6ES7222-1HD22-0XA0正规授权

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实现电源管理、过流、过压、EMC保护。

在进入系统单步调试状态后，除了在组操作画面上操作外，也能直接在各个子画面上，面向目标进行单步调试操作，如选中时目标为黄色，进行开机操作；如目标为绿色，则进行关机操作。

对高炉生产中的几个关键过程，在相关的画面中设计简洁而醒目的动态显示。如在高炉上料环节中，我们充分利用安装在减速机输出轴的**位置编码器信号，在分画面中动态显示料车位置。在高炉布料过程中，我们将根据布料和探尺相关设备的返回信号，动态模拟显示高炉料层的实时位置。同时通过Modbus总线将变频器和PLC连接起来，实时监控变频器的运行状态。如此直观的画面，再配合以工艺参数的监测和报警状态显示，操作人员就能够对高炉的主要实时运行工况一目了然，对提高系统安全性和可靠提供了扎实的保，并且在便于工人的操作方面也都是十分有益的。


3．过程控制

从实用的角度出发，本系统的模拟量输出主要用于阀门的调节和阀位控制。并按工艺要求设置必要的单回路PID自动调节回路，必须是到目前为止公认比较成熟和可靠的。高炉各系统生产过程检测与控制项目如下：

⑴ 矿槽料位

每个矿槽上装一台料位计。矿槽料位信号作为上料控制用。在矿槽三楼控制室设有监视仪表盘，同时矿槽料位信号也递**炉主控楼计算机。

⑵ 槽下称量

槽下每个称量斗设一台电子秤，其信号送**炉主控楼计算机，对称量结果进行补偿。

⑶ 高炉本体、无料钟炉**及粗煤气系统

高炉本体检测项目主要有：炉基、炉底、炉身、炉喉、炉**温度、风渣口小套出水温度和冷、热风温度；炉底、炉喉钢砖冷却水流量、压力，炉体冷却工业水流量、压力，风渣口小套高压水流量、压力，冲渣水流量、压力，压缩空气、、蒸汽流量、压力；高炉全压差及炉静压、炉身透气性测量。

炉**料罐内压力、温度检测。料罐料空信号料位计测量；高炉料线测量，炉**气密箱温度、气密箱冷却水温度、流量测量。

粗煤气系统有除尘器上部煤气压力、温度测量；除尘器下部锥体温度测量。

炉**煤气压力自动调节；热风温度自动调节；炉**氮封用压力自动调节等。


⑷ 热风炉

热风炉系统拱**温度、煤气温度和含氧量，热风炉煤气量、助燃空气量，热风炉冷风阀前后差压及烟道阀前后差压，其均压信号可送电气联锁；冷风总管压力、温度、流量；煤气总管温度、压力、流量。空气预热器前后烟气温度，压力及空气温度。前置预热器前后烟气温度、压力，煤气温度、压力，空气温度、压力。冷却水温度、压力、流量和出水温度。
燃烧过程可根据拱**温度控制煤气调节阀，助燃空气与煤气采用配比调节。助燃空气总管压力自动调节等。


⑸ 布袋除尘系统

布袋除尘系统每个箱体的出口支管，装有煤气流量测量：布袋除尘器下部锥体及中间灰斗设有料位检测。

除尘器人口总管设有煤气压力、温度测量；净煤气总管设有煤气压力、温度、流量和含尘量测量。


⑹ 矿槽除尘和出铁场除尘

矿槽和出铁场除尘器前温度。除尘器进出口差压测量。灰斗高低料位连锁及报警。除尘风机运行参数和报警等。

以高炉布料为例：高炉冶炼过程是连续的，炉内有压力且产生大量煤气，整个过程是和大气隔绝的。在隔绝的状况下如何源源不断地把炉料加到炉内，对保证高炉正常冶炼至关重要。

目前普遍使用的无料钟炉**如图4所示。该成套设备为串罐式，用于高炉炉**受料与给料及布料，布料工艺性能好，可实现多环或任意点布料。通常都采用料流调节阀加布料溜槽的控制方式，来确保矿石、焦炭在炉内的精确布料。工作过程简述如下：

⑴ 受料斗空，挡料阀关，上密封阀关。上料；

⑵ 料罐空，料流调节阀关，滚筒停，下密封阀关。打开放散阀，料罐压力降至大气压；

⑶ 打开上密封阀，打开挡料阀，由受料斗向料罐放料，放空后关闭挡料阀、关闭上密封阀；

⑷ 关闭放散阀，打开一次均压阀，料罐充压，关一次均压，开二次均压至料罐压力与高炉压力相等或略高，关二次均压，开下密封阀。

⑸ 料线到达设定值，开始布料过程：

a. 提料尺，溜槽运动到设定位置，开料流调节阀到设定的γ角并启动给料滚筒，向高炉布料。

一、系统设计指导思想

炼铁生产过程是在高炉内进行的一系列复杂的还原反应的过程，炉料（矿石、燃料和熔剂）从炉顶装入，从鼓风机来的冷风经热风炉加热后，形成高温热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧产生的热煤气流自下而往上运动，而炉料则由上而往下运动互相接触进行热交换，逐步还原，最后在炉子的下部还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣，分别由出铁口和出渣口放出。

高炉自动化过程主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉自动化的目的，主要是保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触；保持高炉整体有合适的热状态。高炉自动化系统主要包括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。

高炉生产必须要求计算机控制系统能够很好地保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量较多，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。

对检测仪表而言，也即对温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测，要求数据的采集精确度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

高炉的自动化控制方案，首先应着眼于系统的可靠性、实用性和先进性，并在此基础上提高系统的性价比。


1．可靠性

高炉在钢铁厂生产中处于十分重要的位置，它不仅要及时稳定的给炼钢工序提供合格的铁水，还同时为轧钢加热炉提供煤气。高炉生产的短时间中断都会给整个生产流程带来不可估量的损失。

因此，必须把系统的可靠性也即安全性放在高炉控制系统设计的**位。在设备控制方面，要满足炼铁设备及工艺的特定要求，完善必要的软硬件连锁，实现较可靠的开停车顺序控制，以及可靠的处理突发性事件的应急处理方案，确保整个高炉生产系统的安全性。
为保证这些设备运行，除了系统硬件之外，还必须在软件编程上增加多种保护功能，以进一步提高系统的安全性和可靠性。


2．实用性

为适应中型规模钢铁厂在生产管理的技术基本点面上要求循序渐进、逐步提高的多数情况，对高炉生产的过程控制，设有手动和自动两种操作状态，两种操作状态之间，可实现无扰动切换。

由工业微型计算机和PLC系统、计算机网络、控制软件组成在线计算机应用系统，下位机通过各检测仪表，采集高炉上料、配料运行数据、炉体温度、风温、风压，除尘系统等工艺参数。

在手动操作模式下，上述工艺参数经过上位机计算机处理，使之成为清晰而精确的“软件仪表”，将过去人工来不及分析的、各种缺乏相关性的信息都能充分地利用起来，揭示出它们之间的内在联系，从而对判断高炉生产过程和指导操作起到了更多的作用。

在自动操作模式下，我们在常规PID调节的基础之上，增加了非线性变参数调节，自适应调节和智能控制等环节。

经过计算机综合分析和建立数学模型，作为人工操作或自动调节的依据，并充分利用计算机储存信息量大的优点，为高炉的操作提供更准确、更合理的控制策略。



3．先进性

采用智能控制技术，以改变控制策略去适应对象的复杂性和不确定性。具有更好的适应性、容错性、鲁棒性、自组织功能，具有自学习能力、更强的实时性和人机协同功能。不仅依靠单纯的数学模型，而是能够根据知识和经验的积累，进行在线推理，做出非线性和多因素的判断，从而*出能随动实时变化的较佳控制策略。

通过记录、分析高炉的历史生产数据，采用“*图法”，指导操作人员，使之确定的每一步动作更加精确和科学。在这种状况较之传统人工操作模式下，高炉各操作参数的离散程度将明显缩小，向着较佳区间，甚至较佳点靠拢的趋势将非常明显。

在系统更进一步优化后，可实现多种“趋势分析”，计算机能够做出趋势预报，及时为操作者提供更多的手段，相当于真正做到了类似于传统操作模式下，工艺管理上经常会提出“早调、勤调、少调”的要求。高炉生产过程在应用本系统后将更加趋向稳定。


二、控制系统实施方案

1．系统硬件

本系统PLC硬件全部选用施耐德公司的Modicon TSX Quantum 140系列产品，网络连接使用Modbus TCP/IP Ethernet，速达100MBPS，采用信息行业事实标准TCP/IP，应用层使用Modbus协议，几乎不会发生冲突，交换式以太网技术的使用更避免了冲突发生的可能。网络配置包括PLC端和PC机端两个部分。

系统中的每套PLC系统通过插在主底板上的140NOE77100 TCP/IP Ethernet模块连接在100M快速以太网上，位置比较集中的可以采用双绞线连接。上位监控机采用双绞线连接快速以太网。每台上位监控机内各插入1块3C905C 100M以太网卡。

通过Quantum 140NOE77100模块可以定义I/O数据表，使用Internet Explorer查看以太网状态信息和现场I/O数据，也可通过其它的内嵌功能，基于Web的BOOTP服务器配置，SNMP协议支持等，使网络建立、调试、管理都变得简单。


3．组态软件

软件系统设计包括PLC组态及参数配置、系统监控程序设计、网络通信配置、操作员站及工程师站人机界面设计四个部分。

PLC组态及参数配置、下位机监控系统的编程均在Concept XL V2.6环境下完成，它易于使用，功能丰富，具有5种符合IEC1131-3标准的编程模式。特别是软件测试功能较受用户欢迎，大大缩短了在线调试时间。高炉及热风炉根据控制流程不同，可以采用LD、FBD两种编程方式。程序功能包括系统初始化、参数量程变换、参数监视及异常处理、各种连锁及控制。

本系统涉及工艺参数较多，有压力、温度、差压、流量、质量、料位、阀位、液位等等。高炉本体及热风炉控制工艺复杂，设计和配备必要的调节回路。灵活的Concept编程软件为实现各种控制工艺提供了丰富的功能，可以根据生产实际编写出各种需求的功能。

上位监控工作站由8台Advantech工业控制计算机完成整个系统的过程数据采集、运行状态监视、系统设备控制，生产报表的生成和打印、数据备份等工作。上位机软件中人机界面的设计采用GE Fanuc iFIX 4.0软件，可实现实时、历史趋势，数据报表，数据，报警记录，动态显示等丰富功能。工业现场数据采集实时性好，可以完成监控画面设计、过程数据库建立以及软件各功能块的编制等项的功能。其着重点是确保系统可靠，以及如何方便于操作。


4．系统总图

高炉自动化控制系统硬件和网络配置总图详见图1。

图中：整个PLC系统包括5个CPU主机站、6个PLC I/O站和Profibus-DP现场总线。CRT1～CRT4为炉**及卷扬操作站、高炉本体操作站、上料操作站、热风炉操作站，CRT5为工程师站，CRT6为布袋除尘操作站、CRT7为出铁场、原料场除尘系统操作站。

其中网络连接：24端口以太网交换机设置在高炉主控室内，2台8端口以太网交换机分别设置在布袋除尘和矿槽控制室内。高炉主控室至布袋除尘、高炉主控室至矿槽控制室之间，通过光纤连接。采用带光缆接口的交换机，或使用光电转换器，用光纤连接以太网。


5．主要功能描述

本系统将是一个集顺序控制、过程控制、数据采集、工况监视、数据管理为一体的计算机控制管理系统。主要功能如下：

• 对电动机、阀门等以及成套机电设备的开关量控制，包括分组连锁起动、分组连锁关机、组内自动连锁控制、组内单步连锁控制、系统单步调试。
• 过程控制数据的采集和处理（包括开关量和模拟量）。
• 完善的报警功能。开关量和模拟量报警的显示、确认、记录和打印。报警发生的开始时间、确认时间和恢复时间均能自动记录。
• 动态显示工艺流程图画面，各画面之间可以自由切换。
• 历史曲线图、实时曲线图、电气仪表图和棒形图显示和打印。