陈冬生论文(2)

1、国家职业资格全国统一鉴定维修电工技师论文（国家职业资格二级）论文题目： S7-200 在煤气交换机中的应用 姓 名： 陈 冬 生 身份证号：准考证号： 所在省市： 江 苏 省 淮 安 市 所在单位： 江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司 S7-200 PLC在煤气交换机中的应用江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司 陈冬生摘要：介绍了S7-200可编程控制器在焦化厂煤气交换机中的应用，详述了PLC的选择、开关量配置、控制过程、硬件保护措施和软件设计等，应用PLC控制技术，实现了交换程序监控，使煤气交换电控系统更加安全可靠。关键词：煤气交换机 PLC 自动换向 爆鸣前言淮钢

2、一期焦炉是我国70年代第一代大容积焦炉，煤气交换机电控系统一直采用传统的继电器逻辑控制，表现为体积大、可靠性差、线路复杂、故障率高、功能单一、一直采用人工操作，手动换向大大增加了操作人员的工作量，使得换向时间不精确，误差较大，直接影响到了焦炭的质量和焦炉的寿命。随着PLC技术在焦化得到成熟应用，我们于2007年应用S7-200 PLC控制技术对2座焦炉的煤气交换机进行了彻底改造，实现了PLC自动控制电气启动、停止、联锁、超时保护等功能。1 系统设计1.1 系统要求煤气交换机是用以改变焦炉加系统气体流动方向的设备,通过拉条、杠杆、链条、液压机构等带动交换旋塞和废气盘砣杆及空气盖板进行有规律的开关

3、，以改变煤气，空气和废气的流动方向。 交换经历三个基本过程：即关煤气和交换废气与空气及开煤气。换向周期根据焦炉加热制度，蓄热室换热能力等确定。烧焦炉煤气时所有上升气流蓄热室都用以预热空气，格子转换热能力有富余，故交换三十分钟交换一次，煤气交换方式:煤气缸再工作后半程停止,为完成一次交换工作，保护要求:煤气交换小于8.5秒废气交换小于17秒,煤气和废气转换动作为1秒钟。1.2系统流程液压交换机主要由煤气油缸和空气油缸分别带动煤气旋塞和空气旋塞，通过3个接近开关对用于加热的回炉煤气进行控制，分别是煤气起点、煤气中点、煤气终点限位；通过4个接近开关对煤气缸的正反行程进行控制，分别是空废气缸起点、空废

4、气缸正212mm、空废气缸反212mm、空废气缸终点限位。双液压交换机自动工作的全过程是：煤气缸和正向启动，当煤气缸行至煤气缸中点限位时，煤气缸停止，空气缸开始运动；当空气缸经过正向行程的空废气正212mm、空废气缸反212mm限位，到达空废气缸终点限位时，煤气缸再次启动行至各自正向行程的终点，即各自反向行程的起点。为了避免因油路阻塞或其他的一些故障情况，必须确保煤气缸能在其行程的中间位置点准确停留，给焦炉机侧提供煤气加热30min（此时间可根据生产工艺要求，利用软件系统中的定时器来进行调节）。此后，煤气缸和空气缸进行反向行程，其动作特性与正向行程类似。反向行程终止后，给焦炉的焦侧加热30mi

5、n（此时间值可通过程序中反向定时器来进行调节），之后再次启动，重复正向行程过程。煤气交换方式：煤气缸再工作后半程停止，为完成一次交换工作。保护要求：煤气交换小于8.5秒 废气交换小于17.6秒，煤气废气转换动作为1秒钟。见图(1): 图1：交换系统流程图2系统组成2.1PLC选择与系统配置由于PLC在取代继电控制完成逻辑控制、顺序控制、联锁保护等方面显示出独特的优势。同时，由于它的高可靠性、使用灵活、编程简单、监控方便、维修方便等特点，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式实现可编程的目的 PLC入门 严盈富 人民邮电出版社 第3页 ，使系统更加实用、经济、可靠，考虑到煤气交换机系

6、统的特殊工作环境以及PLC的I/O点留有一定的余地以备扩展，特选用S7-200系列6ES7 216-2BD23-0XB8 PLC。煤气交换机I/0配置表：符号输入地址功能符号输出地址功能SA5I0.0单元自动交换K11Q0.0煤气缸正向SA5I0.1全程自动交换K12Q0.1煤气缸反向SB1I0.3解除报警K13Q0.2空废气缸正向SB2I0.4单元自动交换正向K14Q0.3空废气缸反向SB3I0.5单元自动交换反向K15Q0.4NO.1油泵启动SA2I0.6NO.1油泵自动K16Q0.5NO.2油泵启动SA2I0.7NO.2油泵自动K5Q0.6交换警报/预报LFI1.1滤油器堵塞K6Q0.7

7、故障报警WJ1I1.2油温低HL6Q1.1奇数燃烧WJ2I1.3油温高HL7Q1.2偶数燃烧LV1I1.4低液位HL8Q1.3空废气控制点LPI1.7煤气低压HL9Q1.4煤气中点SQ1I2.0煤气缸起点HL10Q1.5煤气低压/交换超时SQ2I2.1煤气缸中点HL11Q1.6液位低SQ3I2.2煤气缸终点SQ4I2.3空废气缸起点SQ5I2.4空废气缸正212mmSQ6I2.5空废气缸正212mmSQ7I2.6空废气缸终点PLC接线图如下：图 ( 2 )2.2电气控制原理 根据交换工艺要求，PLC程序软件分别完成对煤气缸和废气缸的程序控制。输入端采用机械开关直接接入（包括接近开关，按钮 、压

8、力继电器等），其中控制按钮中一般有手动/自动转换，单元自动以及电动机启动/停止、各个电磁阀的手动控制按钮等。 这些信号的特点就是无源 ,与PLC 连接时非常方便 ,只须按工艺要求将输入的常开或常闭接点直接接入PLC即可。 继电器输出型的PLC每个输出点都是一个常开触点 ,该触点和普通继电器的触点从使用的角度看并无任何区别。因此在使用时需要由外部电路提供交流220V动力电源 。输出端采用继电器输出控制电动机、电磁阀线圈及指示灯由于PLC中带有大量的定时器 ,任意一个都可以用于该目的 ,因此电路中就不必再设置时间继电器。所有的输入端子都已经由PLC提供DC24V电源, 因此外部的输入只要求构成通路

9、即可。（见图2）2.3硬件系统 在保留了原有设备的动力线路控制器件的基础上，在线路中增加了S7 200 6ES7 216-2BD23-0XB8 1台，在调试过程中将原有限位统一换为性能稳定的高精度的图尔克Ni20u-M10-ADZ30*2的接近开关，增加小型继电器RXM4AB2BD用于全程自动及相互之间外部联锁，同时保留了原有系统的手动部分，在PLC程序中增设了单元自动交换和全程自动交换系统，对PLC的供电采用艾默生公司生产的型号为UH11-0100L的UPS供电，这样可以有效地避免因停电造成PLC内自动定时部分出现换向时间出错，从而保证了系统程序准确、可靠地运行。由于系统频繁开启，感性负载会

10、产生比较大的干扰，在电路中增加硬件抗干扰和屏蔽措施，因此，还安装了隔离变压器及高精度的UPS供电，同时在PLC与各油缸电磁阀之间采用继电器进行隔离，以防止外界干扰。2.4 软件系统 “煤气低压”保护程序这个程序是双缸液压交换机控制系统的一个重要安全保护措施，不论煤气缸在正向起点还是在反向起点，一旦传感器送来“煤气低压”信号，使得PLC的煤气低压输入点得电，则保护程序立即动作，使煤气缸自动行至中点，从而关闭了煤气旋塞，以防止煤气回火和爆炸。同时 PLC的蜂鸣器及煤气低压指示灯输出点得电，使得蜂鸣器及煤气低压指示灯作出动作并切断“自动交换”电路，直至“煤气低压”信号消失，方可进行自动交换。为了保证

11、程序的灵活性，在“手动状态”下，仍可在煤气低压状态下进行交换。 “单元自动状态”程序此程序是将整个交换过程分为几个过程，即：正向单元自动及反向单元过程。若把转换开关转至“单元自动状态”，按动控制面板上的“正向单元自动”和“反向单元自动”旋钮时，即可实现单一换向过程。当生产或故障检修中出现一些特殊情况时，需要使系统在短时间内连续进行数次交换，由于这种情况只是短期行为，虽然可以通过调节程序中正反向的定时器来完成，但相对麻烦。而采用了手动控制程序，将使系统更加灵活，随时可以进行煤气缸和空气缸的正反向交换。 “自动状态”程序当系统设定为“自动状态”，即 PLC 的全程自动输入得电，且系统满足了自动交换

12、条件，即煤气缸处于煤气起点位置，空气缸处于空废气起点位置，按动正向按钮，此时系统开始计时，蜂鸣器鸣叫10s（此时间值可在PLC 内部进行修改）后，开始正向交换过程。当正向定时器运行完毕后，接通反向定时器运行，此时蜂鸣器再次鸣叫10s，开始反向交换过程，反向定时器计时完毕后，再次重复正向过程。 “交换超时”报警程序煤气液压交换机在换向过程中，PLC将自动计时，当设备出现异常，例如：机械卡塞、油泵故障等，不能正常交换到位，当交换时间超过90s（此时间可在PLC内进行设定）后，将使得蜂鸣器发出警报，同时用指示灯显示出是“正向超时”还是“反向超时”。油路系统保护在整个液压油路中有油箱液位低、油温高、油

13、温低、过滤器堵塞的监控程序，在编写程序时注意提高系统的工作效率，交换时油泵在无负载的情况下先启动，提升油压，10秒钟才控制各电磁换向阀和溢流阀开始工作，提高工作效率有助于降低油温，并不象原来系统那样同时启动油泵和电磁阀。2.5梯形图设计与分析交换机PLC程序采用STEP7 Micro/WIN V4.3编程软件环境下的梯形图设计 深入浅出西门子S7-200PLC 西门子中国有限公司 北京航空大学出版社 随机光盘提供的编程软件，采用的编程方法采用顺序功能图的编程方法，采用功能图编程时采用选择序列的结构，采用了启保停电路进行编程，根据工艺要求，考虑到以下三个方面：工艺时间必须准确；油缸行程的的限位要

14、到位；交换动作必须按顺序执行，从而编制了这套PLC程序，使用了LD、OLD、A、AN、TON等指令由于指令较多，控制和保护动作较多，在此只列出交换机自动部分顺序控制梯形图，以上为全自动交换时的程序，煤气缸(Q0.0)从起点到中点停顿1秒钟，以利用对加热火道进行除炭处理，防止爆鸣现象的产生，此参数值可根据现场工艺要求要设定，1秒后废气进行交换分别经过正212mm和负212mm，废气缸（Q0.1）到达终点限位一秒后,煤气缸开始从中点到终点交换完毕，反向周期过程同正向周期。3、出现问题及改进措施3.1 烟囱冒黑烟的处理换向系统改造后投入运行，发现液压交换机在反向交换时，焦炉的烟囱会冒出黑烟，发现为反

15、向交换时，煤气旋塞关闭不严，造成煤气泄露所致。进而观察发现，煤气缸中间的接近开关，感应头直径约25mm，使得正反向运行间隙达到了20mm，这是烟囱冒黑烟的主要原因。为此更换了型号为Ni20u-M10-ADZ30*2的接近开关，此开关的感应头直径为10mm，这使得正反换向时，间隙减小到了5 mm以下，经过调试，烟囱冒黑烟的问题得以改善。经过改造，系统运行稳定，焦炉温度调整更精确，保证了焦炭质量，同时提高了产量且减轻了操作人员的劳动强度。 3.2 实际工艺参数调整调试过程中在没有负压旋塞的情况下,采用交换中设计一个中间停止点的交换工艺较好地解决了减少焦炉煤气交换爆鸣的现象,特别采用PLC 控制的情

16、况下,可以比较方便地设定这个交换程序和这个停止时间,这个时间为第一阶段焦炉煤气交换旋塞关闭至45°时,设定1秒的停止时间,此方法的原理是使焦炉煤气关闭缓慢,此时原上升煤气关闭,原上升煤气交换旋塞除炭口也处于完全关闭状态,空气系统仍不断有空气进入,烧去此管系残余煤气和焦炉煤气结炭 炼焦工艺学 江苏金属学会 第122页,此交换工艺时间的设定大大减少了爆鸣现象的发生,根据生产中的实际情况加以调节,找到了适合的控制参数,减少了爆鸣现象。3.3 限位的检查调整实际应用中经常对限位进行日常检查，同时对限位钢丝绳的导向轮加强润滑处理，防止磨损断裂。3.4 应急操作发生煤气交换装置的故障不能准时换向

17、，只能间断向炉内供煤气，造成立火道温度波动，直接影响了炉温的均匀性，和焦炭的成熟，应使操作人员掌握对电磁阀换向阀手动操作方法，在应急情况下将会发挥重要作用。3.5 防爆电器的改造GB 50028-2002城镇燃气设计规范中明文指出“焦炉地下室属于甲类防爆I区，故交换机油缸用限位开关及主令控制器要求防爆” GB 50028-2002城市煤气设计规范第65页 制气车间主要生产场所火灾及爆炸危险分类等级附表，但是本厂原来手动使用的主令控制器为开启式，这样就造成了失爆，存在重大的安全隐患，现在已全部采用防爆型主令控制器，这样可大大提高设备的安全性。4、结束语我厂1-2号焦炉交换机应用PLC控制技术改造后,系统运行效果良好，工作稳定可靠，实现了程序自动交换功能，提高了设备自动交换功能，提高了设备自动化程度，使电控系统更安全、更可靠；减少了爆鸣现象的产生，为晚期