煙氣爐煙氣溫度自動(dòng)控制系統

1 前言

煙氣爐控制系統是濟南鋼鐵集團總公司第二煉鐵廠(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)濟鋼第二煉鐵廠(chǎng)）噴煤粉系統的子系統，該系統燃燒所用高爐煤氣含塵量大，純度低，特別是在凈化過(guò)程中出現的含水問(wèn)題，使得點(diǎn)火比較困難，為此使用純度較高的焦爐煤氣點(diǎn)火。但由于焦爐煤氣成本高，要求系統點(diǎn)火成功后自動(dòng)切換到高爐煤氣，并停止焦爐煤氣。同時(shí)要求系統能根據制粉需求，自動(dòng)控制煙氣出口溫度，并能對每個(gè)設備單動(dòng)，能夠顯示各閥門(mén)開(kāi)度、風(fēng)量、高爐煤氣和熱風(fēng)爐煤氣壓力、流量等。設計的煙氣溫度控制系統以觸摸屏為人機界面，采用西門(mén)子 S7-200系列可編程控制器為控制系統，并留有Modbus通信接口，可作為噴煤系統的從站，實(shí)現與遠程噴煤粉控制系統的通訊。

2 系統構成

2.1 系統硬件構成
　　整個(gè)電氣控制系統分為主控制系統PLC和富士UG221H-LE4觸摸屏。PLC作為噴煤控制系統的從站。系統硬件構置見(jiàn)圖1。
考慮到煙氣爐系統的安全，主控制系統的PLC采用西門(mén)子S7—200系列PLC CPU226。該CPU集成24輸入/16輸出共40個(gè)數字量I/O 點(diǎn)，可連接7個(gè)擴展模塊，6個(gè)獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，可用于要求高的控制系統。因西門(mén)子S7-200系列PLC CPU226較多的輸入/輸出點(diǎn)，較強的模塊擴展能力，較快的運行速度和功能強大的內部集成功能，可完全適應煙氣爐較為復雜的中型控制系統。
2.2 系統軟件
　　控制系統采用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1,使用該軟件的組態(tài)向導可用于TD 200文本顯示器、PID控制器、CPU間數據傳輸的通訊功能。

3 系統可實(shí)現的功能

3.1 控制功能
　　控制系統主要實(shí)現煙氣爐的點(diǎn)火和煙氣爐出口溫度的控制，操作方式分就地操作和遠程操作。在就地操作模式下，用戶(hù)通過(guò)觸摸屏可實(shí)現對該系統的參數設定和系統設備的控制；而在遠程控制方式下，噴煤主控制系統，采用Modbus通信協(xié)議及RS485接口，實(shí)現對該系統的遠程控制。系統參數有：煙氣爐出口溫度、報警溫度、前后吹掃爐膛時(shí)間、焦爐煤氣點(diǎn)火時(shí)間、點(diǎn)火成功后切換高爐煤氣時(shí)間。具體控制過(guò)程如下：酸堿度計|電導計| 水分測定儀| 濁度計| 色度計| 粘度計|折射計| 滴定儀| 密度計| 熱流計| 濃度計
　　系統接到點(diǎn)火指令后，啟動(dòng)助燃風(fēng)機吹掃爐膛，到設定時(shí)間點(diǎn)焦爐煤氣，點(diǎn)火成功后打開(kāi)高爐煤氣同時(shí)關(guān)閉焦爐煤氣。由于該系統對煙氣爐出口溫度要求非常嚴格，溫度過(guò)高，可能對制粉帶來(lái)安全隱患，溫度過(guò)低，則影響制粉生產(chǎn)過(guò)程。在實(shí)踐中，采用PID調節方式，通過(guò)調節高爐煤氣的流量實(shí)現對溫度的控制.然而，控制煙氣出口溫度有較強的滯后性，在實(shí)際的控制過(guò)程中，如果檢測的出口溫度和設置的溫度相差過(guò)大，系統采用大范圍的調節高爐煤氣流量，實(shí)現出口溫度的快速響應；當檢測的出口溫度與設置的溫度在20℃的范圍內，通過(guò)PID調節，實(shí)現系統的穩定控制。
　　�；鹣韧Ｃ簹獾綔试S溫度，吹掃爐膛后，再停風(fēng)機�？紤]安全因素，如溫度超過(guò)設定上限，則關(guān)閉煤氣并啟動(dòng)冷風(fēng)機，保證系統的安全。系統啟動(dòng)流程如圖2所示。系統關(guān)閉流程如圖3所示。

3.2 與主控制系統的網(wǎng)絡(luò )通信
　　由于該系統作為噴煤系統的一個(gè)子控制過(guò)程，所以組態(tài)為Modbus RTU從站，通過(guò)RS485通信接口，實(shí)現與Modbus主站的通訊，從而完成噴煤系統的遠程控制�？紤]到煙氣爐的出口溫度對系統的危險性，在實(shí)際的應用中，采用雙重保險措施。一方面，所有的系統參數和控制參數通過(guò)Modbus接口，實(shí)現與主控制系統的通信；另一方面，在實(shí)際使用的網(wǎng)絡(luò )通信過(guò)程中，由于現場(chǎng)惡劣環(huán)境，通信數據交換的安全性和實(shí)時(shí)性得不到保證，經(jīng)常出現網(wǎng)絡(luò )通信故障，使系統得不到遠程系統的控制參數，造成出口溫度失控，給系統帶來(lái)巨大的安全隱患。所以，在應用中，除了加強對通信故障的判斷外，對重要通信信號輔以屏蔽電纜直接聯(lián)接，在發(fā)生通訊故障時(shí)，能自動(dòng)轉到硬線(xiàn)聯(lián)接，從而確保系統的安全可靠運行。
3.3 觸摸屏的控制和通信
　　在就地操作模式下，可通過(guò)觸摸屏實(shí)現對系統的控制。觸摸屏界面完全采用圖形方式，簡(jiǎn)潔易懂，操作方便，同時(shí)可通過(guò)觸摸屏，選擇操作方式。操作方式有單動(dòng)和自動(dòng)，在單動(dòng)方式下，可逐個(gè)控制單個(gè)設備；在自動(dòng)方式下，系統實(shí)現自動(dòng)控制。觸摸屏具有報警指示和報警記錄，通過(guò)報警窗口，可查看系統故障原因，便于系統維護。

4 結 語(yǔ)

　　由于采用觸摸顯示屏為人機界面，西門(mén)子S7-200（CPU226）PLC為控制系統，采用Modbus通訊協(xié)議，可以實(shí)現遠程、就地自動(dòng)控制。該系統自2003年10月投入使用以來(lái)，溫度控制可靠、穩定，滿(mǎn)足了工藝要求，同時(shí)保證了設備安全。