装煤结束后，启动脉冲控制仪进行反吹，启动仓壁震动器将布袋灰尘震下，由排灰阀排除到刮板输送机，又经斗式提升机送至粉尘仓，由汽车定时外运。

4．2、装煤除尘、出焦除尘系统组成简述

装煤除尘、出焦除尘系统由主风机，主风机人口阀，偶合器，非常阀，管道切换阀，蓄热式冷却器，粉尘仓，2台刮板运输机，1台斗式提升机，12个脉冲袋式除尘器和连接管道等部分组成。

其中每个脉冲袋式除尘器对应有1个脉冲控制仪，1个仓壁震动器，2层气动排灰阀。

主风机有高，中，低三档转速，对应偶合器的高，中，低三档位置来控制。

非常阀是混风装置，在风机为低转速时打开。

管道切换阀是煤气切换阀，在装煤过程中打开。

4.3、计算机控制系统的硬件组成

企业系统

Ethernet

工程师站操作员站

ControlLogix

自动化平台

ControlNet

控制部件

图1装煤、出焦系统拓扑图

4.3.1、信号处理功能

实现对数字量的输入，输出和模拟量的输入，输出的处理。

4.3.2、控制功能

实现各设备的顺序逻辑控制，对系统的选择，切换，起点，终点的确定及对系统的运行进行控制和管理。

4.3.3、其他功能

料仓监视功能：

对料仓料满状态监视。

4.3.4、计算机控制系统的软件功能

计算机软件是以Windows2000为平台，采用RSLogix5000组态/编程软件，监控软件CITECTSCADA来实现以下功能。

控制级由ControlLogix控制系统构成，其硬件设备配置如下；设有一主一从两个站，其中除尘地面站为主站，出焦站为从站，每站配一台工控机，两台工控机互为冗于，操作台、打印机、PLC机柜、UPS电源等硬件设备如图l所示：

其中主站PLC控制柜有三个机架筛焦从站设两个机架。

主站配有CPU模块，I/O接口模块，电源模块，21个数字量输入模块，6个数字量输出模块，2个模拟量输入模块，1个模拟量输出模块。

操作站工控机有两台，两台工控机之间和两个CPU之间通过通讯电缆连接，打印机用来打印报表和报警。

操作站设于地面站中控室，以便于集中控制。

CRT画面显示功能：

实现生产过程流程画面，操作画面，设定，报警等画面。

通信功能：

实现与上位机，PLC之间的通信。

打印功能：

打印报表，报警。

报警功能：

设定优先级，实现事故报警。

5、除尘系统PLC编程

按照功能分类的思想，将程序分为四个部分。

5.1、系统启动

由于除尘只有一种方式，只须按工艺流程，实现设备的循环启动。

在启动之前，首先判断模拟量条件和启动三条件是否满足，是则发出启动指令。

因为偶合器是模拟量控制的，因此在程序中采用直接输出模拟量的方法去调节风机转速，根据需要标定高，中，低三档转速。

一旦调好转速，则输出的模拟量不再改变。

在出焦过程中风机处于高速，装煤过程中风机处于中速，其余时候风机处于低速。

流程如图3所示。

5．2、集中停止

正常手动停止或某些轻度故障自动停机的方式。

先停主风机，经过一段时间后，停脉冲控制仪，仓壁震动器，排灰阀，刮板运输机。

当所有设备处于停止状态时，系统就处于停止状态。

此时应注意将偶合器降至低位，关闭主风机人口阀，打开非常阀，作为下一次系统启动的三个先决条件。

5．3、一起停止

紧急手动停止或某些重故障自动停机的方式。

当系统出现紧急状况时，采用此种停止方式，可以很快使系统处于停止状态。

5.4、模拟量处理

由于除尘系统存在大量模拟量，且模拟量要不论系统启动与否一直处于监视状态，因此单独划为一块。

偶合器的位置判断也在此功能中。

5.5、RSLogix5000组态/程序编制

由于PLC程序集中于设备控制功能，要实现全面的自动控制功能，良好的人机界面，采用RSLogix5000组态的上位机需要编程如下几个部分：

5.5.1、画面：

实时监视，方式选择，模拟量显示，控制系统起停，提供各种查询窗口。

5.5.2、报警：

归档报警变量，实现报警查询和实时报警。

5.5.3、历史：

归档过程变量，实现设备起停时间查询。

5.5.4、报表：

实现报警报表和设备开停时间报表的导出保存和打印。

6、结束语

焦化备煤、筛焦、除尘地面站控制系统投入运行以后，完全实现工艺控制自动化，对企业来说从生产数据管理到提高生产效率都启到非常良好的效果，特别是减轻员工劳动强度提高工作效率，改善工作环境，提高配煤准确率，提升焦炭产品质量方面都启到了绝对性作用。

计算机两级过程控制除尘地面站系统，具有良好的控制性能，友善的人机界面，适合广泛应用于焦化厂备煤、筛焦、除尘地面站推广。