- 浔之漫智控技术(上海)有限公司
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产品描述
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1、概述
邯钢是1958年建厂投产并逐步发展起来的特大型钢铁企业。现有职工2.5。
“十五”期间，邯钢以调整产品结构为主线，以“建设水平现代化邯钢”为目标，以建设460万吨板材生产线为，积推进产业升级、管理、人才强企、文化推动四大支撑战略，努力创建集约效益型、资源节约型、环境友好型企业，奠定基业，努力把邯钢建设成为工艺现代化、装备大型化、产品结构优化、经营多元化，具有较强竞争力的板材基地。基于上述考虑，为了加快企业生产管理的信息化和生产的自动化，集团在2005年投资1亿多元建立企业生产管理信息化多级信息系统，采用企业级实时数据库系统建立全公司统一的控制系统信息集成平台。通过实时数据库系统把全公司各生产厂的控制系统连接起来，把众多分散的自成体系的监控系统以分区的方式进行集中管理，实现管理层与控制层的集成，并为上层应用，尤其是MES和ERP，提供统一的数据支撑平台。
2、生产过程管理系统的实施意义
通过应用Proficy Historian和Proficy Real-time Inbbbbation portal部署的邯钢集团实时数据库及WEB系统在很大程度上实现了如下的目标：
2.1、整合了企业过程控制系统数据资源，解决了企业中多种、多套过程控制系统的联网、集成、管理问题；能够满足企业多工段、多车间、多过程集成需要。
2.2、从全厂生产过程中的各个方面收集生产信息，并按照全厂信息模型组织这些数据，终提供给企业管理人员和其他应用软件使用。
2.3、通过实时跟踪企业各车间物料消耗、原料供应、操作人员、过程信息和设备信息，使企业生产经营管理人员对企业的生产条件有一个的了解。
2.4、收集、存储并分析产品数据，为持续的生产过程优化、提高提供依据。集成生产过程有关的操作规程、技术文档、设备文档，并以方便的界面提供给企业管理和操作人员。
2.5、标准、开放的实时/历史数据存储务，并将这些数据以可追忆的形式提供给企业生产管理人员，计算和分析生产成本的；管理信息系统软件、企业资源计划管理软件和供应链管理软件可以按自己的需要访问、组织、使用系统中的所有数据。
2.6、实时数据库平台的建立帮助企业增强了在IT建设上的回报，提高投资效益，使企业的管理系统运行在实时生产过程数据的基础上，大大地从企业信息化建设中受益，从而提高产品质量、缩短制造周期；提高装备效率；提高人工效率；提高企业信息化建设的满意度。
3、钢铁厂对过程管理系统的功能需求
通过建立企业实时历史数据库平台，为生产管理信息化建设提供现实基础。通过建立通用的网络客户端平台，把实时数据、历史数据、质量数据和关系型数据转换成丰富的个性化的信息显示，利用网络浏览器在企业任何地方访问这些信息。
3.1、通过数据接口站实时采集各控制系统的生产实时数据；
3.2、建立实时数据库，集成实时信息；
3.3、提供生产工况图、历史数据趋势图、报表分析工具；
3.4、提供与上层管理系统的数据交互、转发等开发接口。
3.5、为企业决策层提供必要、及时、的现场过程数据
3.6、提升生产制造的体系架构
3.7、将现场数据转换成企业管理的智能应用
3.8、充分利用和ERP以及管理系统投资
4、Proficy Historian的解决方案与应用技巧
根据公司自动化系统的现状，了生产线、班组、车间和管理部门的自下而上的分层系统解决方案。根据不同层次的要求，成功运用了GE系统软件iHistorian、Realtime Inbbbbation Portal、iFIX的强大功能。生产线的各个控制系统（DCS/PLC）是实时历史数据库iHistotian的数据来源。通过iHistorian的强大的数据采集接口，可以将大部分控制系统得数据采集到iHistotian的实时历史数据库中，包括OPC采集器、XML/文本采集器。对于较老的控制系统，通过增加GE Proficy iFIX接口站，再运用iFIX数据采集器，即可完成数据采集。另外，有一部分相关的试验数据和手动测试数据，也成功的接入了 实时历史数据库中。
每个班组由不同的生产线控制系统组成。在班组内设置GE Proficy iHistorian 和Realtime Inbbbbation Portal 服务器，完成生产线的数据采集和数据分析工作。并终通过公司骨干网，将现场实时数据、监控画面、趋势曲线、报警、各种数据分析报表发布到车间和管理部门。
车间由不同的班组构成，车间和管理部门通过GE Proficy iHistorian和Realtime Inbbbbation Portal的瘦客户端应用完成对生产状态的监控、管理、维护。
在该项目中，需要控制一个21m×4m×4m大小的工件加热炉，以气为燃料，用于对工件进行热处理，要使气有很高的燃烧效率，使锅炉的温度控制在设定温度的±15℃以内，锅炉各个位置的温度差不过15℃，达到减排降耗的要求。
2、客户所在行业现状
以前该行业的通常控制方式是：
是使用加热炉控制器来实现对设定温度的控制，该智能控制仪器带有多个温度输入和开关量输出功能，可以设定开关量输出的温度条件，当温度或设定的温度阀值时，接通或断开开关量输出接点，实现对温度的控制。这种控制方式，但是对于温度的控制精度差，燃气燃烧效率低，控制的灵活性差。
系统描述（附系统架构图）
3、方案实现功能
要求：达到《工业炉窑大气污染物排放标准》的要求，要有很高的热转换效率；加热和保温时，温度变化平稳，炉温实际控制值与设定值的偏差要±15℃，锅炉各个位置的温度差不过15℃。
系统构成：
上位机使用了一台HMI，来运行组态王的组态软件，然后通过串口通讯与I-8431实现数据交换。I-8431上插有3个模块：
I-87107（8通道差分模拟量输入模块）：对温度、压力等传感器的数据采集；
I-87057（16通道集电开路输出模块）：继电器、电磁阀、信号灯等的输出；
I-8053（16通道光电隔离输入模块）：对位置传感器、火焰开关等等信号的输入；
上位的组态软件显示各个控制点的状态的实时信息，显示各温度和压力测试点的曲线和历史数据，同时，也可以在这里设置相关的参数。
方案说明：
为了使加热炉的温度控制均匀，该方案中，在炉窑内共分布放置了16个加热点，这16个加热点被分成8个大喷嘴和8个小喷嘴，大小喷嘴被交错安装在锅炉内，通过对大小喷嘴控制阀的控制，可以调节16个点的加热温度，达到准确控制炉温和温度分布均匀的要求。
该方案的控制过程是：，检查风机压力、燃气压力和空气压力，如果均正常，则点火，通过火焰开关检测是否点火成功，如果不成功，就关闭相关电磁阀，如果点火成功，就根据设定温度值和实际温度值的差ΔT，来确定是打开大火喷嘴阀门，还是开启小火喷嘴阀门，从而实现对温度的控制。
系统简介
为改善生产环境，沱牌公司清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。
鉴于以上特点，从技术和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。
2 系统方案
系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成。
2.1 抽水泵系统
整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然系统设定的下，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高，自动停掉工频运行电机。
系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好使用条件，达到延长电机的使用寿命的目的。
系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机制正常运转工况。
系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。
2.2 公司内不同压力供水需求的解决
为稳定地满足公司内部分区域供水太力（0.4~0.45Mpa）主管网水压力（0.8~0.9Mpa）的要求，配备稳压减压阀来调节，可调范围为0.1~0.8Mpa。
2.3 加压泵系统
由于抽水泵房距离高位水池较远，直接供水到高位水池抽水泵的扬程不足，为此在距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房，配备立式离心泵两台（一用一备）电机功率为75KW，扬程36米。该加压泵的控制系统需考虑以下条件：
（1）若高位水池水位低和主管有水，则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水；
（2）若高位水池水位满且主管有水，则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀；
（3）若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，开启出水电动蝶阀由高位水池向主管不。
像抽水泵一样，我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器，确保加压泵长期地运转，同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。
为保证整个主水管网的恒压供不，当高位水池满且主水管有水时，加压泵停止，此时主管压力将“憋压”，终导致主管压力上升，并将此压力传递到抽水泵房，抽水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制，进而达到整个主管网的恒压供水，这是整个控制系统设计的关键。
3 系统实现功能
3.1 全自动平稳切换，恒压控制
主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。
当用水量减少时，表现为变频器已工作在速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的寿命。
3.2 半自动运行
当PLC系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。
3.3 手动
当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以手动工频方式运行。
4 实施效果
实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的自动控制的经济结构，在软件设计中充分考虎变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击，每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限频率及数字PID控制的上下限控制点的设定对系统的误差范围也有不可忽视的作用。
设计原则
1） 系统具有经济性及性
系统我们建议用一套PLC来统一控制，这样既能节约成本，同时有利于统一管理。同时，系统的PLC我们用在海内外名气比较大的AB 公司PLC，在世界各地很多企业中都有成功的应用经验以及长期的稳定运行记录。
2） 系统具有易维护性及可扩展性
所选用产品符合标准，可采用通用的工具进行维护。本系统不仅可以满足当前的工程需求，而且可以方便的实现日后的系统扩充。以后系统需要扩充其他控制功能，仅需增加I/O模块。
3） 系统具有简单性
本系统采用AB公司功能性强、经济型的中型可编程逻辑控制器SLC 500。该逻辑控制器具有便捷的内置通讯接口，易扩展的输入输出模块，简单方便的bbbbbbs平台编程软件，用户易学易懂。
3 系统分析
1） 输送系统：
上下料输送系统由链条输送、上下料输送带两部份组成，在整个系统中起到一个衔接的作用，其三条输送带在自动运行时保持同步。其中链条输送带为电磁调装置，上下料输送带同为一变频器控制，通过旋转编码器反馈信号采样运算后进行同步调节。
4 部1.1kw电机，带冷却风扇。要求电机能够实现变频控制，并且能够反馈回PLC。在触摸屏能够实现监控，能够实现速度的调整。
2） 前处理：
前处理主要是清洁铝型材表面的污渍，并在表面形成一层铬化膜，为喷粉作好前期工作。工艺流程：装筐→脱脂→水洗→（碱蚀）→水洗→表调（中和）→水洗→铬化→水洗→热（纯）水洗→滴干→烘干→送喷涂上架其中：脱脂、碱蚀、表调、铬化剂的浓度是根据供应厂家提供的浓度配槽液。水洗槽用一般的自来水。热水洗用纯水。（碱蚀可以不用）槽体结构： 脱脂槽：主要为清洁铝型材表面污渍，以防铝材表面的油污等对静电粉末的吸附。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为，温度为常温即可。槽体大小依大型材的长度及产量而定。水洗槽：清洗上个工艺槽的化学残留物质。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为自来水，温度为常温即可。槽体大小依大型材的长度及产量而定。表调槽（中和）：中和因在脱脂槽残留的酸性物质。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为，温度为10度～60度。槽体大小依大型材的长度及产量而定。铬化槽：即化学转化，以防被吸附的静电粉末脱落，有铬化和磷化两种，这两个方法已使用多年，性能相当稳定，生产上容易操作，可根据其处理后的颜色进行辨别转化效果，其中 铝化膜显黄色，磷铬化膜显，这两种工艺的操作温度和时间范围较宽，涂层厚度一般为0.3～0.8g/M2.铬化槽的防腐采用软PVC，槽液主要成分为氟锆酸盐或氟钛酸盐，温度为25度～55度。槽体大小依大型材的长度及产量而定。热水洗槽：铬化后的处理工艺，其防腐采用全不锈钢结构，槽液成分为纯水，槽温控制为60－80度。其温度控制可通过热水炉或蒸气加热。
前处理系统控制包括2.2kw电机5台，11kw电机5台，4kw电机1台。
其中电机要分开控制，能够实现每台电机的单控制，即每台电机都有单的开，停按钮来控制。但为了提率，在开机是也能够一次把电机全部开启。
3） 水分烘干炉：
对铬后的铬化膜进行烘干，使表面不残留水分，如果工件表面留有水分进入喷粉工序，则涂层会产生气泡缺陷。烘干温度不宜过高否则将使转化的膜过多失去结晶水而发生转型，导致膜疏松而使涂层附着力下降。烘干炉的加热可依据不同客户需用使用燃气燃烧机或柴油燃烧机。通过温度控制系统对其进行温度控制，可设定目标温度。炉体采用不锈钢结构。
烘干炉控制系统包括3kw风机5台；燃烧1把；温度2点。
4） 大粉房：
喷粉系统喷粉系统为整条生产线的部分：主要由两台上下止点可调、速度可调的往复机以及喷粉系统组成。往复机：其高度由客户所喷的大型材长度有关，喷按装在往复机的移动平台上，移动平台按直线导轨作上下往复运动。其上下止点调整由编码器反馈给PLC计算脉冲定位，调节精度为1mm，其上下止点位置可通过触摸屏或上位机设定。其运行速度由电位器调节输入至变频器，速度调整范围0HZ～50HZ（0m/s～8m/s），具体依客户所需的喷粉厚度现场实际调节。
粉房控制系统包括2.2kw电机1台，要求变频控制，能实现速度的灵活调整，能够在触摸屏设定速度，显示速度，显示反馈；0.37kw电机2台；45kw电机，变频启动；16个脉冲阀，每10秒钟吸合2个阀，吸合0.5秒，关闭2秒；两个气阀 气阀1开2秒，关1秒；气阀2开2秒，关1秒，如此循环。
5） 固化炉：
固化炉为后期处理，由两台燃烧机进行炉内温度加热，通过对四个温控点的采样来控制炉内温度，温控器均可与PLC通讯，温度设定在温控器上均可设定。在设定的温度下将喷好的材料进行固化、流平。
固化炉包括1.1kw电机5台；3kw电机5台；2.2kw电机1台；燃烧2把：分两段温度控制；温度检测三点。
其中每个电机能够单控制，也能够在启动时一次启动全部电机，以提率。每个燃烧分两段火焰控制，大火和小火，在温度某一数值1，大火关闭；当温度数值2（数值1《数值2）时，小火关闭。但温度小于数值2时大于数值1时，小火自动打开。当数值小于数值1时，大火自动打开。
4 电气系统主要配置
i. PLC选型
从度以及性、稳定性上，我们选用美国罗克韦尔公司SLC系列PLC作为主要控制设备。SLC具有如下特点：
A． 功能强大：完成任务多
B． 配置灵活：需要费用省
SLC有多款不同容量和内置通讯接口的处理器可选。提供大容量多可达64K字（128K字节）的数据/程序内存，精心设计的控制内核保证了同样功能程序对内存的占用率只有其它竞争产品的50%不到；SLC的模块化I/O系统提供了包括开关量、模拟量和模块在内的60多种I/O模块。
C． 稳定：无论是单机应用，还是分布式控制，在单一平台上，SLC就能实现高速离散控制和过程控制；功能的诊断功能让使用过程中的故障排查变得简单。
D． 贯通全厂直至信息层的通讯功能-----内置不同通讯接口的SLC系列处理器，提供多种控制器联网方式供用选择，以构成不同要求的工业监控网络。
E ． 应用广泛的多种现场总线集成：SLC提供了与各类“智能”设备的现场总线接口，这类设备包括各种传感器、按钮、马达启动器、现场操作员站和传动设备等等，信息全部无缝通讯。
图2 SLC 500
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