6ES7211-0AA23-0XB0现货库存
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1 引言
莱钢轧钢厂中小型车间加热炉为步进炉，用来对连铸坯进行加热。使用燃料为高炉和焦炉混合煤气，钢坯需要经五段加热区加热到适当温度后出炉。加热炉燃烧介质各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到烧坯的质量,并涉及着安全生产等重大问题。在生产过程中对加热炉炉压和温度的稳定有严格的要求，比如燃气的liuliang和温度等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配比有不同的方法可以实现。炉区仪控的热工检测控制量共573点，其中模拟量输入98点，模拟量输出24点，开关量输入261点，开关量输出190点。调节回路16套，分别对加热炉的煤气、空气的liuliang、压力，炉内温度，换热器的保护等进行控制。
随着微电子技术的发展，PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对加热炉的各个参数进行自动控制，包括前面提到的各种参数、以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。
2 系统构成
本系统上选用一台上位机MASTER VIEW,一台监控站Operate Station520配以ABB ADVANT BUILD软件包，PLC部分选用ABB MASTER PIECE200/1，它具有成本低、运行可靠、功能较强的特点。本系统大致可以分为三个部分;
(1) 仪控系统以及PID调节部分;
(2) 双交叉限幅燃烧系统;
(3) PLC和变频器的通讯部分。
系统构成框图如图1所示。
图1 系统配置图
3 仪控系统组成及控制功能
现仪控系统16套自动调节回路中，均采用PID调节，操作方式分为自动、手动方式，执行机构有14套电动方式、2套液动方式。操作站实行对炉子的状态监控、意外事件报警等功能。
3.1 仪控系统的检测
入炉煤气、空气的liuliang检测由管路孔板检测差压，经差压变送器转换成标准信号(4~20mA)进PLC。入炉煤气、空气的压力从管路出压口取煤气压力与大气压力比较所得差压信号，经差压变送器转换成标准信号进PLC。炉子的炉温(S型)、换热器处温度(K型)由热电偶检测进PLC。所有信号经PLC分别计算转换后，参与控制，并可在操作站显示。
3.2 加热炉压力控制
为保证助燃空气与煤气压力保持稳定、使炉内燃烧顺利进行，煤气和空气的压力必须进行控制。加热炉炉内压力过高，过低都不恰当，过高会使炉门喷火并损伤炉子设备，过低会使加热炉吸入冷空气，影响加热炉燃烧质量及效果，炉内压力的控制也很重要。
(1) 助燃空气压力控制
助燃空气压力的大小，是保证喷嘴正常工作的重要条件。助燃空气压力调节是PID调节。如果设定值与反馈值存在偏差，PID调节开始进行，尽可能在短时间内使偏差小。当反馈值大于设定值，经PID运算后向阀门输出控制信号，使阀门关小，于是压力下降，当反馈值小于设定值，经PID运算向阀门输出信号，使阀门开大，压力升高。
(2) 煤气压力控制
煤气压力控制阀主要起安全保护作用，煤气和空气若是出现低压，将会出现事故。所以在煤气和空气主管道上，分别装有两个低压开关，在换热器前后也各装有一个。任意一个低压开关动作，将会使煤气主关断阀都会自动关闭，停炉，保护加热炉。
(3) 加热炉炉内压力控制
炉内压力一般要求保持微正压控制。炉压滞后大，时间常数小，因此采用前馈—负反馈调节。系统调节方块图如图2所示。
图2 系统调节方块图
3.3 换热器保护
常温的煤气、空气通过换热器后以300-4000C进入炉内燃烧。换热器的温度不能过高，也不能过低。过高损坏设备，过低会使煤气结露，生成弱酸腐蚀换热器。
3.4 PlD调节
PID调节部分共16路,包括预热段、加热上段、加热下段、均热上段、均热下段煤气、空气的温度、liuliang等参数的控制。PID控制主要通过PID控制单元，该单元主要有以下特性:
(1) l00ms高速采样周期，实现了高速PID控制;
(2) 输入信号的抗干扰
滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使PID控制成为有效的快速响应系统;
(3) 多种输出规格可供选择;
(4) 八组数据设置;
八个数值(如设定点(SP)和报警设置值)可以预置在八个数据组中;
(5) 可以用数据设定器输入和显示当前值;
(6) 可以用PLC程序输入和检索数据。
同时我们通过PLC的程序实现加热炉的双交叉限幅燃烧系统控制，从而实现了加热炉的稳定运行。
PID控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过PLC实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过PLC对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个PID控制回路的SV值、PV值、OUT值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。
同时在上位机上可以很方便地修改各燃烧介质温度、压力以及每个控制回路的PID参数，如设定值(SV)、“P”值、“I”值、“D”值，并且操作界面非常友好，操作方便。
4 双交叉限幅燃烧系统
加热炉所用空气、煤气liuliang波动频繁，同时煤气的热值等因素也会影响燃烧效果。对这些不利因素，所用燃烧控制系统由温度控制和liuliang控制组成，在控制系统中设计了高、低选择器、系统运算单元和一些平衡换算单元，并辅有liuliang的温压补偿，加热区上下段的主副控制。
4.1 温压补偿
在气体liuliang控制中,由于气体所处的温度、压力不同，需进行温压补偿。在本加热炉燃烧控制中，空气liuliang温压补偿设为K1计算公式如下:
按式(1)计算出的数值K1放在AOC149中，各空气liuliang变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。
煤气liuliang温压补偿设为K2,
按式(2)计算出的数值K2放在AOC150中，各煤气liuliang变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。
4.2 双交叉限幅燃烧控制与实现
炉内分预热段、上加热段、下加热段、上均热段、下均热段。煤气、空气liuliang调节系统共有十路，由于控制原理基本相同，现仅以均热上段的燃烧控制为例进行说明。
(1) 燃烧控制系统原理
在煤气liuliang调节回路中，炉温PID的输出A1与根据实测空气liuliang折算成需的煤气liuliang之后，分别乘以一个偏置系数K3，得到信号A2，乘以一个偏置系数K4得到信号A3，A1、A2、A3三者经过高低选择器比较，选中者作为煤气liuliangPID的设定值。空气liuliang调节回路中，炉温PID的输出B1，与根据实测煤气liuliang折算成所须空气liuliang之后，分别乘上一个偏置系数K1得到信号B2，乘上偏置系数K2得到信号B3，B1、B2、B3三者经高低选择器比较，选中者乘上liuliang补偿系数，送到空气PID作为设定值。
其系统组成原理图如图3所示。
图3 双交叉限幅燃烧控制原理
(2) 系统调节过程及特点
在系统稳定状态时，温度PID的输出以A1送到煤气 liuliang调节回路PID作为设定值，以B1送到空气liuliang调节回路PID作为设定值。
在负荷剧增(温测<温给)时,温度PID的输出剧增.对于空气liuliang调节回路,随着B1开始增加时,B1
本文介绍的控制系统用研华工控机＋MODICOM Quantum系列PLC＋现场电磁阀的结构，工控机采用iFIX3.5组态软件整个系统采用开放的网络协议工业以太网技术。可靠的硬件系统和友好的人机接口实现了大型火电厂锅炉补给水的全程控制安徽宿州汇源热电公司4号135MW热电联产机组采用了该系统，实现了锅炉补给水的程序控制，大大tigao了安全性，减少了运行人员的劳动强度，实现了无人或者少人值班。
一、工业组态软件iFIX3.5和Modieon Quantum PLC介绍
iFix是GE Fanuc自动化软件产品家族中的HMI／SCAOA重要的组件，它是基于bbbbbbsNTZ000平台上的功能强大全中文界面的组态软件，此外他还集中了主流PLC的驱动，i-FIX35集成了COM/OCOM，OPC，VBAACtiveX等先进的现代软件技术，使所有的应用程序都能无缝连接到一个系统中去，并且可以实现数据共享。Inbbblution Workspace包含两个全集成的环境组态环境和运行环境，还提供了开发和显示的画面，调度（scheduler）和vBA语言程序通过这些工具生成易于操作和友
好的画面，在运行和组态之间可以很方便地进行切换和修改，同时保持实时报警和数据采集。
施耐德公司的Modicon Quantum系列产品，是一个功能强大的控制器，能满足中性能的要求。本文CPU模板为14OCPU53414A，CPU为32位处理器，内存为4MB，CPU采用双机热备（硬热备）、电源模块冗余、通讯模件冗余、I/O远程网冗余、主干网IOOM以太网冗余。
二、iFix及Quantum PLC在火电厂锅炉补给水控制中的应用
1、系统总体简介
本文的锅炉补给水处理系统为1台135MW机组辅助部分，系统为一级除盐加混床处理系统，其中一级除盐系统采用母管制，混床为母管制连接、一级除盐装置为2台阳床、2台除二氧化碳器和2台阴床，混床2台，并列运行。其工艺系统流程为：原水→清水箱→纤维过滤器→双室固定阳床→除碳器→双室固定阴床→混床→除盐水箱→主厂房。辅助设备包括泵与风机、酸碱部分、压缩空气系统及废水池。
2、控制系统的组成
控制系统的组成如图1所示。
上位监控机的硬件部分包括1个工程师站、1操作员站。软件包括：操作系统采用MI－crosott公司的Win－dowsZ000（SP4）、上位机SCAOA软件采用iFIX3.5，PLC组态软件采用CONCEPT2.6，上位机还作为网关计算机负责与厂级监控信息系统（SIS）的进行接口通讯.下位控制器：采用Modicon TSXQuan－tum大型PLC系统，CPU为14OCPU53414A32位处理器，内存4MB，CPU双机热备（硬热备）、电源模块冗余（140CP512400可冗余累加）、CPU双机热备用光纤用CHSl1000模块进行互相监视和切换。网络部分包括:I/O远程双电缆冗余网〔同轴电缆〕和上位机通讯采用100M工业以太网通讯。
3、网络通信
Quantum工业以太网有3种开放的通用的网络标准：Eth-ernet、TCP/IP和Modbus Plus。本文采用了两种类型的网络模块。一类是完成上位机通讯的工业以太网模块；另一类是完成一个主站系统下的各I/O分站之间通信的远程I/O模块。通过Quantum系列的Modbus Plus接口将远程I/O网和PLC内的CPU相连，构成MB＋网络，形成管理／基础的控制级。传输距离在1000m内，速率为1.5Mbps，采用RG-6同轴电缆传输介质。
上位机通讯采用工业以太网通讯，通过100M快速交换机组成双网冗余将所有的操作站和PLC控制站连接在一起，具有高速、可靠、冗余、恢复时间短等优点，交换机采用施耐德公司499NES17100的工业以太网交换机CEthernetSwitch510Base-T/100BASE端口Ports用于以太网双绞线电缆）。
三、人机接口CHMI)的设计
本文的人机接口(HMI)指人机接口设备包括操作员站、工程师站、打印机。本文采用两台人机接口站，一台作为运行人员的操作，其运行的iFix软件狗是运行版，另外一台作为工程师站，除了操作员站的所有功能外，还可进行组态编辑画面，通过Conpcet修改下位机程序，历史数据查询，报表等功能，采用的软件狗是开发版。
1、iFIX3.5系统配置
在配置中启动SCADA，选择已建立的数据库，建立数据库SZ.PDB文件，在I/O驱动器中选择MBE，在报警中启用AlarmODBCService报警，本地节点的路径采用D:\DYNAM-ICS\LOCAL\FIX.SCU节点名是FIX。的通讯的建立和数据交换
I/O驱动是现场硬件（PLC）与SCADA/HMI数据库的软件接口，它为SCADA/HMI过程数据库、图形和历史库提供实时数据，可提供高性能的特有格式又可支持开放式标准（OPCIOLEforProcessControl），本文采用POWERTOOL驱动。在PLC中I/O点的约束：定义为6位地址，模拟量输入（AI）为3xxxxx，模拟量输出（AO）4xxxxx，开关量输入（DI）1xxxxx，开关量输出（DO）Oxxxxxo在iFIX数据库中采用与PLC相同的点地址进行通讯。
3、系统画面的设计
如图2所示在系统总貌图上可以监视到整个系统的运行情况，右边分别显示了个子系统的运行状态。在主画面中可以监视到整个系统的运行状况，并可以通过下面按钮方便切换。在主画面还可以进行系统全自动方式的运行。
4、运行模式
(1) 点操：在CR丁操作员站上对控制对象进行一一对应操作。
(2) 步操：进行单一小步的操作，如高效过滤器的清洗等。
(3) 半自动：自动完成一个子系统的自动控制，如阴树脂的再生等。
(4) 全自动（系统一键启停）：自动
完成整个生产工艺的全过程。
5、趋势曲线
通过在SCu配置好历史数据文件路径，在后台启动d：\Dynamics\hta.exe程序，定义好采集的历史数据的标签点，历史趋势的采集小相位是1s。可以根据每个标签点的级别设置不同的采样相位的周期，对一些开关量的启动停止，可作为事故追忆的参考，采用1s，而对于一些模拟量的趋势选用lmin.历史数据以数据文件的形式存储，可通过“chart对象来显示曲线”。
四、下位机编程
Cconcept PLC编程软件包括所有的IEC1311-3标准的5种语言，SFCI梯形图LD，功能块FBD，指令表IL和结构化文本ST，五种语言之间可以混合编程。
本文采用了SFC，梯形图LD，功能块FBD三种语言。对步序本文采用状态功能图(SFC)，具有结构简单，编程方便，易于调试等优点。
PLC上电进入初始状态引，用户根据运行需要切换开关进入程控S2或者步操S4.在程控S2下如果检测到异常情况（如阀门行程未到位，或者水的电导等指标不允许进行下一步）则跳出，如果没有异常情况继续下一步的操作S3。利用SFC编程，系统在运行中每次只有一个状态，所以在PLC循环周期内只运行一个指令，可以大大节省CPU的资源。
程序运行中的问题有：①本系统采用的行程开关是磁接点式，经常出现开关不吸合的现象，导致程序无法进行下去。②由于在设计时，没有采用每台床对应一台Na+表，而只在出水母管上装了一台Na+表，所以出水的合格与否还靠运行人员进行手动化验。
