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矿渣微粉系统的DCS控制开发与应用

时间:2018-12-13 14:40:13来源:冶金渣与尾矿

导语:​本文以矿渣微粉系统的广阔市场前景为背景,结合由中信重工总包建设的江阴兴澄特种钢铁有限公司年产100万t/年矿渣微粉工程的工艺及设备要求,对实现工艺功能所需的硬件进行了确定和组态,软件设计针对矿渣微粉系统开发了相应的自定义功能模块及人机界面。

摘要:本文以矿渣微粉系统的广阔市场前景为背景,结合由中信重工总包建设的江阴兴澄特种钢铁有限公司年产100万t/年矿渣微粉工程的工艺及设备要求,对实现工艺功能所需的硬件进行了确定和组态,软件设计针对矿渣微粉系统开发了相应的自定义功能模块及人机界面。该系统利用西门子的软硬件系统为平台,开发针对矿渣微粉系统的控制系统,实现了对矿渣微粉全流程的控制。在江阴兴澄特钢、信阳钢厂、晋城钢厂等的矿渣微粉控制系统中得到了实际应用,取得了良好的实际效果,对类似控制系统具有一定的技术促进作用。

矿渣粉磨系统用于粉磨钢铁厂高炉产生的矿渣,将矿渣粉磨至合格细度掺入普通水泥中制造成矿渣水泥。经适当调整参数也可用于粉磨水泥熟料。矿渣粉磨生产微粉是集烘干、粉磨、选粉为一体,具有效率高、电耗低的显著优点。在国家提倡循环经济,提倡资源高效利用和循环利用为核心的经济增长模式下,矿渣粉磨系统市场前景广阔。

1矿渣微粉工艺对控制的要求

根据江阴兴澄特钢矿100万t/年渣微粉生产线的工艺设计思路和现场实际情况,全厂总工艺系统可分为以下几个子系统:①矿渣输送;②矿渣粉磨系统;③热风系统;④矿渣微粉储存与发运;⑤燃煤储存。

图1江阴兴澄特钢矿渣微粉工艺流程图

结合工艺中各个设备的实际情况,有效整合各个子系统,控制各设备及子系统实现工艺控制要求如下:

(1)矿渣输送中要求能根据工况改变定量喂料机的给料量,并能看到实际的瞬时给料量和累积给料量。能按工艺的逆料流顺序启动,按顺料流方向顺序停机,并在立磨故障或者胶带输送机故障时,能立即停止前面的设备,停止供料。

(2)返料部分要求准确计量返料量,并显示瞬时计量值和累积值,可精确设定返料入磨量,并显示实际入磨瞬时量和累积量。返料仓满时要报警。

(3)粉磨系统主要控制好选粉机、减速器和主棍辅辊。选粉机要求能改变转速,可以根据实际情况调整转速满足工况要求,做好轴承的温度保护。主减速器磨盘的顶起压力保护,保证润滑正常,时刻监测滑动瓦的温度和减速器振动,以保护减速机正常稳定的运行。主辊和辅辊要能根据操作要求升降,并能在研磨时加压到80MPa左右。

(4)微粉输送系统要求能收集成品粉尘,根据要求长距离运输粉尘至码头粉灰库。利用主排风机提供整个系统的负压,起到收集粉尘的目的。利用管带机长距离输送粉尘,做好管道机及空气斜槽风机的保护,防止堵料。

2DCS系统配置

2.1硬件配置

矿渣粉磨系统控制DCS控制器的选择要结合工艺控制要求及各种DCS的最大I/O容量、最大存储容量、通讯及网络能力、运行速度、数据运算传送功能等决定。最大的保证系统的可靠性和安全性,优化系统配置,降低投资成本。江阴兴澄特钢矿渣微粉系统的电气控制点数除去立磨设备控制系统外大约有七八百个点左右,I/O点数比较少,再者工厂生产几年后的技改对点数的增加的要求比较小,因工艺系统的本身特性决定了若再扩建一套控制系统需要,所以对控制器的运算速度和存储容量的要求不大,考虑到与系统中各个单机的通讯问题和操作工及维修工对硬件的熟悉程度,最终采用西门子的大型S7-400PLC做为DCS的控制器。为降低投资成本,采用S7-300PLC的数字量及模拟量模块采集信号。

2.2软件配置

软件设计的首要目标是对硬件进行管理,充分发挥现有硬件平台,通过慎密的程序安排,最大限度的满足被控对象的控制要求;并为用户提供一个操作简单、界面友好的人际界面,实现在控制室对设备状态进行监控。因硬件选用西门子系统,本矿渣微粉下位选用STEP7V5.4做为编程软件,上位选用西门子WINCCV7.0作为监控软件,采用这两个软件的最新版本。

2.3网络架构

通信网络是DCS的关键和支柱,通信网络的好坏直接决定了DCS系统的性能高低。结合矿渣微粉全厂工艺,采用工业以太网作为控制器及远程子站之间及与上位机通讯的主体,充分发挥了工业以太网的高兼容性与高速性。过程级的通讯采用Profibus-DP总线作为通讯主体,实现和远程I/O站和第三方设备PLC的通讯采集现场开关量和模拟量数据,通过此种通讯采集变频器控制数据,时刻了解变频器运行状态并控制变频器的启停及速度。整个项目的通讯结构设计如图2所示。

DCS

图2

3软件编写及调试

软件的设计主要满足工艺需要,完成既定工艺流程,保护设备的正常运行。在本矿渣微粉控制系统采用LAD梯形图进行编程,但在工艺中每个设备都有自己的控制数据和控制条件,造成每台设备的控制程序都不一样,一旦有一个条错误就有可能造成程序的错乱,且不同的程序编制人员,编制出的程序也不同,程序的易读性和通用性比较差,远远不能满足矿渣微粉等工程项目激增的需要。

所以本系统采用结构化程序设计,编制通用的电机功能模块和典型的特定功能模块。积木式的模块式的组件程序,大大节省了编程的工作量,并且方便了调试,使整个程序思路更加清晰,更加易懂,有利于调试和后期维护。

以电动阀为例,编制标准程序:

数字量输入点有:控制电源(或者备妥K)、开反馈、关反馈、开限位、关限位、故障、外部条件、联锁开、开/关延时、现场控制、远控、中控开、中控关、中控停止、现场开、现场关、现场停止、复位;

数字量输出点有:开驱动、关驱动、条件满足、故障状态;内部变量有:

开电动阀、关电动阀、综合故障、远控信号丢失、运行信号丢失、故障跳闸、外部故障、外部条件故障等;

DCS

图3电液动阀上位画面

在本矿渣微粉工程中还要根据电机和设备的使用情况编制多种自定义功能块,以满足总的程序编制的需要,主要有以下几种:

(1)普通电机启动功能块:用于普通电机,单方向运行和单机设备的控制。

(2)正反转电机:用于带正反转限位的电液动阀的电动执行机构电机的控制。

(3)正反转电机:用于只需要简单的正反转,不带正反转限位的电机和设备的控制。

(4)模拟量处理块:用于对模拟量模块接收到的4~20MA的电流信号进行工程量处理,转化为设备的所需的相对应工程单位的数据,如电机电流或电压、风机转速或振动、管道压力、风门开度等工程量。

(5)定量给料机专用块:用于对定量给料机送给中控室的每吨脉冲信号进行累加,显示和记录生产吨位,可手动清零也可自动清零。

(6)组起组停块:可以实现在同一生产线的设备按系统工艺要求进行顺序启停,并具有延时功能,在前一个设备启动后,根据设定的延时时间启动下一个设备。此功能块可以用于各种循序启停的应用。

在整个下位机程序的编制过程中,主要用到了以上的几个功能块,大大方便了程序的编制,编程时根据工艺要求按功能分成各个子程序进行编写,在OB1中分别调用各个子程序即可,增大了程序的可阅读性,可移植性。

借助于模块化的设计方法,根据下位机编程的结构块,编辑与之相对应的各种电机和输入输出模拟量数字显示画面汇聚成工艺控制画面如图4所示。

DCS

图4

4总结

为江阴兴澄特钢矿渣微粉系统设计的以西门子S7-400CPU做控制器,以西门子分布式远程I/O为输入输出,以Profibus-DP总线和工业以太网为主体网络架构的DCS集散控制系统,已经安全、可靠、稳定的运行了多年,效果良好;突出了此套控制系统可靠性强,故障少,维护方便的特点,有较高的技术含量和较好的效率,适用于中信重工众多矿渣微粉工程的应用,对其它类似工程具有一定的参考价值。

 

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