1 概述
炼铁新厂2500 m3 高炉是继2000 m3 高炉后又一座现代化高炉。采用了很多的工艺和技术, 水处理系统包括软水密闭循环系统、净环水系统、污水处理系统等多个子系统。整个水处理的生产过程由计算机控制完成, 实现了实时数据采集、系统监控、优化控制等多项功能, 大大提高了水处理的自动化水平。
2 软水密闭循环系统工艺流程
软水密闭循环泵站是向高炉炉体、热风炉提供冷却用软水的重要设施。它是将高炉炉体冷却设备、热风炉各阀使用后的软水, 在站内通过自清洗过滤器除去杂质, 送入表面蒸发空冷器, 把水温降至45 度 以下, 再进入水泵入口母管经热水循环泵加压, 通过供水母管, 重新供往高炉炉体冷却设备和热风炉各阀, 如此形成循环。
3 系统控制要求
软水密闭循环系统由循环系统、补水系统、加药系统、工业水系统组成, 其特点是节能、不结垢、污染小、水循环效率高, 冷却效果好, 从而延长了高炉的寿命。工艺要求自动控制系统对全部水处理生产过程和设备进行实时数据采集、系统监控和操作。主要控制系统功能设计要求:
1)控制原则: 对工艺流程中的控制设备按照顺序起动、停止和联锁保护, 防止误操作, 以保证设备正常安全运行。
2)电气逻辑控制: 整个水处理系统的控制方式分为: 集中手动、集中自动和现场手动三种方式。
现场手动: 在相关设备附近设有现场操作箱, 可直接操作单套设备的起停, 无联锁控制, 主要适用于机械设备的调试和检修。
集中手动: 设备在上位机手动操作, 设备间有联锁要求。
集中自动: 设备按照工艺要求自动运行, 并有联锁要求。
每台设备在现场操作箱上设有: 现场/集中!选择的选择开关。只有当选择集中时, 上位机集中手动/集中自动才能有效操作。
3)实时性强, 可连续监控: 快速准确的故障诊断和处理: 稳定性高。确保24小时不间断工作。对整个水处理系统工况和设备运行状态进行实时数据采集、系统监控。
4 系统硬件配置与特点
水处理自动化系统采用电/仪一体化设计。
1)下位机( PLC )根据系统控制要求及输入/输出点数选用了性能良好的施奈德QUANTUM 可编程控制器。
2)上位机(操作站)从控制系统的可靠性考虑,上位机由二台工控机担任。
3)从生产的稳定性考虑, 采用了双机热备系统。其中一台CUP 为主用机, 另一台CPU 为热备机, 确保软水系统的安全运行。
4)系统构成
操作层, 有上位机(操作站)组成, 完成对下位机( PLC)的组态、初始化、人机交互, 以良好的界面监控整个水处理的生产过程。控制层, 由下位机( PLC)组成, 实现设备的控制和实时数据的采集。设备层, 由现场电器设备和仪表组成, 通过这些设备实现生产过程。操作层和控制层通过TCP / IP 的以太网相连, 控制层和设备层通过M odbus plus(MB+ )网相连。
系统主要特点: 1)全性能极高, 双机热备系统的加入, 切实达到了稳定生产的目的。2)PLC系统的自动控制能力强, 并且防止了误操作的发生。
5 系统软件设计
软件设计是整个系统中的核心, 它的好坏决定了控制系统性能的高低。控制系统软件包括了网络的组态、上位机(操作站)监控软件和下位机( PLC )编程软件。
5. 1 网络的组态
MB+ 网是M odbus plus 网络的简称, 它是由M odicon公司开发的为工业控制应用的令牌总线型以太网(见图1)。同时, MB+ 网又是一个本地网络,它允许主计算机、可编程控制器和其他数据源以对等方式进行通信, 网络总线采用单/双电缆布局, 可连接至多64个可寻址节点, 传输速率达1Mbps。MB+ 网具有的优点是: 1)网络系统规划设计简单明了,易于安装, 费用低廉。2)各监控计算机可以对MB+网络中的任意QUANTUM PLC 系统所控制的生产过程实现监控。3)因其对等性, 网络系统中各监控系统对各PLC系统实现监控的任意性, 使各监控系统计算机实际可互为备用, 且网络设备易于扩展、更换。4)网络系统通信速率高, 控制实时性能强, 不易导致控制滞后。
5. 2 上位机监控软件
上位机监控软件主要是图形组态软件设计: 一是工艺流程画面的编辑生成; 二是输入输出点的组态; 三是动画连接的实现。
本系统采用爱默生公司的IFIX自动化监控软件。IF IX是一种易用的, 可集成和扩展的系统。基于W indows NT /2000/XP平台设计, 开放式设计可与W indows产品共享信息。本系统共完成了软水密闭循环系统、净环水系统、污水系统等上百幅动态工艺流程图、控制操作画面, 以及历史趋势、报警画面。
简便直观的操作, 可靠稳定的运行, 是本系统组态软件设计的目的。
5. 3 下位机控制软件
下位机主机( PLC) 采用施奈德公司的CON-CEPT。控制软件的实现也就是对PLC 的编程。这ONCEPT 编程软件, CONCEPT 支持梯形图、功能块图、指令表、顺序功能图、结构式文体编程语言, 并且支持W indows平台。下面以软水为例介绍编程特点。
1)为使控制软件设计方便, 清晰明了, 将整个控制软件根据工艺依照集中控制为主进行设计, 也就是说, 将整个控制软件分为不同功能的软件进行设计, 然后组合成一个完整的控制软件系统。
2)采用功能块方式编程。所谓的自定义功能块就是使用CONCEPT 所提供的编程语言编制自己程序中重复使用或有共同点的部分, 以自定义功能块的样式出现在程序中, 从而起到简化程序的目的。应用了这一编程语言, 在编程中节省了大量的时间,并且为日后的维护和故障的排除提供了好的条件。
6 总结
本控制系统调试过程简单快捷, 运行可靠, 操作方便。完全满足了高炉水处理工艺的控制要求。体现了 技术先进, 以我为主!的原则。 技术先进:自动控制系统硬件设备的先进, 以确保控制设备安全可靠运行; 控制软件的技术水平, 以人机界面清晰、控制准确、操作方便、安全可靠为目标, 充分体现了自动控制系统的优越性。 以我为主: 借鉴2000 m3高炉软水密闭循环系统的成功经验, 消化吸收先进技术, 根据高炉水系统的实际生产技术和设备状况, 对控制方式进行了修改并且调试, 既保证了控制系统的先进性, 又符合高炉水处理生产工艺要求, 为高炉水处理自动控制系统积累了成功经验。
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