干熄焦自动控制系统的开发与应用硕士论文.docx

第59页目 录摘要2ABSTRACT3第一章 绪论41.1 干熄焦现状41.2 干熄焦设备组成及工艺51.3 本文所做的工作61.4 研究意义7第二章 干熄焦工艺控制要点82.1设备监控显示82.2 提升机控制系统82.3 锅炉调节系统92.4 气体循环系统102.5 环境除尘系统102.6 小结11第三章 干熄焦EI控制系统设计123.1 AB ControlLogix 控制系统在干熄焦的应用123.1.1 ControlLogix 平台的主要特点123.1.2 干熄焦PLC硬件设计133.1.3 干熄焦PLC组态153.1.4干熄焦上位机设计213.2 装入装置PLC实现253.3 干熄炉料位控制273.4 锅炉给水调节系统293.4.1 锅炉给水调节单冲量设计293.4.2 锅炉给水调节三冲量设计303.4.3 串级三冲量给水调节303.5 提升机控制系统323.5.1 提升机的运行曲线323.5.2 提升机与本体EI系统的通讯343.5.3 程序设计35第四章 变频调速系统在鄂钢干熄焦中的应用404.1变频调速技术介绍404.1.1交-直-交变压变频器404.1.2交-交变压变频器414.2西门子6SE 70变频器在鄂钢干熄焦的应用414.3西门子6SE80 变频器在鄂钢干熄焦的应用42第五章 结论及展望455.1 结论455.2 展望45参考文献46致谢48摘要干熄焦（CDQ）过程是炼焦生产的重要环节。干熄焦工艺具有能源回收利用、保护环境以及改善焦炭质量等多项优点，成为炼焦行业发展主流。其节能与环保效果如何，自动化控制系统的优良与否是关键一环。本文以干熄焦装置生产工艺流程为研究对象，分析了干熄焦工艺的特点和控制要求; 本文重点论述了AB ControlLogix PLC系统的特点，针对干熄焦装置的运行特点，从PLC硬件组态、干熄炉料位控制、锅炉给水调节、提升机运行以及变频调速技术的应用等方面进行了详细的论述。论文提出的干熄焦自动化控制系统在鄂钢干熄焦装置的实际生产中得到了应用。现场运行情况表明，该控制系统的设计符合工业实际，建立的软件系统稳定可靠，提高了焦炭质量，降低了能耗，创造了显著的经济效益和社会效益。 关键字：干熄焦 自动控制系统 变频 PLCABSTRACTCDQ is an important part of coke production. CDQ technology with energy recovery, environmental protection and improve the quality of coke a number of advantages, Become the mainstream of coking industry，The energy saving and environmental impact, and automation and control systems is a key part of the fine or not。In this paper, CDQ production process as the research object, analyzes the characteristics of the CDQ process and control requirements。focuses on the characteristics of AB ControlLogix PLC system，Operational features for the CDQ。From the PLC hardware configuration, dry off charge level control, boiler feed water conditioning, elevator operation, and frequency control technology and other aspects are discussed in detail。CDQ proposed automatic control system in EGANG CDQ the actual production of steel has been applied. Field operation shows that the control system designed to meet the industrial practice, the establishment of stable and reliable software systems, improve the quality of coke, reducing energy consumption, creating significant economic and social benefits.Key words： Coke Dry Quenching; Automatic control system; Frequency conversion; PLC第一章 绪论1.1 干熄焦现状干熄焦技术上世纪初起源于瑞士, 此后前苏联(乌克兰)、日本、德国在干熄焦装置大型化、自动化及环境保护方面陆续做了改进。目前国外有干熄焦装置130 多套。国内从1985 年起宝钢首次引进日本技术和设备的干熄焦装置后, 各企业相继建成自己的干熄焦装置。近年来除了非常重要的关键设备和元件, 干熄焦技术和设备国产化已取得较大进展, 促进了干熄焦技术在国内的应用。我国自20世纪80年代初，宝钢一期从日本引进干熄焦至今，现有6个厂投产了干熄焦.各厂的使用情况也存在着一定的差异.国内干熄焦装置建设情况. 各厂的干熄焦状况 1宝钢干熄焦 宝钢为配合1250孔(6m)焦炉，共建了12套75t/h规模的干熄焦装置，年处理焦炭510万t，共分三期建设。一期475t/h干熄焦装置于1985年5月建成投产，二期、三期分别于1991年6月和1997年12月建成投产。一期干熄焦装置是从日本全套引进的；二期干熄焦装置是在消化吸收一期的基础上，主要由我国自己设计建成的，设备国产化率占设备总重的80，部分关键部件从日本引进；三期除极少数关键部件从日本引进外，绝大部分设备已国产化，国产化率达到了90以上。宝钢只有干法熄焦，不用湿法熄焦作备用，采用“3开1备”的生产方式。 2浦东煤气厂干熄焦 浦东煤气厂为配合年产56万t焦炭的焦炉熄焦，1984年从苏联全套引进270t/h规模的干熄焦装置，由苏联国立焦化设计院负责全套干熄焦装置核心设计，鞍山焦耐院和上海化工研究院参与了干熄焦的配套设计，并由鞍山焦耐院负责干熄焦工程的设计总承包。工程于1991年12月开工建设，1994年12月建成投产。该套干熄焦装置设备全套从俄罗斯引进，并保留了湿法熄焦作为备用。 3济钢干熄焦 济钢为配合年产110万t焦炭的焦炉熄焦，1994年从俄罗斯引进了270t/h规模的干熄焦装置，由俄罗斯国立焦化设计院与济钢设计院共同设计。在设备方面采取部分引进，部分合作制造的方式，工程于1996年开工，1999年3月建成投产。投产后发现俄罗斯技术可靠性不高，达产时间较长。该装置与浦东煤气厂的干熄焦装置一样，自动化水平并不高，也保留了湿法熄焦作为备用。 4首钢干熄焦 首钢一期165th规模的干熄焦装置，是利用日本政府的绿色援助计划建成的一套干熄焦装置，其主体设备由日本供给，辅助设备由首钢自己采购。该装置设计工作由新日铁与首钢设计院共同完成，工程于1999年动工，2001年1月投产。首钢干熄焦装置投产后运行可靠，而且自动化控制水平和环保效果都比较理想。首钢也保留了湿法熄焦作备用。 5马钢干熄焦 马钢5号、6号焦炉为250孔6m焦炉，所配置的干熄焦装置能力为1125t/h，该装置由鞍山焦耐院总承包，部分关键设备从日本、德国、美国引进，其他设备由国内制造，是目前国内干熄焦装置中国产化设备最多的一套，于2004年4月建成投产，同时也保留湿法熄焦备用。 6. 鄂钢干熄焦鄂钢1号、2号焦炉为255孔6m焦炉，其干熄焦装置设计能力为1140t/h，该装置由日本做核心设计，鞍山焦耐院做转化设计。该项目为国家发改委的消化吸收项目，是目前国内单套处理能力最大的干熄焦装置。干熄焦关键设备从日本引进，部分设备由日方设计和监制，国内厂家制造，工程于2004年6月动工，2005年10月建成投产，鄂钢于2009年开始筹建第二套干熄焦装置。1. 鄂钢焦化厂干熄焦装置是吸收了众家配套干熄焦装置的基础上建成的，尤其是参考了马钢干熄焦装置。马钢干熄焦装置由中国鞍山焦耐院主持设计且其仪电自动化控制系统亦由焦耐院工程师设计完成。该控制系统下位机采用ControlLogix PLC控制器与 ProcessLogix系统共同组成，为确保PLC控制系统的稳定性与可靠性，采用了冗余CPU、冗余电源、和冗余通讯网络设计;而上位机则采用界面友好，易于设计开发的组态软件RSView32 组态完成。随着国家环保法规的不断完善和全民环保意识的提高，发展干熄焦技术势在必行，各钢厂筹建43m以上焦炉都要建设与之配套的干熄焦装置。1.2 干熄焦设备组成及工艺干熄焦的工艺流程焦炉排出的红焦由装在电机车上的旋转焦罐接受，由电机车牵引到提升机下部，提升机将红焦罐提升到干熄炉顶部，干熄炉盖由装入装置自动打开装入红焦，除尘系统通过控制干熄炉内的压力，防止粉尘外逸，装料完毕后，炉盖自动关闭,然后空焦罐被提升机回送到电机车上。装到干熄炉中的红焦(约1000)，通过循环气体冷却到200以下，经过排焦装置排出，由皮带机运出。循环气体由循环风机升压，通过给水预热器送到炉体下部，再送到干熄炉冷却段。在此，循环气体约加热到800以上，进入冷却段和预存段交界部分的斜烟道，再到一次除尘器，在此分离粗颗粒粉尘。通过一次除尘的循环气体进入锅炉。在此回收余热后产生约3.9Mpa、450蒸汽。通过了锅炉的循环气体，进入风机之前，在二次除尘器分离细颗粒粉尘。经过二次除尘的约160的循环气体再次由风机升压，重新送到干熄炉冷却段。供水系统将工业用水进行除盐、除氧、化学药物处理，经过加温、加压后供给锅炉，通过与锅炉管道内高温循环气体的热交换，产生蒸汽用于汽轮发电机发电。干熄焦系统主要由干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉系统、循环风机、除尘地面站、水处理系统、自动控制系统、发电系统等部分组成。其工艺流程图见图1.1。图1.1 干熄焦流程图1.3 本文所做的工作鄂钢第一套140t/h干熄焦装置于2004年6月开始筹建，2005年10月建成投产。本文作者从2004年开始筹建工作，从技术交流、合同谈判、设计联络、设计审查、设备监制到安装调试、生产运行维护全过程参加了该项目工程，对干熄焦装置的电气设计、调试、维护有较深的经验。2009年鄂钢开始筹建第二套干熄焦装置，我们针对第一套装置存在的问题进行了一系列的完善。本文重点论述了AB ControlLogix PLC系统的特点，针对干熄焦装置的运行特点，从PLC硬件组态、干熄炉料位控制、锅炉给水调节、提升机运行以及变频调速技术的应用等方面进行了详细的论述。1.4 研究意义干熄焦工艺改变了传统的湿法熄焦工艺，将焦炉生产的红焦显热，通过氮气循环吹扫熄焦进行热量回收，将此热量送到锅炉，因而具有能源回收利用、环境保护以及改善焦碳质量等多项优点，是目前冶金企业必须面对的重要课题，因而被我国焦化行业广泛推广。由于干熄焦装置采用全自动控制方式，这就对其电气自动控制系统的要求极高，其自动控制系统的优劣甚至影响其是否能够安全正常运行。所以我们研究其控制系统，有利于提高我们的日常维护水平，并且把先进的控制技术充分发挥其作用，提高我国干熄焦的运行水平，对整个干熄焦行业有极大的积极意义。第二章 干熄焦工艺控制要点2.1设备监控显示电气监视程序由CDQ控制站中电气监视程序和操作监视站(OPS)中相关显示来实现。此部分程序应完成如下功能:装入系统(自动对位加减装置(APS)、提升机、装入设备)状态及位置监视;单体设备监视;电源系统状态监视;气体循环设备监视程序;锅炉单体设备监视程序;焦粉收集监视程序;排出系统监视程序。故障信息处理程序是通过将各设备的状态(运转、故障)信号及位置信号与OPS上的CRT画面相应动态点连接，将各设备的故障报警与OPS上的相应连接来实现上述功能。在上位机画面上以红色闪烁为显示故障报警，并设置音响以告知故障内容。1. 上位机系统采用美国罗克韦尔自动化公司最新的监控软件RSView32 实现对干熄焦全过程的监控。(RSView32 Supervisory Edition)是一个强大的管理级的分布式监控软件。它是基于Microsoft Windows XP和Windows2003操作系统的人机界面软件，用于监视、控制并获取全企业的生产操作数据。它包括：1) RSView32 创建所有HMI(人机界面)应用的开发工具包。2) RSView32 HMI Server监控级的应用运行在其上面，负责检测事件，管理报警，采集数据并处理其他运行过程。3) RSView32 Client显示运行数据和历史数据，并为操作员提供控制操作界面。监控设备必须数据反映准确，系统功能齐备，操作方便快捷。利用RSView32 在设计思想上的开放性，使得用户可以设计使用灵活、编辑简便，是个表现形式丰富多样的监控系统。强大的报警功能方便了工程师维护工作，大大地减少了故障停机时间，大大地提高了生产率。灵活的报表二次开发管理环境，记录了生产过程控制特性，给干熄焦项目稳定生产提供了有力的支持。在此关键点上，我们依靠RSView32 强大的功能设计好完整的监控画面，将干熄焦的运行数据完整、准确、人机交互友好的表现出来。提供给操作人员一个直观的操作画面。2.2 提升机控制系统提升机是干熄焦系统的关键工艺设备，是红焦输送渠道的咽喉部位，提升机的稳定运行是干熄焦系统能够产生品质稳定蒸汽的首要条件。该系统控制设备由APS、提升机、装入装置、炉顶除尘阀门、1#(2#)加压水泵组成。装焦系统由焦罐车、APS、提升机、走行装置、装入装置和除尘风机等子系统共同完成。从焦炉推出的红焦由装在电机车上的旋转焦罐接受，旋转焦罐由变频器控制，在接焦的过程中恒速旋转，使红焦装入焦罐时布料均匀。再由电机车牵引到提升机井架下，由PLC完成定位、锁闸、接空焦罐、解锁、移位、再锁闸和向提升机发出提升红焦罐指令等一系列动作。提升机是把需要干熄的红焦运送到干熄槽的专用设备。它的主要用途是将运送至提升井架下装满红焦的焦罐提升到塔顶，提升机在待机位开始提升时，要确认焦罐台车已被APS夹住才可以操作提升机提升焦罐，当焦罐过了待机位，提升机的提升速度才可以由低速转为高速。并沿设置在干熄槽上方的轨道行走，将红焦罐运到设定的干熄槽装入料斗上方，提升机在横移装焦时要确认对位准确；确认干熄炉的炉盖已打开并且装入料斗已对在于熄炉的炉口，确认都正常后操作提升机下降装焦。再将红焦罐缓慢卷下座在该料斗上，焦罐底部闸自动打开，将红焦装入干熄槽内；装焦完成后，再将空焦罐卷起，当APS夹住焦罐台车后，走行到提升机卷塔将空焦罐卷下送回到运载车上送去接焦。因为提升机作为干熄炉的关键设备，一旦出现故障，将对整个干熄焦造成影响，所以在提升机控制系统上，我们要求完成干熄焦工艺提出的要求，还要求我们控制系统简洁，便于故障查找。重点要解决PLC控制的设计和西门子6SE70系列变频器的使用。2.3 锅炉调节系统该控制设备由除氧给水泵(2台)、再循环水电动阀(2台)、连续排污阀、锅炉给水泵(2台)、锅炉给水电动阀、锅炉给水旁通阀、锅炉强制循环水泵(2台)、主蒸汽切断阀、主蒸汽切断旁通阀、主蒸汽放散阀、紧急放水阀、磷酸盐加药装置、联氨加药装置组成。控制系统必须保证经过除盐、初样、预热和化学添加剂处理后的锅炉用水可靠输送。两套互为备用故障自投的除氧水泵和给水调节阀配合液位检测装置，通过计算机的PID数学模型运算，严格控制除盐水箱和除氧水箱的水位。两套互为备用故障自投的锅炉给水泵和锅炉循环泵配合给水调节阀，根据锅炉给水流量和压力检测装置，通过计算机的连锁运算控制，确保锅炉用水量的稳定供给和互备水泵的交替工作。锅炉汽包液位控制分单冲量控制和三冲量控制，单冲量控制通过PID调节锅炉给水流量，达到控制锅筒液位稳定的目的;三冲量控制通过PID串级调节，控制锅炉给水流量，锅筒水位和主蒸汽流量3个主要的被控参数，达到控制锅筒液位稳定的目的。在锅炉投入运行的初期阶段和保温阶段，选择单冲量调节锅筒液位，在锅炉以额定负荷的75%以上运行时，投入三冲量调节。锅炉调节系统中，汽包液位调节、主蒸汽压力调节、主蒸汽温度调节尤为重要，其控制过程采用PID方式调节。本文将重点研究PID调节方式在干熄焦锅炉调节系统中的应用。2.4 气体循环系统该系统控制设备循环风机及变频器、风机入口挡板、IDC非常放散阀、风机入口NZ阀、风机出口NZ阀、空气导入管电磁阀、预存室放散阀、风机电机加热器组成。作为干熄焦系统心脏的氮气循环风机，运行中常常由于电气控制系统发生故障而突然停机造成事故。循环风机事故不但抢修时间长，而且给复风后的干熄焦系统恢复生产增加了难度，造成重大经济损失。因此，防范循环风机非正常停机事故，提高风机运行的可靠性具有重要意义。焦化厂干熄焦循环风机采用高压变频器进行调速，系统采用一体化结构， 电气控制系统主回路采用高压电路、控制回路采用低压电路。它由操作人员根据干熄炉的工况，在HMI上设定给定值，由计算机自动完成旋转速度的调节和保安系统的连锁控制。计算机系统还监测循环风机的各项机械振动参数和轴承温度，显示在HMI。在运行中故障虽然是多种多样的，但只要我们实际工作中认真总结经验，多积累数据，掌握设备状态，摸清设备劣化规律， 出现问题时就能采取相应的有效措施进行解决。本文将在学习吸收的基础上分析西门子6SE80系列高压变频器的原理、使用方法以及维护的要点。2.5 环境除尘系统干熄焦以节能环保及促进循环经济而著称，除尘效果程度高低直接影响到干熄焦安全运行。除尘系统的优化与改造，有效地避免了烟尘、焦粉对环境、职工的影响，做到了运控过程中的环保。该控制设备由除尘风机、除尘风机电加热器、除尘风机入口电动阀、偶合器电动执行器、电动混风阀、1#，2#刮板运输机、1#-4#除尘器排灰螺旋电机及排灰格式阀、1#及2#管式冷却器排灰格式阀、1#及2#管式冷却器舱壁振动器、贮灰仓下部舱壁振动器(4台)、除尘器1#-8#舱室离线阀、除尘器1#-8#舱室脉冲控制仪、除尘器1#-4#贮灰舱料位计、管式冷却器1#及2#料位计、贮灰仓料位计等众多设备共同组成。除尘风机由计算机控制与干熄焦炉盖和炉顶除尘阀门联动，由液力耦合器控制其高低速度，确保干熄焦盖口的压力为负压，防止粉尘外溢。炉顶的高温粉尘经过冷却器、炉底出口的粉尘经过除尘器、再经过一组滤袋装置收集到粉仓内。计算机自动控制舱壁振动器，排灰格式阀、刮板机、脉冲控制仪、离线阀、螺旋电机和斗式提升机等设备完成一系列的动作将焦粉排出，同时还要保证粉仓内有一定数量的焦粉，实现循环气体风道的密闭，防止循环气体外溢。2.6 小结本章根据干熄焦工艺需求，先后分五个单元详细介绍干熄焦流程工艺的控制要点。并详细的分析了每个单元生产装置的设备组成和设备性能，然后根据各个单元的设备运行特点和工艺特点，对其自动化监视和控制要求做出了详细说明。三 第三章 干熄焦EI控制系统设计干熄焦本体及电站自动化控制系统采用电气及仪表合一(E&I)冗余PLC控制站及冗余总线的PLC控制系统，地面除尘站自动化控制系统采用单CPU控制站及单总线的PLC控制系统。自动化控制系统由开发用的工程师站(EWS)、操作员站(HMI)、控制站、若干远程IO站、打印机等构成。控制系统采用AB公司的产品。该控制系统由1套冗余1756-L55CPU控制站I/O站、冗余数据总线构成。上位监控系统采用了RSView32 . 为确保干熄焦控制系统的可靠性，PLC采用冗余CPU、冗余电源和冗余通讯网络设计。系统分为主站及远程站，主站下设8个分站，整个系统采用 ControlNet和Ethernet 网络通讯。3.1 AB ControlLogix 控制系统在干熄焦的应用3.1.1 ControlLogix 平台的主要特点ControlLogix 系统不仅具有先进的通讯能力和最新的I/O技术，而且同时提供顺序、过程、运动和传动控制。因为系统是模块化的，所以用户就能够更有效地设计、建立和更改系统从而极大地节省培训费用和工程实施费用。一个简单的ControlLogix 系统是由一个独立的控制器和处于同一框架上的I/O模块组成，所有模块均可带电插拔,用户通过软件刷新即可实现包括处理器在内的各种模块的升级；功能强大的Logix 处理器；处理器具有高速程序及数据处理能力，l K指令仅需0.06ms；在同一机架中处理器可插在机架的任何槽位上并支持多个处理器并存，实现分布式运算；在同一机架中可配置任意多个通讯模块，实现网络延伸和不同网络间路由；用户无需更换处理器，通过替换更大容量的内存即可扩充系统处理能力；实时多任务系统内核：多达32个任务，包括1个连续任务以及31个周期任务；有15个优先级可选以保证重要任务优先。每个任务中可编制32个主程序，并分别拥有单独数据区；完全标签变量编程方式，无需用户进行内存分配管理。没有定时器/计数器等使用个数的强行限制，支持数据类型的自动转换；无需处理器干预，现场输入信号可以同时直接送给同一网络上的多个智能设备、处理器及服务器等，避免了传统的“现场信息先由主站存储再顺序转发”的过程，大大提高了通讯效率；所有模块，包括I/O模块均为智能化模块：模拟量输入输出模块在模块本身即可实现工程单位转换、高/低以及高高/低低报警运算，并自动生成标签变量，可被程序直接引用；提供带电子熔断保护功能的开关量输出模块，回路在短路故障排除后通过软件复位即可恢复，无需设置、更换保险丝。ControlLogix 网络的最大特点就是采用3层网络构架来满足数据量以及实时性的不同要求。同时，也保证了系统中各层设备对象定义的统一、网络服务的统一，实现了不同网络间数据的完全透明。3层网络即设备网DeviceNet ，控制网ControlNet 和以太网EtherNet.信息层的网络：生产调度层(信息层)采用基于TCP/IP通讯协议的工业以太网EtherNet/IP)作为网络媒介，网络传输速率为10/100 Mb/s自适应。采用双绞线为传输介质，最长距离100 m。通过以太网网络将自动控制系统与HMI的监控信息管理系统连接起来，这样更快速，更方便使得数据在各系统间传输和存贮。控制层的网络：ControlNet 控制网网络是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的高速确定性网络。在工业控制网络中，主要用于控制器、传动装置以及其它与控制网连接设备之间的通讯。同时也能够与各种设备连接，包括工控机、图形终端和人机界面(HMI)的设备。5 Mb/s的数据传送率用于改善I/O、控制器间对等通信报文传输的性能。每段的总长度依赖于连接上的节点总数，在有2个节点的情况下，最大段长度是l 000 m。设备层的网络：DeviceNet 设备网网络是一种用于对底层设备信息传递的现场总线网络。它既可以连接简单的底层工业设备，又可以连接像变频器、操作员终端这样的复杂设备。其物理层采用CAN总线技术，通过一根电缆将诸如传感器、测量仪表、光电开关、变频器、可编程控制器、操作员终端等现场智能设备连接起来。最大500 K b/s的传输波特率，其有效距离100 m；当将传输波特率降为125 Kb/s时，其有效距离500 m。3.1.2 干熄焦PLC硬件设计干熄炉本体的计算机控制系统由AB LOGIX系列PLC组成，控制软件安装在5个操作员工作站上，用于对个干熄焦系统的工艺进行操作、控制、数据处理和记录。干熄焦控制系统设计包括PLC设备控制器和通讯网络两部分。为确保干熄焦控制系统的可靠性，PLC控制器采用冗余CPU控制器和冗余通讯网络设计。系统分为CPU控制器主站和远程I/O从站，主站下设10个分站。整个系统的通讯网络采用工业以太网和现场总线ControlNet 网络通讯结构。为了保证各功能块的独立性，将除尘、除盐水、汽机系统独立设计。而提升机属于关要易出故障设备，也单独进行设计，与EI系统的通讯依靠数字量和模拟量信号来进行。除盐水和汽机控制系统，选用DCS系统。整个控制系统存在三个网络：最上层的为Ethernet网络，信号通过多模光纤进入主控室；中间为ControlNet 网络，系统服务器和工程师站通过ControlNet 和PLC主、从站进行数据交换，PLC也通过ControlNet 和8个远程分站进行通讯；最底层为DeviceNet 网络，分别为提升编码器、走行编码器，通过机上的DNB模块与ControlNet 相连。干熄炉控制系统有ControlLogix 5000 PLC 控制器和Process Logix 系统共同组成。Process Logix 安装在系统服务器和2台操作员工作站上，用于对干熄焦系统的工艺操作控制以及数据处理与记录，并将HMI操作画面上的控制指令通过ControlNet 网络传送给ControlLogix PLC。工程师工作站同时安装了Control Logix 和Process Logix ，完成对PLC系统的编程、监控和工艺操作控制。为确保干熄焦控制系统的可靠性，PLC采用冗余系统设计，传输介质可选同轴电缆或者光纤。系统分为主站及远程站，主站下设8个分站。整个网络选用 756系列产品，PLC选用1756-55M，通讯模块为1756-CNBR，冗余模块为1756-SRM，扩展模块为1756-PSCA以及数字量输入/输出、模拟量输入/输出模块若干。在ControlNet 网络中搭建了冗余控制器系统，这需要在主从两套控制器中都配备1756-SRM冗余模块，用户无须编程就可以确保主从处理器的无扰动切换。主、从站通过光纤连接。在配置网络时，ControlNet 会自动为从站分配地址。例如，本工程中，主站IP为192.168.1.11，同一框架内的其他通讯模块的IP只能从192.168.1.13开始设置， 系统自动为从站预留IP192.168.1.12。一旦主站出现故障停机，从站自动切换至工作状态，其IP变为192.168 1.11，而因故障停机的PLC站IP变为192.168.1.12。这样就保证了主从站之间的快速无扰动切换，且进行通讯设置时，我们只需设置为与192.168.1.11通讯即可。对于冗余控制器，所有的I/0必须为远程方式。ControlLogix 冗余在ControlNet 链路上同远程1756 I/0、驱动器、操作员接口、或者其他任何能够和ControlLogix 控制器通讯的设备一起工作。如果冗余控制器要连接到其他网络，则需要通过另外的ControlLogix 框架进行桥接。整个系统选用远程I/O模块，配备1756-CNBR通讯模块、1756-PA75R扩展模块，通过ControlNet 和PLC连接，其通讯速率最高能达到5MBps。选用1756-CNBR通讯模块， 能使ControlNet 网络和EtherNet 网络进行桥接，从而实现在不同的网络上通过路由传递信息，还可以监视并监控ControlLogix 控制器的远程1756I/O模块，减少整个系统的执行时间。同时，所有的I/O模块都是共享的，主、从站PLC都能使用。ControlNet 可实现运用同一个网络对实时性要求不同的信息进行传递，这意味着ControlLogix 处理器对不同工艺反应过程的参数，对I/O模块的数据可设置不同的被请求数据包间隔RPI(Requested PacketInterva1)，这不同于一般PLC对l/O 信号的采集，RPI绝不是采样周期RTS(Real Time Sample)，在ControlLogix 系统中RTS是指智能I/O模块采集现场参数的时间，其数据保存于I/O模块中，以模拟量I/O模块为例，RPI必须大于等于RTS。EI系统硬件配置具体见图3.1：图3.1 EI系统硬件配置图3.1.3 干熄焦PLC组态干熄焦控制系统的构建基于AB 1756PLC系统，为确保干熄焦控制系统的可靠性，PLC控制器采用冗余CPU控制器。PLC系统设计主要包括硬件的组态，I/O地址的分配，程序结构的划分，程序流程的设计及程序的编写。对于1756 PLC来讲，系统设计工作主要依靠RSLOGIX软件实现。RSLOGIX是组态与编程的标准软件包，该软件包提供了一套一系列的应用程序，或者说是工具，其完整地支持自动化项目创建过程的各个阶段。1、 RSLINK 通讯打开RSLinx ，点击 或 ，在工具条上点击 ，出现下图3.2：图3.2选择Ethernet Devices, 按下 Add New 键图3.3 单击 OK.增加以太网设备图3.4单击OK. 点开树形连接，自动识别出来机架上的所有模块：图3.52、RSLogix 5000 I/O配置打开I/O配置，增加模块，首先选择CPU模块，如下图3.6：图3.6可以设置该CPU模块的属性：图3.7图3.8再增加底板，并且为每块地板配置相对应的模块型号，如下图图3.93、标签定义打开Program Tag 新增标签，如下图3.10：图3.104、配置模拟量模块打开模块的属性项，选择Configuration ，配置模块每个通道的属性，如下图3.11：图3.11并且可以设置模块通道的报警设置，在程序中可以不必做判断而直接调用。图3.125、编辑程序，如下图3.13：图3.136、联机下载至CPU。3.1.4 干熄焦上位机设计干熄焦监视系统界面由组态软件RSView32完成。按功能分又可以分为运行状态监视模块、控制过程操作模块、控制过程报警模块。人机界面模块通过友好的人机界面实现对过程控制参数的监视和修改等，并能容易的实现手动控制和自动控制的切换。实现实时数据从PLC控制系统的读入与控制量的下发功能。控制算法模块是对采集的数据进行处理，包括数据处理、优化、依据给定算法进行数据运算等。RSView32的多服务器多客户端结构可以很容易的建立分布式应用方案。这种具有高度伸缩性的结构可以应用在小到一台服务器一个客户端的小系统，也可以应用在多服务器多客户的大系统上.利用组态工具RSView32进行应用开发，可以显著减少开发时间并节省开发成本。由于采用了最新的罗克韦尔产品的FactoryTalk 底层通信和数据服务架构，RSView32可以广泛地、高性能地和众多不同网络中众多不同的PLC，如ControlLogix 和其他Allen-Bradley PLC进行通信。同样地，还可以利用高性能的网络接口和OPC技术同时挂接众多第三方的PLC和网络进行通信。在推荐应用中，RSView32不需要建立任何Tag标签来定义和PLC的通信关系。RSView32可以直接关联控制器处理器中的所有I/0信息。在组态的时候，只要将所需的点直接拖放到画面，避免了再次定义Tag的重复劳动，同时减少了开发出错的可能。当修改程序或者I/O的时候，RSView32可以自动直接继承这一改变。RSView32的应用中，不必担心数据是从哪个地方，哪个PLC采集来的。因为所有的PLC(包括不同品牌的PLC)对于服务器、开发员、客户端来说都是透明的。FactoryTalk 中采用了数据命名映射技术。数据并不用某一特定PLC的特定物理内存格式来描述，而是更为容易理解，并且可以使用智能映射的符号描述法。当一个 点发生接线或者其他物理变化时，FactoryTalk 智能映射、RSView32无需做任何组态修改就可以自劝继承这个改变。现在可以针对画面中的对象来编写VBA应用代码，而且不同的客户端都可以在本机执行相应的代码，不影响其他的客户机。根据干熄焦工艺和所需监控的子功能系统，干熄焦上位机监视画面如下：一、熄槽监视画面：主要显示干熄槽各类仪表数据，对干熄槽相关设备的主要技术指标一并进行显示，是给操作人员一个整体的概念。图3.14二、锅炉监视画面锅炉监视画面，主要对锅炉的主要参数进行监控。并有各锅炉调节阀的控制界面入口，方便操作人员对锅炉系统的给水流量、蒸汽温度、蒸汽流量、蒸汽压力、汽包液位进行监控操作。图3.15三、提升机监视画面提升监视画面主要显示提升机的各种状态数据，通过对提升机井架的限位信号和提升机控制系统反馈回来的高度行程数据汇总，在画面上动态的反映出提升机的实时状态。图3.16四、各类主要参数监视画面将各类关键设备的主要状态信号单独利用画面显示出来，方便操作人员对该设备进行查看。如下图为锅炉设备的监视画面。通过画面我们可以直观的得到该设备的状态。图3.17五、 各类设备操作画面上位机画面提供给操作人员对现场设备进行控制，各类设备有控制起停的按钮，也有的必须设置可以进行模拟量输出的窗口，下图为工艺运灰除尘设备的起停控制和电磁振动给料器的模拟输出控制。图3.183.2 装入装置PLC实现干熄焦的装入装置是干熄焦的关键设备之一，装人装置主要功能有2个：一是开闭炉盖，二是将炽热的焦炭经装入料斗导入干熄炉。装入装置在起重机与干熄炉之间起着承前启后的联结作用，其运转是否正常对于熄率及蒸汽外送起着重要作用。装入装置设有现场手动操作、中央手动操作和系统PLC连动操作3种方式。停电时，电动缸可采用手动机构操作，装入装置的运行曲线见图:图3.19 装入装置运行曲线装入装置的控制连锁条件操作连锁项目现场运行条件自动运行条件开变频器正常开限位OFF手动安全开关OFF提升上限开关ON上上料位计未动作自动开提升机向干熄塔方向运行走行后延时自动开自动开变频器正常闭限位OFF关手动安全开关OFF提升上限开关ON自动关提升机在干熄焦提升到位后自动关自动关表3.1变频柜与系统PLC信号接口装入装置电动缸控制变频柜至中控室PLC信号有：装入电动缸中央自动中央手动、变频器准备好信号、手动安全开关信号、开限限位、关限限位、开减速点、闭减速点：系统PLC至装入控制变频柜信号有：开指令、关指令。装入装置控制系统的主要输入输出信号：输入信号输出信号变频器准备好信号正反转（0-正，1-反）自动开信号低速指令手动开信号高速指令自动关信号变频器运行指令手动关信号变频器运行指示灯开到位限位信号关到位限位信号开加速信号/关减速信号关加速信号/开减速信号表3.2主要程序实现：图3.20 装入装置程序3.3 干熄炉料位控制干熄炉在库量控制系统由装入装置、排出装置、射线料位计、电子皮带秤、PLC、工控机组成 。红焦由干熄炉顶通过装入装置装入，排焦装置定量地、连续地排出冷焦，并经过胶带运输机送人焦库。焦炭在库量的计算就由当前在库量、装入重量、排出重量组成。在干熄焦系统设计时，就采取在干熄炉二十米处安装射线料位计一台，可以通过射线探出此水平线上有无红焦，这样我们可以设定红焦处于此处水平时为固定的一个料位，为98吨。由于红焦是由焦罐一次性整罐的装入，并且根据焦炉生产特点，我们可以得到每次装入重量为I(n)。而红焦是通过胶带运输机排出，在胶带运输机上安装有电子称一台，能够实时的得到排出流量O(n)。而料位控制系统属于干熄焦EI系统的一部分，包括焦罐底门开关信号，射线开关信号，焦炭流量信号等，都通过EI系统PLC处理。由于整个在库量控制系统中，红焦装入量I(n)是根据焦炉生产情况人为设定的，不能通过设备准确测量出来，而焦炉单炉产量的不确定性，使红焦装入量I(n)具有随机波动性。而焦碳是通过排放溜槽滑到皮带上的，冲击速度大，。焦碳在皮带上呈偏载状态，对电子皮带秤的称量精度影响比较大。所以我们得出的皮带流量也具有一定范围内的误差。射线虽然精度能够保证，但是它仅仅测量出的是红焦是在该位置上面还是在下面。在库量我们只能通过公式 实际在库量Q=Q+装入量I(n)-排出量O(n)进行计算。可以通过射线进行校正。上面我们已经分析出装入量I(n)和在库量O(n)都具有一定的误差，所以在库量通过计算是必然存在一定的误差的，如果长期处于射线上面或下面，得不到射线的校正的话，误差会越来越大，不能真实的反映干熄炉内的料位情况，使生产处于假受控状态，就有可能出现红焦溢出和红焦排出的事故。在焦罐不装焦的情况下，红焦料位由射线料位上变为下时由于电子称信号的连续性，而PLC具有其高度灵敏性，采样周期短（通常以秒为单位），使误差极小。但是在焦罐装焦时，由于红焦是由焦罐一次性倒入，当红焦料位由射线料位下变为上时，就无法得出真实的红焦料位了。1、 在库量的增量的误差的残生原因分析 在上面的分析中，我们知道在库量计算的误差主要就是装入量I(n)和排出量O(n)的误差引起的。而这个误差是必然存在的。既然是必然存在的，我们就不能单个去考虑解决了。所以在这里我们可以将两个参数的差也就是在库量的增量的误差进行反馈。我们知道排出量是由电子称给PLC的一个模拟量，装入量I(n)是一个设定值。故我们可以将在库量增量的误差反馈给装入量I(n)，动态的修正装入量I(n)。使装入量I(n)和排出量O(n)两者之间的误差相抵消，从而达到消除在库量增量的误差。 在这里，修正的时机我们就要把握好，修正时的数据必须准确的，要不然将误差反馈就没有任何意义。在整个在库量控制系统中射线料位计能够通过信号的开、关得出此水平线上有无红焦（其中开表示没有红焦，关表示有红焦），而在信号由关变开的情况只能是没有装焦（可以排出装入量误差），并且在连续排焦，而PLC对皮带流量的采样周期非常短（只有0.5秒），按最大流量155吨/小时算，误差只有1/48吨（减小排出量误差）。所以我们可以将射线料位计的一个下降沿信号时料位真实准确的设定为一定值（设98吨）。所有的计算都将以这一数据为标准。2、 料位校正步骤 在我们的考虑的一个反馈循环中，我们只能以射线料位计的下降沿信号循环的开始与结束。下面是循环设计：射线料位计下降沿信号出现参数开始计数N（此循环内装入焦罐数量）Q=Q+装入量I(n)-排出量O(n)射线料位计下降沿信号出现计算出误差AQ98反馈误差，I(n)I(n)A/N计数N清零，校正Q = 98（循环结束）转第一步 这样我们就能在每个循环后将误差反馈给下个循环，减小下个循环的误差，这样的好处就是不管误差是怎么产生，都通过一个循环自动来消除。3、 射线的校正的时机前面我们讲到，射线料位计只能发出一个数字量信号，所以射线的校正就主要有下降沿校正和上升沿校正两种类型。 下降沿校正：上面已经分析了下降沿触发是实时准确的，所以，我们可以固定为，只要有下降沿触发就一定设置为98吨。 上升沿触发：在上升沿触发时必然是处在装焦的过程，而装焦的高低我们是不能测量出来的，并且存在料位长期徘徊在料位下面的情况，所以我们要通过一定的判断再来计算，在这里对长期徘徊在料位下进行对半校正，使误差正负波动，便于调节。其具体步骤如下：射线料位信号关，料位不能低于98，否则校正为98射线料位信号开，料位不能高于98，否则校正为98射线料位信号触发上升沿信号，QQ+ I(n) 维持原状不校正射线料位信号触发下降沿信号，Q983.4 锅炉给水调节系统在锅炉运行中,水位是一个很重要的参数。若水位过高,则会影响汽水分离的效果,使用气设备发生故障;而水位过低,则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而汽包的体积相对来说较小,所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务,就是控制给水流量,使其与蒸发量保持平衡,维持汽包内水位在允许的范围内变化。3.4.1 锅炉给水调节单冲量设计干熄焦中锅炉单冲量给水调节系统中，给水调节器接收的反馈信号为汽包液位，其控制输出信号送至给水调节阀调节锅炉给水量。这是一个单闭环调节系统，汽包液位经传感器检测，信号与给定值比较后送至PI调节器，输出信号控制给水调节阀调节汽包给水量。锅炉以额定负荷的75% 以下运行时，采用单冲量给水调节控制系统，能够满足控制要求。另外，干熄焦处于非正常工况时，也应采用单冲量给水调节控制系统，因此，在干熄焦工艺中，单冲量给水调节控制系统起着非常重要的作用。鄂钢干熄焦锅炉汽包液位控制分单冲量控制和三冲量控制，单冲量是通过PID调节控制锅炉给水流量，来保证汽包液位的稳定。三冲量是通过PID串级调节，控制锅炉给水流量、汽包液位、和主蒸汽流量3个主要被控参数，来控制汽包液位的稳定。锅炉以额定负荷的75%以下运行时，采用单冲量控制，在锅炉以额定负荷的75% 以上运行时，投入三冲量调节。3.4.2 锅炉给水调节三冲量设计三冲量控制系统是在流量反馈控制基础上,引入蒸汽流量前馈冲量而构成的汽包水位控制