6ES7231-7PF22-0XA0诚信交易

6ES7231-7PF22-0XA0诚信交易

1 引言

为适应转炉炼钢生产的不断发展和环保要求，继宝钢之后，莱钢3×120t转炉煤气净化和回收系统引进了德国鲁奇与蒂森两公司合作开发的干法除尘技术，简称LT法，并在国内进行了LT控制系统的开发和设计。LT系统主要由烟气冷却系统、净化系统、煤气回收和放散系统组成。控制系统采用了西门子S7-400系列的PLC，对蒸发冷却器、电除尘器及阀门等工艺生产线设备实现过程检测、监视、调节和控制。

2 工艺控制过程简述

转炉烟经汽化冷却烟道冷却后,温度为800~1000℃进入蒸发冷却器，根据烟气含热量jingque控制喷水量，使蒸汽将水完全雾化后冷却烟气降至200℃左右，约有45%的粗粉尘沉降并通过链式输灰机、灰斗等装置送至灰仓;冷却后的烟气进入圆筒型电除尘器，电除尘器设四个电场，采用高压直流脉冲电源，根据系统运行的不同阶段控制电压，收集剩余的细粉尘，使经过电除尘器的烟气含尘量在10mg/Nm3以下;为适应转炉烟气的变化，轴流风机设变频调速，实现流量调节，并根据气体分析仪检测的CO浓度来控制切换站将煤气送至烟囱或煤气柜，实现放散或回收的快速切换。转炉烟气干式净化回收系统流程图见图1。

图1 转炉烟气千式净化回收系统流程图

3 自动化控制系统的构成

LT自动化控制范围是从汽化冷却烟道开始到煤气冷却器结束，设一级基础自动化，与转炉本体、汽包等自动化系统进行联网通讯，组成以太网光纤环网，通过服务器实现PLC与上位机之间的数据传输、存储和报警等功能。PLC由CPU、存储单元、电源模块、通讯模块、I/O模块、高速计数模块等组成，根据LT设备分散的特点，其自动化硬件系统构建更加灵活合理，上位机放在转炉主控室内，PLC按设备分布区域划分为主站和从站，从站为主PLC的远程扩展单元，通过IM460-4和IM461-4接口模块进行通讯,其中主站PLC柜与MCC、变频器及电除尘器的高压硅整流电源控制装置均放置在干法除尘配电室内;而从站则设在转炉主控楼的PLC控制室，主要是控制蒸发冷却器和相应的输排灰等转炉车间内的LT设备。LT控制系统硬件配置见图2：

图2 硬件配置图

4 系统的控制功能和特点

PLC系统为西门子S7-400系列可编程控制器，主CPU为S7-416-2DP，采用功能强大的STEP7 5.2软件包进行软件开发，以实现计算机对干法除尘系统的在线检测、控制、调节和诊断功能;监控机采用WINCC 6.0组态软件，用于编制生产过程流程图，显示设备运行状态，对烟气量、炉口压力、蒸发冷却器入口及出口温度等重要工艺参数作实时和历史趋势，故障报警，报表打印，进行数据设定和操作显示等，完成人机对话。

4.1 蒸发冷却器的喷水控制

当蒸发冷却器入口温度达到预定温度时,供水阀打开,双介质喷嘴同时喷出蒸汽和水,使水在排出时被雾化，所需要的喷水速度是由要在蒸发冷却器中降低的转炉烟气热含量来决定的，因此使用单位时间从热输入推算出来的水流量作为设定值，将实际喷水量作为控制器的输入进行比例控制，通过快速气动调节阀自动调节水流量，其喷水响应时间在4s左右;另外，考虑炉气的比热随着炉气成分和温度而变化的因素，针对蒸发冷却器出口温度设置一个温度控制回路，其输出信号用来改变单位时间的喷水量和计算的水流量之间的比例关系，对上一个比例控制器起到前馈控制的作用，使蒸发冷却器的出口温度控制在设定温度范围内。

4.2 转炉的烟气流量控制

为了适应炼钢工艺，将炼钢过程分为不吹氧、预热、开始吹氧、吹氧、吹氧结束、炉口清理等六个阶段，分别设定各阶段由轴流风机的变频器控制的烟气流量，根据该设定值和炉口压力来实现转炉烟气流量的控制。

将吹氧量与炉口压力控制器的输出信号相乘所得到的值，加到各阶段烟气流量设定的串级比例控制器上。如果吹氧速度发生变化，这种比例控制能够通过炉口压力控制器的输出信号，确保烟气的流速在相同的比例上立即得到适应。

炉况的变化以及炉气温度等所导致的余热锅炉中的压力变化通过压力控制器对吹氧速度和烟气流量之间的比例关系加以修正来进行补偿。测量的烟气流量根据标准的条件进行压力和温度校正。此外，将喷入蒸发冷却器的水蒸汽含量从校正后的烟气流量中扣除，使得受控变量能够代表标准条件下干态的烟气流量。

烟气流量控制器的输出信号经过变频器控制轴流风机的转速。

4.3 切换站的压差控制和钟形阀的位置控制

在炼钢过程中，烟气放散或回收是由CO的浓度条件来触发切换的，通过切换站的两个分别通往煤气柜和烟囱的钟形阀的开启来实现控制。

在放散转回收之前，首先通过烟囱钟形阀对风机下游的压力进行憋压，直到高于煤气柜一定的压力才能进行回收操作;当回收切换至放散时，也必须保持一个小的正压，以防止煤气从煤气柜倒流，因此针对这两种不同的切换方式，在程序中也必须由具有两个不同设定值的差压控制回路来控制切换过程，该控制器的输出信号控制烟囱钟形阀的开度调节，使煤气柜钟形阀前后的压差达到相应的设定值，从而保证煤气在正常切换或紧急快速切换过程中均能实现无压力扰动切换。LT系统的烟气切换所需时间仅为8秒，如在作业过程中发生事故，烟气流可在3秒内被迅速地从通往煤气柜切换到通往火炬的通道里。

5 结束语

莱钢3×120t转炉烟气干法除尘系统已于2004年七月运行投产，目前运行效果良好。与传统的湿式OG法相比，LT系统采用了先进的工艺和控制技术，在各种性能指标的对比上均有着明显的优势，干法系统较湿法省水省电，节省运行费用和多回收的煤气效益之和为1060万元，另外，干法除尘的外排粉尘含量6.6mg/Nm3，湿法除尘的外排粉尘含量100mg/Nm3，经济效益和环保效益均十分显著。

优化简洁的系统配置，具有自适应功能的控制软件，使得干法除尘系统的运行更加符合炼钢工艺的实际变化情况，充分发挥其除尘效率高、综合运行费用低、能源回收利用率高等优势，干法除尘可以部分或全部补偿转炉炼钢过程中的能耗，有望实现转炉低能炼钢或负能炼钢的目标，已成为今后的发展方向，将逐步在炼钢生产中得到应用和推广。

1 引言

汽包水位系统是一个具有较大的扰动和非线性特征的滞后系统。目前，对汽包水位的控制大多采用常规PID控制方式，但由于常规PID控制参数是固定不变的，几乎找不到能适应上述各种扰动的控制参数，从而其控制效果往往难以满足要求，造成系统不稳定甚至失控。这里介绍我们开发的一套PLC和单片机联合控制的系统。

2 系统硬件配置

这套中小型工业锅炉控制器主要由单片机和PLC两大部分组成，控制系统的结构图1所示。

图1 工业锅炉模糊控制器系统图

对汽包水位的测量，采用了量程为[-100mm，+100mm]，分辨率为5mm的干簧圆筒式水位计。磁浮筒对干簧管产生磁场作用，对应生成相应的水位信号，水位信号送入单片机输出5位二进制水位到PLC，同时也送于单片机。单片机根据预先设定好的工艺条件，将水位的数值，阀值的数值和相关的报警信号输出显示到面板上。

就地汽包两侧水位计的水位高报警，低报警不送入单片机，直接送至PLC。操作面板上的6个面板上的6个按钮开关状态也连接到PLC的输入端子上。PLC根据所有的输入信号，执行相应的控制算法，计算结果通过输出端去控制对应的设备。

输入信号由单片机采集处理后送到PLC，只有重要的水位高/低保护信号不通过单片机直接送到PLC。从安全性来考虑，首先，有两套汽包水位测量装置，水位信号测量准确，可靠。并设置有水位偏差偏差报警功能，当两侧水位测量偏差超过一定值时，送控制器面板显示。其次PLC抗干扰能力强，不易出故障。采用单片机后，PLC输入/输出量大大减少了，输入量减少到18点，输出量减少到10个点，且单片机价格便宜，使得整套系统成本较低。

3 基于模糊理论的PLC软件设计

3.1 模糊控制器设计步骤

为得到在输入是e和△e条件下控制量u的大小，首先根据实际论域并确定量化等级[-6～+6]，得到量化因子分别为Ke=0.06，K△e=0.5，Ku=15.3。

选择描述某一模糊变量各个模糊子集时，要使他们在论域上分布合理，即他们应该较好的覆盖整个论域。在定义这些模糊子集时要主意使论域中的任何一点对这些模糊子集的隶属度的大值不能太小，否则会在这样的点的附近出现不灵敏区，以至于失控，使模糊控制系统控制性能变坏。

采用的模糊条件语句为:if{e=Ai and △e=Bi then u=Ci i=1，2...}其中Ai，Bi，Ci分别为各自论域上的语言变量值。这样可以得到如附表的控制状态表。

后利用加权平均法得到其终输出量化结果，jingque化后得到其控制量

3.2 部分PLC程序

程序主要包括安全保护，手动控制和自动控制三部分，如图2所示。

图2 部分自动控制程序

其中手动部分操作者能根据水位，压力变化控制A，B泵的开关时间，以及送引风机的状态。自动部分主要是根据从单片机上采集的水位数据，确定量化数，从而对A，B泵以及风机的控制，基本程序如图3所示。首先得到从单片机送来的安全水位信号，根据编码得到水位落在哪个量化区间内，然后根据IR201存储的历史信息对A，B泵开关和开关时间时间X以及送引风机进行自动控制。

图3 部分自动控制程序

4 结束语

这套系统相应速度快，控制精度高，结构合理，功能齐全，软硬件配置可靠性高，具有较高实用价值和推广前景，能够适应工业锅炉的控制要求。节约了资金和人员投入，又提高了工业锅炉的自动控制水平，消除了事故隐患， 此外，系统还极大的减少了控制系统的维护工作量及设备备品，备件的更换量和更换周期，经济效益可观。

本文着重介绍了触摸屏作为上位机管理系统与PLC通讯在混凝土搅拌楼中的实际应用，主要阐述了该系统采用集中控制方式的优越性以及制作方法。该系统特点是触摸屏通过RS232串行通讯，达到管理与控制相结合，便于实时监控，减少了故障率，大大提高了施工生产效率。

一、TP介绍

1. 简介

TP 触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种连接人类和机器（主要为 PLC ）的人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ），被称为 PLC 的脸面。它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化 PLC 的控制程序。

比之模拟仪表、操作台控制的优点：

·体积变小，几乎不占空间；
·连线简单化。

2. TP 触摸屏的主要作用

·监视：以数据、曲线、图形、动画等各种形式来反映 PLC 内部位状态，存储器数值，从而直观反应工业控制系统的流程、走向。
·控制：可以通过触摸操作改变 PLC 内部位状态，存储器数值，从而参与过程控制。

3. TP 触摸屏主要功能

·以动画形式表现控制过程，可实现工况图、流程图，设备由静态到运行，画面模拟动画显示；
·离散点的 ON/OFF 表示；可实现管道、阀门、指示灯的颜色变化，电气开关闸刀的开合、档板的开关、多选一开关的实现等；
·参数设置、数据显示；可设计数据表格，制作操作面板的仿真图象；
·棒图、（半）饼图、容器图、趋势图及各种仪表表示；可制作操作面板的仿真图象，可实现信号量值、液体深度的变化；模拟表头指针或游标的移动等；
·各种报警动作：生产过程中出现异常情况，自动报警并用文字显示故障类型，画面同时自动切换至故障所在的流程画面；
·可进行报表打印（非屏幕硬拷贝）、报警信息打印，打印时序可由用户确定；可连 CCTV 监视头（ NTSC 制式），显示现场实时信息；
·把原来的开关、指示灯等移到触摸屏上，则可省去 PLC 上原来对应开关、指示灯等的输入输出点，从而可减小 PLC 系统的规模；
·权限管理：操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后，触摸屏才能进入运行状态。

4. TP 触摸屏在恶劣条件下使用特点

·防尘、抗震
·防水、防电磁

二、可编程序控制器（ PLC ）在搅拌楼控制中的应用特点

·可靠性高 PLC 在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可直接安装于工业现场而稳定可靠的工作，防磁，抗震，防尘。
·编程简单、容易掌握。
·适应性强，应用灵活 搅拌楼中心控制室的 PLC 系统可同时控制搅拌楼附属设备如：搅拌楼的骨料上料皮带、水泥及粉煤灰的脉冲控制系统。
·控制系统设计、修改、调试方便，工作量少。
·功能强大 PLC 具有开关量输入 / 输出，模拟量输入 / 输出，大量的内部中间继电器，时间继电器，特殊继电器，数据寄存器，可进行逻辑控制、数据处理、模拟量处理。

三、TP和PLC在搅拌控制系统中的应用

1. 数据流程

在这套控制系统中， TP 主要是发挥工业流程监控、数据显示、资料存储、打印、生产管理、发布生产操作命令的作用，它并不参与过程控制， PLC 主要是采集现场生产信息,及时向 TP 传送各类生产状态和数据如：配料门的限位、搅拌机的状态、各称量斗的传感信号，操作台的开关信号等，使 TP 能以生动形象的动画形式及时显示出来， PLC 根据程序运行结果和 TP 发布的指令来控制现场设备。具体见如下框图：

2. 系统配置框图

3. 系统主要构成

(1) 触摸屏：TP采用加拿大TouchWin公司TP系列触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节，触摸屏本身具有“配方”功能，通过其内部的宏指令可以将不同产品的不同工艺配方存储在其中，随时调用，大大节提高工作效率，它可以与近 30 个厂家的PLC通讯，兼容性极强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于 bbbbbbs98/2000/XP 操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。具有RS232/422/485通讯口，方便于连接其它厂家的PLC及外设产品（如：条形码、存储卡、变频器、个人计算机等）。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。在编程软件中选择好触摸屏和PLC型号后，在其系统设定中选择PLC型号，通讯的波特率为 38400bps ；奇偶校验为奇校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-232。

(2) PLC：可采用XINJE或西门子、欧姆龙等系列产品。

(3) 打印机：可采用HP或其他品牌的针式打印机和喷墨打印机。

(4) TP软件：采用TP专用的制作软件 TPsoft 编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换BMP文件和AUTOCAD中的 DXF 文件。还具有留言板功能用于交接班记录用。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。触摸屏中具有内部编程指令 -- 宏命令，可以减轻PLC的编程负担，甚至有些简单的设备中可以取代 PLC ，由触摸屏编程直接和其它设备通讯。

(5) PLC 编程软件：采用的是XINJE的FC编程软件，用它完成整个程序的编制、调试。

(6) 监视摄像头

(7) 软起动器

4. TP+PLC 控制系统参数

(1) A/D 转换：1-16 路通道
(2) I/O 模块：采用 DC 输入输出，光电和机械隔离
(3) 配料精度： 水泥 粉状 水剂：±1% ，砂石骨料：±2%

5. 触摸屏和 PLC 控制系统的主要功能

整个控制过程处于中文系统下工作，管理完全汉化；
实现配料，下料，拌和，出砼自动控制；
拌和时间，下料顺序随即可调；
配料，下料，拌和动态模拟显示；
系统自动校称；
配方可达200余种；
I/O 状态自动检测；
自动生成数据库，生产流程图，报警系统图，参数报表，历史查询，报表制作和打印。


四、下面以某电站 2× 1m3 搅拌楼为例介绍各方面的制作

1. 系统组成

触摸屏选用 TFT 液晶显示器
可编程序控制器选用信捷 FC-32R-E
打印机选用 EPSON
2. 附属设备

强电柜一台，主要为各种动力设备提供电源、及各控制电源
操作台一台
PLC 及放大器柜
上料皮带控制箱
传感器 10 套
其他低压电器

3. 触摸屏画面的制作采用

TouchWin 编辑工具软件完成。各画面画面包括各控制菜单及视频窗口，首页可由相关单位编写广告画面欢迎词或系统机型说明。本系统主要包含以下几项：

在主菜单画面中设计了 9 个画面选择开关，用于打开 9 个不同功能的画面，画面分布：

a) 流程控制：在生产过程中切换到此画面，用于生产流程监控和控制；
b) 重量设定：主要是用于配方设定和修改；
c) 时间设定：主要是用于搅拌机搅拌时间设定，配料抖动时间及提前量设定，下料顺序时间参数设定；
d) 主控画面：在进行系统校验时用于主控系统运算的基本参数，这也是程序运算的核心，因此为了防止误修改在标定画面中加入了权限功能；
e) 状态监控：真实反映现场的I/O状态，利于故障的检查和排除；
f) 配方：用于存储配方和调用配方，在此系统中设计了20个配方；
g) 数据列表：在生产过程中随时记录每一循环的称量数据，便于汇总查询和打印；
h) 打印：根据数据报表的内容控制打印机，在本系统中采用的时针式打印机；
i) 资料管理：主要是操作使用说明以及相关的接线信息。

下面列举本系统几个主要画面：

在设计各画面控件时，首先在画面框中画出所需要的控件，然后进行大小比例调整，上色，接下来进行属性连接，画面上的控件属性数据全部由下位机PLC提供，所以TP画面制作起来非常方便快捷，在实际运行过程中，若需在 TP 画面中增加新的内容，如开关、菜单选择等，只需在设计软件中增加相应的项目传送至 TP 即可。

在TP和PLC进行通讯和调试参数前，需特别注意以下几点：

a) 选择直接传送方式：选择直接通讯方式 (选择PLC类型及对应I/O地址)，该方式下，TP直接读取或改写PLC的数据寄存器和继电器内容，这样可以大大减轻PLC用户程序的负担。

b) 系统数据区：当选择直接传送方式时，TP内部寄存器首地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区，系统数据完成画面切换等动作，TP和PLC内部占用特定的寄存器区，完成各种功能。系统数据区是TP与PLC交换数据的媒体，TP初始化时，需确定PLC系统数据区的的起始定义号。

4. PLC 的程序分三部分设计

传感器模拟量数据采集及处理、逻辑控制部分、报表处理部分。在实际应用中，可根据需要随时增加 PLC 的功能，如：搅拌楼（站）附属设备的控制，皮带系统和水泥、煤灰脉冲系统等． PLC 实时采集传感称量值和输入信号，经逻辑运算后，由输出模块控制称量斗、搅拌机、螺旋输送机的启停以及报警等。程序设计思想和步骤：

a) 首先要全面了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系；
b) 根据系统功能要求（包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数；选择 PLC 型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点； 根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序；
c) 同时连接 PLC 与外部设备连线，将编制完成的程序写入PLC中，模拟工况运行，进行调试及修改；
d) 在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行再次调试，直至完全通过为止。FC系列编程工具是bbbbbbS环境下的PLC编程软件，利用本软件可以进行程序设计，编程实现，编写注释说明文档和维护控制应用系统，它可以用两种方式编程即梯形图编程和命令语编程，见下图：

料皮带由于在配料过程中频繁起动，所以在这里采用的是软起动器。其目的主要是保护电机和机械，另一方面是防止因频繁起动引起的电网电压冲击。

五、结束语

本系统由于采用目前占有量较高，技术成熟的加拿大TouchWin公司的人机界面及 FC 系统可编程控制器，既使生产过程中PLC控制系统硬件发生故障，也可以立即查明原因更换相应器件，大限度的缩小在线维修时间，另外在这种配置中，当TP因在运行中出现意外故障，无法显示和监控时，PLC能单独完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁，明了。当生产过程硬件状态发生变化时，勿需修改软件，仅需在线进行简单参数设定既可，系统维护性强。