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产品描述
6ES7368-3BF01-0AA0技术参数
根据上述脱硫系统的特点，整个控制系统也划分三个子系统，共采用三对西门子电气公司的西门子系列PLC300系列控制器组成冗余的控制系统和网络，控制器通过西门子系列N以太网模块与100M以太网交换机直接相联。控制系统配置了三台操作员站和一台工程师站，采用双机热备运行方式。附图为脱硫系统网络结构图。
脱硫DCS系统运行时需要与#1、#2锅炉的DCS系统进行状态信号的交流，从#1、#2过来到达脱硫DCS系统的状态主要有：锅炉的负荷、锅炉油工作状态、锅炉煤层工作状态、锅炉吹扫、锅炉MFT以及电除尘的运行状态。从脱硫DCS系统传递到#1、#2锅炉DCS的信号有：旁路挡板、原烟气挡板和净烟气挡板的开关状态。这些信号都涉及到电厂锅炉的运行，所以锅炉DCS与脱硫DCS之间的接口采用硬接线方式。
#1炉和#2炉设备是相对独立的，它们共同调用公用系统中的石灰石供浆和石膏脱水子功能系统，#1炉与#2炉之间也存在着连锁保护，这些在#1炉、#2炉和公用系统控制器之间传递的信号通过Modbus-TCP协议传输，从而节省了重复的IO电缆铺设费用。
脱硫DCS系统主要实现的功能有：数据采集系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），组态软件和顺序控制系统（SCS）。
（1）数据采集系统（DAS）
数据采集系统按所选定的数据采集设备的采样速率，周期性地采集和处理现场设备和工艺的开关量和模拟量信息。并通过网络传输到上位机显示屏中显示，作为运行人员监视和操作现场设备的依据。
数据采集系统的基本功能有：数据采集、数据处理、屏幕显示、报警声光显示、事件记录和追忆、历史数据存储检索及打印、性能在线计算等功能。
数据采集系统首先是通过采集卡周期性扫描外部测点的状态，然后经过诸如正确性判断、工程量换算、限值判断等处理后，将处理过的信息作为新的数据写入数据库中。数据库乃数据采集系统的核心，脱硫DCS系统拥有两个数据库：一个是控制器数据库，另一个是上位机数据库。上位机通过Modbus-TCP协议与控制器联接，按一定的采样周期循环扫描控制器数据库的变化，并同时对上位机数据库与画面显示进行更新。
（2）模拟量控制系统（MCS）
模拟量控制系统实现脱硫控制系统的模拟量闭环调节功能，脱硫控制系统的主要闭环调节回路有：增压风机入口压力调节、吸收塔液位自动调节、石灰石供浆流量调节，还有公用系统中的滤饼厚度调节等。
● 增压风机入口压力调节
增压风机入口压力调节的目的在于使锅炉炉膛压力保持稳定。将锅炉正常运行时的引风机出口压力作为增压风机入口压力调节的设定值，测量实际运行的压力，然后进行比较得出偏差，偏差经过控制算法计算，得出调节量作用在增压风机的调节导叶上，使得增压风机入口压力稳定在设定值附近。
增压风机入口压力闭环调节控制算法通常是PID调节，这是因为PID算法简单而且能够满足工程的要求。为了提高压力调节的响应速度，将锅炉负荷作为前馈量引入到调节中，从而缩短了调节时间和减小了**调量。
● 吸收塔液位自动调节
高温气进入吸收塔反应后由于冷却和饱和作用会带走一部分水，使得浆液变稠，脱硫吸收效果变差。这部分损失掉的水，通过吸收塔上部的除雾器冲洗系统进行补充。除雾器冲洗系统由32个电磁阀组成，每组8个，共四组。它们是按一定的顺序轮流开关，两个工艺相邻阀门之间的开启间隔时间则是依据吸收塔液位来进行调节。
在所能参考的资料中还没有精确的吸收塔液位与气流量关系的数学模型，根据热力学原理，由进入吸收塔内的气流量及其在塔内的热量交换可以计算出蒸发与饱和作用带走的水量率，定吸收塔除雾器冲洗阀每次开阀冲洗的时间为常数，只要烟气所带走的水量率按时间作积分所得的值等于每次冲洗所能补充的水量时，则进行冲洗。由此得到了吸收塔除雾器两次冲洗的时间间隔，它随着烟气流入量的波动而变化。
在弘电项目的吸收塔液位调节算法中，增加了一个阈函数，意在使液位能够尽快地收敛到设定值附近。其基本原理是当吸收塔液位偏差的**值大于预先设定的阈值时，吸收塔调节时间将乘以一个惩罚系数，促使调节往收敛方向加速发展。惩罚系数可以是偏差函数或者是常数，在弘电的脱硫系统中，液位偏差落在偏差阈值内时，惩罚系数为1，当出现正偏差并**出阈值时，惩罚系数可取为大于零而小于1的数值，这样就能减少除雾器冲洗门两次冲洗的等待时间；当出现负偏差并**出阈值时，可将惩罚系数取为大于1的数值，从而延长冲洗间隔时间，添加了惩罚系数能使控制效果得到更好的改善。
● 石灰石供浆流量调节
石灰石供浆流量调节的目的在于调节吸收塔内的pH值，使烟气与石灰石浆液在较适合的pH值下发生化学反应，这是保证脱硫质量的关键之处。
采用普通的PID控制时，由于pH值具有较大的滞后，控制效果并不理想。考虑到影响吸收塔pH值的主要因数是烟气中的硫元素与浆液中的钙元素的摩尔比，因此在弘电脱硫系统中使用了串级PID控制的思想。引入了硫钙比闭环调节的石灰石供浆流量调节后使得系统的反应速度和**调量等都有了较大的改善。
硫元素和钙元素的摩尔比不能直接测出，只能经过间接的方式求出。脱硫系统安装有原烟气分析仪和烟气差压计，经过流体力学中的伯努利方程计算可以粗略得到烟气的流量值，进一步算出硫的摩尔数，将主控回路中的输出作为修正系数算出与硫摩尔数对应的钙摩尔数，根据现场安装的石灰石浆液密度和供浆流量算出钙的摩尔数，比较得出偏差，经副控回路计算后作用在供浆调节阀上。
● 滤饼厚度调节
石膏浆经过旋流后，底流将输送到真空皮带进行真空脱水，为了保证脱水效果，滤饼厚度要控制在一定的范围之内。滤饼的厚度往往容易受到底流浆液密度和流量变化的干扰，因此通过设立一个滤饼厚度调节降低操作人员手动介入操作的频率，降低操作人员的劳动强度。
滤饼厚度调节是通过测量滤饼的厚度与工艺设定值做比较，进行偏差抑制的PID运算，得到的输出作用在真空皮带的变频器上，以达到运行的期望。其原理比较简单，采用常规的PID算法即可。实际南通弘电石膏滤饼厚度测量仪表安装位置不当，造成了较为严重的滞后，采用常规PID算法会出现不稳定的效果。为此，在工程中应用了其他的控制方法，譬如适当延长PID调节的采样周期或者采用智能控制方法，都可以使系统稳定在一定范围之内，效果有了较大的提高。
（3）组态软件的选择
在众多的组态软件中，常见的组态软件有wincc、ifix、intoch和国内开发的组态软件组态王等。其软件各种开发功能各有千秋。其中IFIX软件是美国较*的工控组态软件，在美国工控软件中销量。IFIX软件 适用于各种PLC, 例如支持西门子200300400, 三菱A系列，Fx系列; ，GE等。支持各种工控板卡，RS_232，RS_485，honywell公司R_150，R_160，S9000，各种智能变送器。也可用于工业控制管理网络。IFIX是一个软件系统。其核心部分提供了各种基本功能，这些功能使得应用程序可以执行*的任务。其中两个较基本的功能是数据采集和数据处理。IFix提供了大量的高性能IO驱动器。这些驱动器具有查错、报告、恢复、内置数据以及支持冗余通讯。IFIX软件还支持DDE服务器。IFix提供较**和特殊的IO设备的各种IO驱动程序，由于每个IO驱动支持特定的硬件，因此每个IO驱动由各自的手册介绍。IFIX软件是真正32位软件,支持bbbbbbS NTbbbbbbS2000。IFIX软件具有强大的网络功能,支持NetbiosTcpip。 IFIX软件支持200多种国内外PLC, DCS, IO板卡产品,可为产品定做驱动程序。
● IFIX软件采用DLL通讯方式，采样速度更快，可靠性更高；
● IFIX软件具有强大的ODBC技术，支持Oracle， Sybase，FoxPro等关系数据库；
● IFIX增加了OPC功能(OLE方式的IO设备驱动程序接口)；
● IFIX内嵌VBA, 以及双机热冗余功能。
采用那种组态软件并不重要，关键是利用软件实现工程设计中的控制思想和控制模式。IFIX软件有这么多优点，把它作为自控系统的开发软件是较好的选择之一。
（4）顺序控制系统（SCS）
顺序控制系统（SCS）可以使操作人员在控制室内监视和控制脱硫系统的所有电机、阀门，并实现设备的连锁及保护。顺序控制系统（SCS）能完成大量设备的高度智能化控制，它将设备按功能相关原则归组和划分为功能组和功能子组，按照所编写的程序一步一步执行下去，从而减少了操作人员的手动介入，降低了操作人员的劳动强度和误操作风险。
系统中的任一种设备或功能组都可以抽象为一个函数模块。根据设备的不同，其函数模块也会表现为形式参数、内部条件判断和输出的不同。
函数模块一般都包括以下形式参数操作员输入指令;自动控制输入指令;保护连锁输入指令;各种指令屏蔽条件;指令互锁;设备状态反馈。
函数内部条件判断是编程人员依据工艺的要求编写的判断程序,以保证各种指令按照人们的期望执行下去。
输出则是输入经过内部判断所希望得出的，譬如说某电机或功能组具有自动控制ON指令输入并且内部条件判断满足，则输出为电机或功能组启动。
脱硫系统的主要顺序控制组有：烟道系统、挡板密封风机、气气换热器、净化风机、增压风机、吸收塔系统、石灰石浆液泵、循环浆泵、除雾器、石膏排出泵、石膏溢流浆液泵、真空皮带脱水系统、工艺水泵、废水处理系统和石灰石输送及制浆系统等。
每个单元的热工保护直接在各个单元控制器中实现，它们作为设备函数模块的保护参数输入驱动设备。一些参与保护的重要模拟量的采用三取二的表决原则或采用双重测量方式，以保系统运行的可靠性。由于旁路挡板在脱硫系统中的特殊地位，在远程操作站上专门设有紧急开启按钮，直接通过硬接线操作旁路挡板和向DCS控制系统发送紧急开启信号。
4、分析及讨论
弘电脱硫系统#1炉单元和公用系统已投运，#2炉单元也将在年底投运。由#1炉实际运行效果来看，采用西门子系列PLC控制后大大降低了操作人员的劳动强度和系统运行的可靠性与连续性，完**够实现大型DCS控制系统的功能，并且它们的运算处理时间相差并不大，而在成本与开放性上PLC比DCS有较大的优势。自控系统是烟气脱硫工程的神经**，是**地把脱硫工艺和工业自动化系统结合起来，达到较大脱硫效果。自控系统的好坏直接决定了脱硫工程项目实施的成败，国内烟气脱硫项目在工程施工和调试阶段暴露很多问题，而这些问题较直接的原因是自控系统的设计不合理。脱硫工艺有上百种，只有把脱硫工艺和自动化系统**的结合起来，才能发挥较大的效益；当两者结合到一起时也带来了许多技术方面和工程方面的难题，值得国内业界**的思考和探索。
锯切机是甘肃丰收机械厂LGJ32型冷弯成型机组中的重要设备，其功能是保证冷轧机连续轧制型材或焊管的情况下，将型材切割成要求的长度，且保证具有规定的定尺精度。目前，我国型材、焊管及不锈钢管等生产厂家，大多采用继电器逻辑控制的机械式剧切机，接线复杂，联锁繁复，故障。为此，采用SM?/FONT>24R型可编程序控制器（PC）取代了原继电逻辑控制。经运行明：该系统可靠平稳、自动化程度高、故障率低，并提高了定尺精度，取得了明显的经济效益。
1 引言
钢铁行业煤化工厂焦处理工艺存在着操作点多，设备分布比较松散的特点，在满足工艺要求的前提下，尽量减少劳动定员和劳动强度，是自动化工程技术人员的课题。随着信息技术和网络通讯技术的飞速发展，充分利用自动化及网络技术就可以得到解决。
2 工艺描述
在攀钢煤化工厂1#焦炉易地大修项目中，整个焦处理按工艺流程可分为运焦、筛焦和储焦、放焦、焦处理除尘等几部分，运焦主要是完成从新1#焦炉生产处理的焦炭及时运送出来;筛焦主要是将焦炭进行筛选分为小于5mm、5mm～10mm、10～25mm、25～80mm、大于80mm等几种不同规格的焦炭;储焦主要是对筛选后的焦炭按照不同大小分别储存放在不同的储焦仓内，放焦主要是根据炼铁厂的需要，把焦炭从储焦仓内放到皮带运输机上运送到不同的目的地，或者把焦炭从储焦仓内放到火车或汽车等运输工具将不同规格的焦碳输送给客户。另外，由于焦炭在使用皮带运送过程中粉尘较大，为了保护环境和现场工人的身心健康，该系统设计了一套除尘系统。
3 系统配置
攀钢煤化工焦处理工艺采用了施耐德电气公司的Quantum系列控制柜作为过程控制系统。各控制分站负责现场设备的数据采集和控制，并通过操作员站对现场设备的运行情况进行实时监控管理，可对整个系统的设备进行监视和集中控制。
3.1 系统硬件配置
（1） PLC控制柜
施耐德电气公司Modicon Quantum系列I/O架构可用于三种主要体系结构，以满足控制系统的要求:本地I/O、远程I/O（RIO）和分布式I/O（DIO），本系统采用远程I/O结构。由于所控制的设备比较分散、距离较远，另外，系统还采用光纤中继器的点对点RIO通信方式，这样可以增强整个网络的抗杂波干扰能力，提高整个控制系统数据交换的稳定性。
攀钢煤化工厂的焦处理控制系统共有5套PLC柜，其中1#主站安装有一块CPU板，其余均为I/O柜，并且1#、2#、5#柜内各有2个分站，所以本系统共有一个主站和7个分站。
主站有一块CPU板，它可与Concept软件兼容。为了便于与其他设备进行通讯，安装有一块以太网模块是140 NOE 771 11，它使用Ethernet TCP/IP协议与操作员站、工程师站进行通讯，它的传输速率为10/100Mbps。
系统上的每个分站都安装有一个MA-0185-100分支器进行，由于4＃站和5#之间的距离较远，为了确保通讯顺畅，我们采用光纤、光纤中继器进行通讯。
（2） 操作员工作站
考虑到现场情况，本系统为实时监控网络结构，在中控室配有一台操作员站，具体配置如下:
CPU: pentium 4处理器，主频2.4GHz。硬盘:80G，内存:512Mb，网卡:100M，底板BP-13L4工业底板PW-300W，显示器:三星21"CRT纯平，52X光驱，1.44M软驱，带键盘和光电鼠标。
它与控制系统、工程师站组成以太网，可通过TCP/IP协议与INTERNET网络互连，使用户可以在任何地方，通过INTERNET对监控设备进行维护。
（3） 工程师站
工程师站的硬件配置与操作员站完全相同。当操作员站发生故障时，可以马上通过设定操作人员权限，将工程师站转换成为操作员工作站。
3.2 系统软件配置
（1） PLC控制系统软件
本系统采用Concept V2.6版本的软件包，它是基于bbbbbbs 2000平台的工业软件系统，具有功能强大的编程组态功能。Concept非常易于组态，所有地I/O模块均可通过Concept进行配置，在软件中为每个模块*I/O地址，使得在配置中添加和更改模块较为简单，不必因物理位置更改应用程序。
具有所有5种IEC61131-3编程语言，分别为顺序功能图表、功能块图、梯形图、结构化文本、指令表。根据工艺需要，我们采用功能块图语言编制应用程序。
（2） 操作员站软件
本系统采用悉雅特公司的1500tag服务器版软件（带有Schneider Quantum IOServer）制作操作员监控画面。它是基于bbbbbbs 2000平台的工业软件，直接从PLC程序级输入标签定义，可以有效的缩短开发时间，达到快速、、准确的目的，它可以自动更新标签，确保与控制系统同步进行，并保护数据的完整性，并支持当前所有的网络通讯协议，使得站与站之间的过程数据交换畅通无阻。
4 系统功能
4.1 控制功能
本系统由运输皮带机、振动筛、翻板等基本设备组成，利用控制设备、通讯模块、监控站等装置,达到皮带机、振动筛、翻板集中控制与监控的目的。具体实现的功能如下:
（1） 控制方式分自动、手动、就地三种方式可切换。正常生产时，使用自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由操作员站自动启停;手动时，可在操作员站操作各设备，有联锁和联动关系;在检修设备时采用就地方式，每台设备旁边均设有就地操作控制箱，有工作方式转换开关和就地起停钮便于在现场操作;
（2） 启动设备前由台发预警信号，预警30s后，若现场均满足自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场可用停车钮停止启动过程;设备启动前发出预警信号，提示有关人员应立即远离设备;
（3） 按工艺要求，整个焦处理控制系统有22条料线，操作员可以根据来料的情况选择不同的料线，翻板自动切换到位，方便快捷。
（4） 皮带运输机装设拉线开关、跑偏保护、低速保护等，这些信号均接入系统，参加设备的紧急停车和联锁停车;以保证设备和人身安全;
（5） 对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行声光提示。一般故障只报警，现场非正常停车或严重故障时，故障设备及其下游设备紧急停车，上游设备顺煤流延时联锁停车。
（6） 可根据皮带机系统的故障性质，进行紧急停机、顺序停机或发出报警声光信号;
4.2 监控功能
为了确保人员及设备的安全，操作员可在中控室的操作员站上集中监控整个焦处理的生产过程，完成对生产及相关环节的“遥测、遥信和遥控”，实现运输焦处理生产的综合自动化。具体实现的功能如下:
（1） 提供交互式全中文界面的操作平台，实时显示各条料线的设备设备运行状态;
（2） 根据工艺流程及联锁关系实现各条料线的自动/手动控制;
（3） 实时监测所有电机的电流、温度等参数。可以让维护人员及时发现一些机械设备的潜在故障隐患;
（4） 在操作员站上按照故障发生的时间顺序，集中显示所有控制设备的故障状态、故障类型、故障地点、等信息，便于维护查找故障，及时快速的处理故障;
（5） 为了保证人身安全，对故障报警信息进行安全确认，只有确认故障后，才能重新启动设备。
5 控制系统的特点
该系列的PLC是施耐德公司推出的综合自动化平台，具有模块化的、可扩充的结构，并且所有的模块都能带电插拔，任何模块没有槽位的限制，它特别适合工业及生产过程的实时控制。具体的特点如下:
（1） 选用的控制器较先进，系统的实时性好，可靠性高，数据处理速度快;
（2） 采用基于同轴电缆方案的远程I/O的体系结构，系统具有较高的安全性。系统扩展方便，可随时增加节点;
（3） Quantum系列控制柜内的通讯网络速度快，传输速率为1544Mbps，可靠性高;
（4） 操作员站界面直观友好，操作简便，功能齐全;
（5） 减少布线成本，由于采用远距离通讯网络，使布线更加方便，并大大减少电缆用量;
（6） 多种操作方式。控制方式有:集中联动、集中手动、就地手动方式，使系统操作灵活、可靠。在集中方式下，所有设备由中控室操作员通过操作员站进行操作;
（7） 多种流程选择。在联动方式下，可根据工艺选择运输流程，皮带启动按逆流方向，并根据皮带速度、长度延时开车，以免发生堆积焦炭的现象;
（8） 具有实时报警监视、安全确认机制和数据记录功能。对操作员素质无特殊要求，培训简单。
6 结束语
综上所述，该控制系统在焦处理工艺的实际应用中，性能稳定可靠，网络技术较成熟，能够满足生产的需要。自今年8月投入运行以来，系统运行稳定可靠，抗干扰能力强，操作维护方便，为焦炉的正常生产提供了可靠的保
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