西门子6ES7221-1EF22-0XA0保内产品

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1．前言

    为缓解我国电力供应严重不足的现状，许多大容量的火电厂在全国各地纷纷投入建设和使用，因此对煤炭的需求量也就越来越大，对输煤等公用系统的自动化控制要求也就越来越高。

    山西某发电厂2×600MW机组自动控制系统由两类控制设备组成：主控部分（包括锅炉、汽机和发电机等）使用的是HONEYWELL公司的DCS控制系统；公用部分（包括输煤、化水和除灰等）使用的是ROCKWELL公司生产的Contrologix5000系列PLC系统，上位软件使用的是iFix3.5，并且数据通过以太网与DCS系统连接，使得本系统即可以在输煤程控上位机上操作，又可以在DCS上操作。

    输煤系统的主要功能是把通过火车和汽车等交通工具运送到火车卸煤沟和汽车卸煤沟的煤炭，通过一系列运送设备运达原煤仓的过程。

    由于该电厂发电机组容量大，并且是两台机组公用一套输煤系统，对煤炭的需求量非常大，为了避免一条上煤通路成为瓶颈，耽误正常生产，设计了两条上煤通路，一路运行，一路备用，也可以两条通路同时运行，分别向两个不同的目的地运煤。    

    2．控制设备

    本套输煤系统的控制对象有：皮带机21条（其中5#甲和7#甲皮带可双向运行），斗轮堆取料机2台，滚轴筛2台，环式碎煤机2台，清水泵2台，振动器30台，刮水器2台，电动三通挡板16台，入炉煤取样器2台，除尘器15台，叶轮给煤机6台，盘式电磁除铁器2台，带式电磁除铁器8台，皮带采样装置2台，卸料车2台，共计114台设备。

    程控系统所有的输入、输出信号均通过继电器隔离，以提高系统的抗干扰能力并保护PLC模块以避免大电流信号的进入而损毁。

    本套输煤系统采用了16个电动三通挡板，为的是使系统组合加灵活多样。当有设备出现故障需要检修时，可以通过使用其他设备，调整三通挡板的通路绕过故障设备继续上煤，使整个系统不至于因某一个或几个设备的故障造成瘫痪。

    3．设备的控制方式

    设备的控制方式有以下几种：

    1）实验方式：即手动操作方式。这种方式是在上位机上对单个设备进行开、关，启、停的操作，设备间的联锁关系已经被解除了，不存在联跳功能，因此这种方式下不能带负载运行。

    2）集中联锁手动：此方式是对要启动的流程中的设备按逆煤流方向一对一的启动，按顺煤流方向一对一停机，要求设备启动前须先将三通挡板启动到位，设备的保护动作处理均同自动控制方式。

    3）自动方式：按照预先设定的流程启动或停止相关的设备，是一种正常运行方式，要求现场设备处于正常状态

一、概述

邯郸钢铁集团有限责任公司位于河北省南部重工业城市---邯郸市，1958年建厂，属国家特大型钢铁联合企业，具有年产铁钢材500万吨的生产能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高炉动工建设，2000年6月高炉顺利出铁。该高炉为引进德国克虏伯钢铁公司的设备和技术，年产生铁150万吨，利用系数 2.5，焦比480kg，喷煤量150kg/t，各项经济技术指标国内同类型高炉三名。


二、机型

2000m3高炉包括高炉及热风炉本体、水处理、煤粉喷吹、环保除尘等岗位，从性价比综合指标考虑，采用了大量性能优良的施耐德电气产品。高炉热风炉本体基础自动化控制系统PLC选用了TSX QUANTUM系列产品，风机变频器选用了Altivar产品，低压电器选用施耐德软起动器、开关、断路器、接近开关、光电开关等产品。


三、工艺描述

炼铁是在高炉内进行还原反应过程，炉料、矿石、燃料和熔剂从无钟炉装入炉内，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦碳燃烧，产生热煤气由下向上运动，而炉料则由上而下运动，互相接触，进行热交换，逐步还原，后到炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和出渣口放出。

高炉自动化的目的主要是保证高炉操作的4个主要问题：即正确的配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节料柱中炉料分布及保持与煤气流良好的接触；保持合适的热状态。

现代高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统通常由DCS或PLC完成。由于高炉在钢铁厂处于咽喉位置，需及时和稳定地供给炼钢工序合格的铁水，故其稳定性是很重要的。近年来，高炉向大型化方向发展，稍有不正常，损失就很大，因此其稳定性就显得愈加重要。高炉自动化的控制性能是决定高炉稳定顺行的一个至关重要的因素。


四、系统控制内容及功能要求

高炉生产要求计算机控制系统能够保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集，刷新速率快，特别对通讯网络而言，速率、网络稳定性和正确性尤为重要。


1、 高炉部分

·炉、炉喉、炉身、炉腰、炉缸、炉底、炉基的温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测。要求数据采集度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

·炉压力控制：这是高炉生产中重要的、投入自动运行的控制。正常情况下，高炉压为250±3KPa。2000 m3高炉压调节采用了比肖夫环缝洗涤塔技术，串联方式的上下两级喉口一个投入自动，一个投入手动。

·炉身静压校正：在高炉不同高度测量炉身静压力，可以较早得知炉况变化，较准确判断局部管道和悬料位置，以便及时采取措施。2000 m3高炉在四个水平面上装设4个取压口以测量炉身静压力。

·炉体冷却壁热负荷检测：高炉一代炉役的长短取决于冷却壁的侵蚀情况。因此冷却壁热负荷检测属于监控和维护内容，分析该处实时曲线和历史趋势可以帮助高炉工长正确判断炉况，采取相应措施延长高炉炉龄。

·煤气分析：分析高炉煤气中H2、N2、CO、CO2含量，可以了解炉内反应，风口或冷却系统漏水等情况。

·水冷系统控制：通过膨胀罐、接受罐、水泵、气密箱、密闭循环水系统、炉打水的连锁与阀门控制保护炉设备。

·氮风系统控制：通过送风阀、送氮阀、风机连锁控制保护齿轮箱、阀箱等炉设备。
2热风炉部分

·炉体温度、压力、差压、流量参数检测

·热风温度控制：通过自动调节混风切断阀开度将适当配比的冷风掺入热风管道中，控制送往高炉热风围管的热风温度在1200±20℃内。

·废气温度与煤气支管流量的串级控制：废气温度与煤气支管流量组成串级调节回路，废气温度调节器的输出作为煤气支管流量调节器的外给定值。

1 引言

汽包水位 给水流量 蒸汽 三冲量 自动控制系统 燃烧过程控制在宾馆里，空调是不可决少的，耗电非常大，空调主要是用来实现室内的恒温，空调主要由制冷机、冷却水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。空调工作原理图如图1所示。通常冷冻水泵的容量是按温度、满住率，并在此基础上留有10-20%的余量设计，在一年四季中，水泵系统长期在固定的大水流量工作，由于季节、昼夜及住房率变化大，空调实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。与决定水泵流量和压力的大设计负载（负荷率**）相比，一年中负荷率在50%以下的运行时间将近一半，一般冷冻水设计温度为5——-7℃，而事实上在全年决大部分时间冷冻水的温度仅为2——-4℃，即水泵却是全功率运行，增加了管道能量损失，浪费了水泵运行的输送能量。这就存在能量的无效使用，而通过变频调速技术就能实现自动调节并显著节能的效果，用PLC改造传统电气控制系统的则使运行性大大加强。

2 变频调速功能

2.1 变频器节能原理：

变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。变频器调速的主要工作原理是将供给 电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电，以此为电源再供给电机使用。

由水泵的工作原理可知：风机、水泵特性：Q∝n H∝n2 P∝n3

即流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

根据公式：转速

其中f为电源频率，我国工频为50HZ，P为对数，S为转差率，那么调节电动机电源频率就可调节电动机转速，调节电机转速也就是调节它的负载转速，那么，根据风机、水泵特性可知，调节风机水泵的转速可以达到调节流（风）量的目的，同时，显著调节轴功率。通过在水泵加装变频器，，则可实现自动调节控制，可使系统工作平缓稳定。并通过变频节能收回投资。如图2所示，图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所耗的功率差。因此，随热负载而改变水量的变流量空调水系统显示了的优越性。

2.2 变频技术应用：

空调系统采用变频调速技术，电机可在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水流量，达 到制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。

3 PLC控制变频调速系统工作原理：

3.1 采用性能的松下系列PLC为控制，所有输入信号起停，保护都通过光电隔离输入到PLC的输入口，利用编程软件，根据控制要求对PLC进行梯形图编程，PLC输出控制变频器的起停。采用PLC控制后，可取消全部时间继电器和中间继电器，所有逻辑控制通过梯形图软编程，在不用改变控制线路的情况下，可随时按控制要求修改程序，实现新的控制方案，灵活性相当高;并具有强大的通讯接口，可与上位电脑相连，，实现远程监控，为将来联网控制留 有接口，具有良好的扩展性，能与其他控制系统协调工作。变频器调速控制电路简单， 克服传统线路易出故障的缺点，降低了事故发生。

3.2 根据空调系统的实际情况，设计应包括以下几点：

（1）冷却系统、冷冻系统各装1台变频器。

（2）可根据内不同阶段的冷量要求，设置不同要求运行。

（3）常用与备用可切换。

（4）变频控制与原控制间可换，确保设备正常运行。

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