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基于PLC技术的钢包自动烘烤系统探究

   发布时间:2018-01-08   [点击量:548]  


1 前言

  苏州钢铁集团公司电炉厂现有10 台烘烤器:2 座卧式大包,3 座立式大包,5 座中包蓄热式烘烤器。改造前均采用常规燃烧方式进行烘烤。以焦炉煤气为燃料,手动阀控制,无上位机监控。传统的焦炉煤气烧嘴,烘烤温度低且不均匀。随着焦化厂的关停,烘烤设备急需升级,于是采用先进的PLC 软硬件及工业网络为控制核心;用富余的高炉煤气,配以天然气为燃料,采用先进的蓄热式燃烧技术,在钢包内形成均匀的温度场,提高钢包温度和分布均匀性,延长了钢包寿命.2014 年5 月,苏钢公司与泰戈精炼(北京) 工程技术有限公司合作,对所有烘烤器进行了自动化技术改造。

  2 系统组成

  钢包烘烤系统由烘烤阀台、智能测量仪表与执行器、PLC控制柜、100Mbps 工业以太网和监控上位机等子系统组成。本次系统改造采用一台烘烤器配备一个就地控制柜,十台就地控制柜通过光纤以太网联接,在分厂调度室设置一台监控上位机(西门子博途V13)。网络拓扑结构如图1 所示。钢包烧烤器采用 PLC 及配套仪表、执行器实现对钢包烧烤加热过程的自动控制,保证钢包烧烤过程中各种燃气流量按设置好的温升曲线执行,各阶段烘烤时间也是程序中预设定的,且在燃烧稳态及过渡过程中能保持最低空燃比,从而使燃料充分燃烧,达到进一步降低能耗,减少环境污染的目的.当系统投入运行时,钢包烘烤的加热过程出现异常,均会自动报警,并可切换为手动控制。为便于操作人员对参数的调整,在人机界面(触摸屏) 上也添加了参数设置画面。

  2.1 烘烤器阀台及测量仪表

  烘烤器的气体阀台如图2 所示,管道上的主要设备有:两级手动阀、两级气动切断阀、IFM- PK6224 压力变送器、流量孔板、流量变送器、电动调节阀。另外还有11Kw 送风电机、CO检测报警仪、声光报警器等。当烘烤器处于工作模式时,各设备主要作用是:气动阀自动打开供气;压力变送器检测气体压力;流量变送器输出气体流量信号给PLC中PID运算功能块;气体调节阀根据PLC 给定的调节信号调节阀位;CO 报警仪实时检测周围气体CO 浓度,并在报警时联锁切阀;送风电机根据变频器的调节信号,提供系统所需风量。

  2.2 控制系统
  
  控制柜内主要由S7- 1200PLC、西门子变频器G120、西门子触摸屏TP1000、网络交换机及DXHY- 2 燃烧控制器、接触器、空气开关等其它电气器件组成。当系统确定接收到“点火按钮”和“启动系统”指令后进入点火状态,当燃烧控制器确认点火工作正常并操作人员选定烘烤模式(小火、中火、大火) 后,PLC接收各燃气流量变送器的流量信号,并根据此信号与参数表里设定的温度曲线进行比较,通过调试好PID 算法,输出相应的调节信号给各气体调节阀,从而实现各气体流量的动态调节。

  在运行过程中,若出现气体压力低于设定值或有CO 浓度报警等异常,系统将自动切断所有燃气阀,并发出报警信号,从而保证烘烤器的安全运行。等空、燃气压力恢复正常后,需由人工解锁。

  2.3 工业以太网和监控上位机

  本系统借助车间原有的100Mbps 工业以太网,所以网络通讯方面的投入费用很低,也加快了项目的进度和后期的安全稳定性.上位机硬件采用研华610H 为主机、软件采用西门子 TIA 博途平台的全新SIMATICWinCCV13.监控上位机主画面如图 2 所示,单击主画面左侧各烘烤器按钮时,在主画面中部会显示该烘烤器画面,同时在左侧按钮下方出现趋势、工艺、打印按钮。各烘烤器的主画面中有运行介质、模式选择、燃气的当前次累计、总累计、烘烤时间、阀门开度、实时流量等显示。烘烤器按钮显示绿色,表示该烘烤器正在使用、选择、运行。同时各站的CO报警仪数值在主画面集中显示,并存储历史曲线。

  2.4 能耗统计及历史记录

  1) 能耗统计:启动画面中左侧一列按钮对应相应烘烤器。中间显示相应烘烤器画面.右侧显示当前时间,十台烘烤器各个燃气实时的流量的汇总显示,各阀台每次烘烤所累积的用气量,可以选择时间段,以Exce l表格的形式导出,便于计量部门进行能源消耗统计。

  2) 历史记录:单击图 2 所示主画面左侧烘烤器按钮时,在主画面中部会显示该烘烤器画面,同时在左侧按钮下方出现趋势、工艺、打印按钮。单击趋势按钮,出现该烘烤器历史趋势图,其中每个趋势图对应的是该烘烤器各燃气当前次流量的累计量,通过查询趋势图可以查看每次烘烤的开始结束时间。

  3 安全措施

  1) CO 浓度超标报警。现场每个烘烤阀台安装一台 CO 报警仪,可就地显示和触发声光报警器。调度室上位机集中显示每台报警仪的数值,并存储历史曲线,方便查询。当有报警仪报警(>50ppm),程序会自动切断阀台上所有的燃气切断阀.而且异常问题处理后,需操作人员到控制柜手动复位后,下次才可使用。

  2) 当有喷嘴火焰熄灭,安装在控制柜内的火焰探测器会触发报警信号给PLC,程序会立刻切断所有切断阀。

  3) 当煤气压力过低或工作气源(氮气) 压力低时,PLC程序也会切断所有切断阀,并报综合故障。

  4) 变频器故障。当鼓风电机出现缺相、过载、温高等问题,触发变频器报故时,程序会切断阀台所有燃气切断阀,并点亮综合故障灯。

  4结束语

  该钢包烘烤系统采用PLC 与各变送器、执行器等共同构成就地控制系统,根据钢包烘烤工艺曲线,按时、自动地完成对钢包烘烤的全部过程,而且由于烘烤温度高且均匀,使钢包内衬使用寿命延长,还解决了之前烘烤温度低导致钢水温度低,影响连铸不能顺利开浇等问题。而且旧烘烤器为人工操作,烘烤过程凭经验控制,执行情况不可查,生产处于监控盲区.现在该系统通过以太网构成监控上位机,烘烤过程数据可存储、可查询、可导出。综合来说,升级后的系统,大大提高了生产设备的自动化程度、减少了能源的消耗、提高了生产的安全性。目前设备运行正常,经济效益显着.

  参考文献:
  [1] 王克亮。PLC 技术在蓄热式钢包烘烤器的应用[J].科技信息,2011.
  [2] 蔡培力,杨迪光,孙家富。基于 PLC 的钢包烘烤器控制系统设计[J].仪表技术与传感器,2009.
  [3] 刘玉梅,郝万新,李忠明。基于 PLC 控制的双蓄热式钢包烘烤器自动控制系统[J].仪表技术与传感器,2008.

文章标题:《基于PLC技术的钢包自动烘烤系统探究》,原文地址:,如有转载请标明出处,谢谢。

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