西门子创新技术在高炉给排水系统中的应用.pdf

西门子创新技术在高炉给排水系统中的应用 马 玲 ， 等 西门子创新技术在 高炉给排水系统中的应用 马玲，李明 ( 山东省莱钢集团公司 自动化部 山东莱钢，2 7 1 1 0 4 ) 摘要：介绍了P L C在炼铁厂 1 0 8 0 高炉给排水系统中的应用， 阐述了给排水系统的控制特点。运用西门子创新技 术，实现高炉自动给排水系统快捷安全、可靠、实时地运行。 关键词：西门子；创新技术；模块化编程 Ab s t r a c t ： T h e a p p l i c a t i o n o f P LC i r o n wo r k s 1 0 8 0 b l a s t wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e s y s t e m ， a n d t h e c o n t r o l c h a r a c t e r i s t i c s o f the wa t e r s u p p l y an d dra i n a g e s y s t e m Us e o f S i e me n s i n n o v a t i v e t e c h no l o g y , b l a s t f u r n a c e a u t o ma t i c wa t e r s u p p l y and dra i n a g e s y s t e m s a f e a n d f a s t ， r e l i a b l e a n d r e a l t i me o p e r a t i o n Ke y wo r d s ： S i e me n s ； i n n o v a t i v e t e c hn o l o g i e s ； mo d u l a r p r o g r a mmi n g 中图分类号：T P 3 3 4 1 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 1 - 9 2 2 7 ( 2 0 1 3 )0 3 - 0 1 3 4 - 0 2 0 引 言 目前钢铁企业的竞争日趋激烈，降低企业成本，提高生产 作业率，提高控制系统的自动化水平，势在必行。当前许多钢 铁 企业都在进行适应性 改造 ，以提高企业 的竞 争力，因此对高 炉给排水系统中创新技术的研究与应用是很有必要的，它可以 简化繁琐的控制 保证稳定的网络通讯、系统安全及工艺安 全 ，降低维护人员的劳动强度，降低相关生产线生产成本， 提 高企业综合经济效益。 1 系统工艺 高炉给排水系统由软水循环系统、净水循环系统、补水系 统、加药系统组成 ，向高炉炉体 、热风炉 提供冷却用水 的重要 设施 。它将高炉炉 体冷却设备 、热风炉各 阀使用后的软水 ，经 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 4 5 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，重新供网高炉炉体冷却设备和热风炉各阀，如此循环。 2 控制系统及特点 本次技术创新涉及西门子P L C控制技术、以太网通讯技 术；编程语言涉及西门子S T E P 7 软件、以采集现场输入信号及 输出控制，控制功能比较强大。可进行离在线编程、监视执行 状态 、数据设 定等 ，操作方面 、直观 ，具有在线跟踪和程 序诊 断功能 。 监控软件为WI NCC组态软件，该软件为操作人员和贯穿 整个管理的应用软件提供实时的数据。WI NC C的后台数据库 采用 MS S QL S E RV E R 2 0 0 0 ， 其运行数据存放在数据片断 中，工程师可 以根据尺寸，需求组态最大容量或根据时间周期 启动新的数据库归档片断。WI NCC是通过OP C服务器读取数 据的，该程序以设定的速度不断同物理设备进行数据交换。 服务器内有一个数据缓冲区，其中存有最新的数据值、数 据质量戳和时间戳。客户既可以从服务器缓冲区读取数据，也 可以直接从设备读取数据。同时还涉及到软启动器的控制及通 讯，其联锁复杂，技术含量高。 系统实现功能 ： ( 1 ) 错误信号滤除：为了防止错误信号对设备启停的影响， 对小信号进行了切除处理。( 2 ) 实时报警：系统画面中加入报警 1 3 4 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 1 。 0 8 菜单显 示，并与扬声器结合 ，实现 故障点和 易发工艺节 点实现 主 观性 的声光报警 ，便于及 时准 确处理 。( 3 ) 报警点 画面输入 ： 获取用户权限后，车间主任或者技术管理人员可以根据工艺参 数在上位机设定报警数值，这样参数设定在应用层使用，脱离 程序开发层 ，便于生产工艺的灵活性。( 4 ) 自动补水：根据生产 工艺适合的启停压力，设置补水泵连锁启停，保证了高炉供水 系 统的稳 定性。 3 创新技术的应用 3 1 模 块 化 编 程 在 自动化项 目的过程 中往 往需要进行大量 的编程 工作 ， 目 前传 统 的编 程方 法和 先进 的控制 应用 要求 之 间形成 了一个 矛 盾 ，P L C程序质量的检查没有明确统一的标准，实际工程 中，往往依据最后的结果来判定控制质量，造成了P L C程序有 很大的随意性 ，给后 期的交流及维护工作带 来了较大障碍 ，一 个工程划分为几个不同的功能部分，由不同人员分别进行编程 时，这种情况尤为严重。模块化份编程方法根据控制要求把 P L C编程需要完成的控制任务划分为几个小的功能块，然后对 每个功能块分别进行编程，这样各模块之间相对独立，功能单 一 ，具有 清晰 的结构 ，就大 大 降低 了难度 ，避 免 了重 复劳动 ， 同时获得 了较高 的程序质量 。 给排水系统需要控制的设备种类多，数量大，信号处理繁 琐，编程人员需重复单一地同类型的设备进行编制，考虑到这 点本次给排水 系统采 用 了自上而下 、逐 步分 解、分而治之 的模 块化编程 方式 ，如 图 1 所 示。该方法是 按各个部分程 序所实现 的不同功能，并相互之间可以交换数据和参数传递 ，基本思 路：将一个大的程序按功能分割成一些小模块，特点各模块相 对独立、功能单一、结构清晰、接口简单，控制了程序设计的 复杂性，提高了元件的可靠性，并缩短了开发周期，进而避免 程序开发的重复劳动，易于维护和功能扩充。这样为编写大规 模程序提供必要的基础。 3 2 安全化设计 ( 1 ) 控制系统安全化设计 在 $ 7 - 3 0 0中加入 OB 8 2 、OB 8 6 、OB1 2 2 相 应组 织块 ， 当 从站断电、通讯失败等现象出现时，主站只报总线故障，但不 停机。这样，无论从站先上电，还是主站先上电，系统都能正 常运行，实现在从站断电、通讯失败或从站通讯口损坏等现象 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表 2 0 1 3 年第3 期( 总第 1 6 7 期) 出现时，主站能够不停机。 【 璺 ! 兰 I 图 1 模块化编程设计 图 该系统有完善的应急措施，根据工艺要求，将重要的工艺 参数 通过 TC P I P通信协 议在 高炉本体 、热风炉 、喷煤 用 图形 实时地显示各 P L C站被控设备的运行工况，以保证系统在任何 条件下满足生产需求，流程如图2 所示。 图2 安 全化设 计网络图 ( 2 ) I艺安全化设计 控制系统对2 套后备式柴油发电机组进行工艺异常状态下 ( 如： 非正常停电) 连锁控制， 在所有泵组和阀门条件不满足的情况 下，远程无法启动所有的泵组及阀门，对柴油发电机组进行远 程连锁控制，保证了高炉整个系统的不间断供水 设备工艺系统为按照用户需求，采取了自动加药和精密过 滤器，以p l c 为中心，由变频控制高压泵，根据 出口水质、压 力 、流量及 各泵的工作状态对整套 设备进行 闭环控制 ，并对氯 根含量高地水质进行适当调节，从而使设备的运行稳定可靠且 延长使用寿命 。 3 3 DP网络及站点诊断 通过对DP从站网络系统的故障诊断，获取控制系统中DP 从站的详细诊断数据，并把这些信息传送到人机交互界面，使 现场维护人员可 以及时有效的发现并解决现场故障。 诊断的结果用变量表的形式给出，包括用数字代码表示的 故障从站的地址、状态、制造商标识符、从站的错误编号、从 站的错误类型编号，出错的模块的插槽号、模块的状态，出错 的通道号、通道的类型、通道错误代码、通道的错误信息、s 7 诊断的附加错误信息，以及原始诊断数据。 4 结束 语 控制系统中在基于原有的控制功能下采用了模块化编程设 计 、应用 安全化设计 和 DP网络和站 点诊断等统 筹与优化技 术 保证了网络通讯、系统安全和工艺安全，确保给排水系统的正 常运行， 降低了程序的复杂度，使程序设计、调试和维护等操 作简单化，安全化设计保证了生产的稳定顺行，能在系统故障 前期或发生故障时迅速地检测且分离故障，进而采取必要的措 施防止故障扩大，达到提高系统可靠性，减少维修时间和成本 的目的，为高炉的高产高效奠定了坚实的基础，具有十分可观 的经济 效益和社会效益 。 参考文献 1 王兆义 可编程控制器使用技术 M 北京： 机械工业出版社， 2 0 0 4 2 】陈在平 可编程序控制器技术与应用系统设计 M】 北京： 机械工业出 版社 ， 2 0 0 3 ( 上接 第1 3 3页) 3 2 RS 一 4 8 5串行通信子程序 采集器与上位机之间， 采用主一 一 从结构半双工通讯方式 在 系统中给每个采集器分配一个唯一的地址号，此地址号唯一区 别各采集器。上位机抄收采集器数据时，主动呼叫采集器，发 送控制指令读取数据，指令中包含有采集器的地址码，只有当 采集器接到的地址码与本机地址码相符时，采集器才响应指 令，发送数据，上位机集中器接收数据。 图1 RS 4 8 5 串行通信子程序 4 系统扩展 该产 品完成样机制作后，进入网络调试阶段 。产 品成型 后，将广泛应用于工业及 民用远程自动抄表系统。本仪表具有 可扩展性和兼容性，在此基础上可 以扩展成水表、气表采集 器 ，还可以作为数据转接器完成与其他带通讯接 口的智能仪表 的通讯，以完成远距离数据通信，实现数据中心监测。采集器 与智能仪表之间的数据传输可利用各种类型的通信网络，既可 利用现有的布线系统，如：市话网、有线电视网或电力网等， 也可利用各种网络资源，如小区综合布线系统 ( P DS )或光纤 同轴混合网 ( HF C) ；采集器与管理中心之间传输可通过电话 线方式、电力线载波方式、双绞线方式和无线G P RS 方式等形 式获取测量数据。通讯协议可应用 T C P I P协议、P r o fi b u s 或 B i t b u s 等通讯方式，实现基于网络的抄表模式。 5 结语 电度表数据采集器在生产单位投入使用两年，其配备的自 带键盘方便现场编程维护和调试，对现场各个仪表仪表间均可 实现通讯；设备运行稳定，能有效抵抗现场复杂环境的影响， 测量计数准确，保证了能源数据采集系统数据通讯的可靠性。 L G F电度表数据采集器在莱钢能源计量管理系统得到广泛应 用 ，并进入各个小 区物业 ，创造更好 的社会 效益 。 参考文献 1 沈昌国新型电能量集中采集器 J 电力系统 自 动化， 2 0 0 3 ( 5 ) ：4 6 4 8 2 2 李 林基于微机电系统的振动能量采集器件设计分析木 J 机械工 程学报， ， 2 0 0 9 ( 9 ) ：2 3 8 2 4 0 3 代耀东， 苏彦辰 基于F P G A的高速数据采集系统设计【 J _ 四川兵工 学报 ， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 8 9 9 1 1 3 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m