WinCC在高炉自动控制系统中的应用

2007年第10期 仪表技术

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PLC和WinCC在高炉自动控制系统中的应用

王翠萍,朱凌云

(东华大学信息科学与技术学院,上海201620)

摘要:介绍西门子PLC在高炉自动控制系统中的成功应用。该系统采用三电(EIC)一体化控制,实现了仪表、电气及自动控制系统的集成控制。系统采用集散型PLC实现分布式网络控制,确保系统运行稳定可靠。

关键词:

PLC;监控系统;现场总线;WinCC

B 文章编号:

1006-2394(2007)10-0051-03

中图分类号:TP39 文献标识码:

TheApplicationofPLCandWinCCintheAutomaticControlSystem

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forthe450mBlastFurnace

WANGCui ping,ZHULing yun

(CollegeofInformationScience&Technology,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

Abstract:ThesuccessfulapplicationofSiemensPLCintheautomaticcontrolsystemfortheblastfurnaceisintro

ducedinthispaper.Thethree electricityintegratedcircuit(EIC)isadoptedinthesystemtorealizetheintegratedcon trolofinstruments,electricityandautomaticcontrolsystem.AndthesystemrealizesthedistributednetworkcontrolonthedistributedPLC,whichensuresstabilityandreliabilityofthesystem.

Keywords:PLC(programmablelogiccontroller);computersupervisingcontrolsystem;fieldbus;WinCC

和PLC自动化系统等三个方面。上位机、PLC之间的通讯采用PROFIBUS总线结构,确保系统具有良好的开放性;为确保系统具有良好的匹配性,PLC系统、电气及仪

表设备尽量选用同一厂家产品;方案设计充分考虑节能降耗,减少电磁干扰,提高系统的稳定性。2 各部分控制功能介绍2.1 高炉本体部分

高炉本体部分采用S7 300系列控制器,PROFI BUS DP通讯模式。PLC选择六个模拟量输入模块SM331(AI8*13BIT)、一个模拟量输出模块SM332(AO8

*12BIT)、中央处理器CPU315-2DP和电源模块PS307(10A),用于实现温度、流量、冷却水压力等检测数据的报警功能以及实现炉顶压力的手动/自动调节功能。

高炉本体实现对各种参数的采集,通过各个不同部位的温度、压力传感器,把高炉的运行情况转换成相应的电信号送往PLC的模拟量输入模块,经过模拟量输入模块转换成数字量信号,在PLC中根据需要进行相应的处理后,通

图1 PROFIBUS工业总线组网结构图

1 系统概述

系统采用西门子S7-400/S7-300系列PLC,编

程软件采用STEP7V5.3,监控软件采用WinCC6.0中文版。PLC与上位机间采用PROFIBUS总线实现通讯,上料控制室安装2台上位监控机;高炉本体2台上位监控机放于工长值班室内;热风炉2台上位监控机放置于热风炉控制室内;除尘监控安装1台上位机监控机。系统组网结构如图1所示。

系统共分为高炉本体、高炉炉顶上料、热风炉、煤气干法除尘、供料控制系统等五个部分,涉及到仪表、电气

过PROFIBUS总线送往工长室的监控站。

收稿日期:2007-03

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仪表技术 2007年第10期

2.2 高炉上料部分

高炉上料部分采用S7-400系列控制器412-2DP,PROFIBUS通讯模式。PLC选择二个模拟量输入模块SM431(AI8*13BIT)、二个数字量输出模块SM422(DO32*24VDC)、五个数字量输入模块SM421(DI32*24VDC)、中央处理器CPU412-2DP和电源模块PS307(10A)。两台上位机互为备用。高炉上料系统包括了槽下备料、卷扬上料、炉顶布料等三部分的逻辑顺序控制,并且和工长值班室通过PROFIBUS相连,进行直接的数据交换。2.2.1 槽下配料功能

槽下控制能够根据料单内容实现振筛、给料机、斗闸门、翻板、皮带等的完全自动化逻辑控制。并根据槽下料单的填写内容实现自动称量补偿等计算累计功能。主要包括料单设定、振筛的自动启停控制、称量斗的自动称量和排料控制以及翻板皮带中间斗的运转控制。2.2.2 主卷上料控制功能

根据调试和安全的需要,设置主卷扬操作室机旁操作箱,用之进行机旁调试和系统恢复。

对于变频器的保护,配备了进线电抗和出线电抗,防止变频器遭到电流冲击。对于电机有线路过流保护和变频器过流跳闸设置。

对于超极限、松绳等保护主要通过硬线回路来实现,通过和接触器连锁执行。对于系统的恢复一般通过机旁电动操作来实现,与主电源连锁也通过机旁操作来解除。2.2.3 炉顶布料控制功能

能够实现探尺的自动提放和料面跟踪;实现受料斗自动装料、料罐自动装料;能够根据炉顶料单实现自动多环布料和定点布料。根据槽下料单的8个批次的设定,同时设定该批次的布料代号,针对8个批次设定其布料代号1~8,每个布料代号对应每个批次的布料参数检索。当某批次的料装进料罐后,同样传入该批次的布料代号,并由此检索出溜槽的倾动角度设定 角、 角。其中 角每批次1个设定角度, 角每批次6个设定角度,并给出每个 角的布料圈数。

根据料罐的工作状态,我们给料罐定义了1、2、3、4四个状态:正在装、料罐满、正在布、料罐空。我们根据料罐这四个状态来进行程序判断和执行。2.3 除尘系统

干法除尘系统采用西门子S7 300控制器,PLC选择二个数字量输入模块SM321(DI16*DC24V、DI32*DC24V)、二个数字量输出模块SM322(DO16*DC24V/0.5A)、三个模拟量输入模块(AI8*13BIT)、中央处理器CPU314和电源模块PS307(5A)。一台上热风PROFIBUS总线进行数据通讯。

干法除尘系统主要实现各除尘器的离线手/自动清灰功能和卸灰功能。并保持炉顶压力的稳定安全。在除尘系统出现故障的时候,能够紧急打开旁路,使高炉不至于休风减风而影响生产。各设备均设置机旁操作箱,能执行机旁/计算机手自动操作。并根据工艺选择实现定时或定压差自动清灰模式。2.4 热风炉系统

热风炉自动化控制系统采用西门子S7-300系列控制器,PLC选择四个模拟量输入模块SM331(AI8*13BIT)、一个模拟量输出模块SM332(AO8*12BIT)、四个数字量输入模块SM321(DI16*AC120/230V)、四个数字量输出模块DO322(DI16*AC120/230V)、接口模块IM365、中央处理器CPU315-2DP和电源模块PS307(10A)。上位机与控制器间采用PROFI BUS总线模式,热风炉主控室通过PROFIBUS总线实现与高炉工长值班室及其他控制系统的通讯。

热风炉PLC控制系统主要是实现热风炉的燃烧、焖炉、送风等三个状态的转换,以及实现热风炉状态转换时的相互连锁。保障热风炉的送风温度和风量,促进高炉炼铁的顺利进行。

热风炉有以下三种工作制:两烧一送,两送一烧,一烧一送,在此采用两烧一送模式。详见表1:

表1 两烧一送工作制

炉别1#2#3#

工作状态

送风 燃烧

3 软件组态和程序设计

3.1 下位机软件

下位机软件采用西门子公司的STEP7V5.3软件对PLC进行软件编程,在STEP7中建立一个用于存储控制方案而生成数据和程序的新项目,在此项目中添加PLC工作站并依次进行硬件组态,然后编写PLC程序。STEP7提供编程语言有语句表(STL)、梯形图(LAD)、功能块图(FBD)。STEP7将用户编写的程序和程序所需要的数据放置在块中,通过一个主程序块调用其他的子程序块或块内程序来完成,程序结构简单清晰,使用户结构化成为可能。

在编制PLC控制程序中,将高炉槽下配料、卷扬上料和料批周期、称重补偿、电机控制、以及高炉本体温度、压力、流量数据采集、风温PID调节、炉顶压力PID调节、故障报警处理设计成不同的模块后,再在主

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3.2 上位机软件

上位机采用西门子公司的WinCC6.0软件,WinCC将Windows程序的现代体系结构和使用方便的图形设计结合在一起,提供了可视化、友好的控制界面。3.2.1 高炉本体监控画面

监控画面包括所有模拟量输入数字量输入信号的显示和所有模拟量输出数字量输出的操作。对于数据显示有根据工艺要求的上下限报警显示,对于调节系统有根据实际情况的手自动切换,对一些重要数据还有报表打印功能。对于冷风流量、冷风压力、热风温度、炉顶压力等参数有实时趋势和历史趋势显示。

3.2.2 高炉上料监控画面

监控画面包括槽下料单、炉顶料单的填写和槽下、炉顶各设备的操作和各设备的状态显示。对于各设备一般都有手自动选择操作和重点设备的确认操作。画面还包括探尺实时趋势和历史趋势的显示和根据工艺要求的报表功能。3.2.3 除尘监控画面

监控画面实现整个工艺流程在线设备的状态监控,并实现某些重要参数的报警,通过参数设定能够实现除尘系统在线离线的自动清灰方式,同时能够对在线设备进行计算机的手动操作。对一些数据有实时和历史的趋势,有故障统计和报表打印功能。3.2.4 热风炉监控画面

实现三座热风炉的相互连锁,促进高炉的稳定生产,主要是冷风连锁功能。并通过工艺参数的设定,保障热风炉燃烧制度的实现。实现热风炉状态转换的阀门连锁和自动开关,达到能够实现计算机手动/半自动换炉的目的,在设备条件、工艺条件达到要求的时候能够实现自动换炉。

对煤气总管压力调节阀、空气总管压力调节阀、煤气支管调节阀、空气支管调节阀能够进行计算机手动操作,在设备条件达到的情况下对一些重要的参数实现报警功能。比如煤气总管压力、空气总管压力、拱顶温度、烟道温度等。对拱顶温度、烟道温度、煤气总管压力、空气总管压力等重要参数有实时和历史的趋势显示,并实现重要参数的报表打印。

图2为系统炉顶工艺画面。4 结束语

该设计方案已经在徐州某钢铁厂450m高炉得到成功应用,该系统的投用,实现了炼铁过程的三电一体化控制,投资小,见效快,是中小铁厂较为理想的选择。投产至今运行稳定可靠,没有因自动化系统故障出现高炉停产,大大提高了高炉整体系统的各项经济运行指标,用户给予了很高的评价。参考文献:

[1]廖常初.S7 300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出

版社,2006.

[2]唐济扬.现场总线(PROFIBUS)技术应用指南[M].北京:

人民邮电出版社,1998.

[3]STEP7V5.3编程手册[Z].北京:西门子自动化与驱动集

团,2004.

[4]SIMATICWINCCV6.0手册[Z].北京:西门子自动化与驱

动集团,2005.

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(许雪军编发)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5ve4.html