西門子SIMATIC產(chǎn)品在焦爐自動配煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2009-08-18 09:25:17 來源：廠商

一、引言

隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 特別是控制技術(shù)，工業(yè)IT技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等普及應(yīng)用，對現(xiàn)代化企業(yè)的工業(yè)過程控制要求越來越高,全自動計量配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進性，開放性，免維護性，可擴展性是各行業(yè)所追求的一致目標。而西門子SIMATIC工業(yè)自動化產(chǎn)品正是符合當(dāng)今這一潮流的代表。

二、項目簡介

在配煤煉焦生產(chǎn)工藝過程中，需要將各種不同的精煤如：肥煤、氣煤、瘦煤、焦煤、貧煤等以適當(dāng)比例配合成混合煤稱之為自動配煤過程，它是整個焦化生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)高質(zhì)量的焦炭、合理利用煤炭資源及生產(chǎn)成本控制具有重大意義。山西太鋼焦化有限公司（太鋼合資經(jīng)營企業(yè)─惠晉焦業(yè)）7.63米焦爐有著“中國第一爐”之稱，乃至亞洲最大焦爐，它屬于先進環(huán)保的搗固焦爐，該工程由德國伍德公司提供焦爐技術(shù),負責(zé)初步設(shè)計，最終形成年產(chǎn)全焦115萬噸的生產(chǎn)能力，可確保太鋼300萬噸/年不銹鋼生產(chǎn)所需優(yōu)質(zhì)鐵水對焦炭低硫高強度的要求，實現(xiàn)大型、高效、環(huán)保、節(jié)能的清潔生產(chǎn)目標，是太鋼實施全力打造全球最具競爭力的不銹鋼企業(yè)戰(zhàn)略步驟之一。為使焦爐煤料的配比更加準確及系統(tǒng)可靠，實現(xiàn)自動配煤裝置智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，向企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫提供準確的數(shù)據(jù)來源，為此在反復(fù)比較了當(dāng)今市場流行的自動化方案優(yōu)劣基礎(chǔ)上，最后選擇西門子SIMATIC自動化產(chǎn)品解決方案，由上海大和衡器有限公司進行系統(tǒng)設(shè)計集成。

焦化廠外景照

三、系統(tǒng)工藝要求

1. 工藝概述

每個儲煤槽中的單種煤通過圓盤給料機均勻地落到定量給料機皮帶上，稱量和速度信號分別進入到控制系統(tǒng)，經(jīng)過乘積運算處理計算出實際給料量，將實際給料量與設(shè)定的給料量不斷進行比較輸出兩路PID控制信號，分別對圓盤給料機和定量給料皮帶機進行雙變頻調(diào)速控制，使之精確地以恒定的期望給料速率出料，保持每臺CFW給料流量的恒定，以確保所設(shè)定總配比的要求。自動配煤裝置實現(xiàn)24套圓盤給料機、定量給料機的順序起停、報警以及模擬量的輸入、輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)全自動、半自動及手動的控制，完成不同原煤料混勻給料、煤比計算及配煤流量控制并實現(xiàn)配料系統(tǒng)與帶式輸送機的起停連鎖。圓盤及定量給料皮帶機原理

如圖1所示：

如圖1

2.計量控制原理

CFW定量給料機主要分為四大單元：稱重單元、皮帶測速單元、積算控制單元、驅(qū)動單元,其中稱重單元，皮帶測速單元，驅(qū)動單元作為給料機的部件安裝在機械本體上。稱重單元主要由計量托輥和兩個應(yīng)變式荷重傳感器組成。稱重傳感器安裝在高精度的平臺上，其測量出輸送帶上物料的單位長度重量；皮帶測速單元采用高精度脈沖編碼器安裝在從動滾筒的軸端，通過滾筒轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖信號，以上重量信號（毫伏級）及脈沖信號分別傳送至積算控制系統(tǒng)。

其積算稱重原理如下所示：

Q：輸送量 (重量范圍 0～t1) (kg)

q：瞬時輸送量 (kg/min)

W：物料的單位長度重量 (kg/m) (載荷密度)

V：皮帶速率 (m/min)

設(shè)輸送帶的運行長度為[l]，輸送帶的速度為[v]，輸送帶運行時間為[t],

其關(guān)系為l=vt

因此在輸送帶運行了t1時間后，輸送帶的運行長度為l1=vt1，那么，輸送流量可用下列方程式表示：

給料機的輸送量為A，B，C三點所包圍的面積。

如下圖所示。

W = f (l) : 在任選的單位運行長度 [l] 上的載荷密度

Wdl : 在微小運行距離(dl)上的輸送量

上述表明：要計算獲得輸送量，需通過稱量傳感器檢測到煤流的單位長度的瞬時重量信號，同時速度傳感器檢測到速度脈沖信號。通過控制儀表將重量信號與速信號進行乘積運算，從而求得輸送量，并通過輸送量積算求得累積量。

3.工藝設(shè)備主要參數(shù)

物料粒度： 0～80mm

物料散密度： 800kg/m³

物料水分： 10～12％

物料溫度：常溫

給料方式：圓盤給料

皮帶驅(qū)動電機： 3.7KW 3φAC380V

圓盤驅(qū)動電機： 15KW 3φAC380V

軸端編碼器: 600P/R DC12V～24V

給料機輸送帶寬度： 800mm

輸送機能力范圍： 10～100t/h

輸送機速度： 0.1m/s～1m/s

輸送機傾斜角度： 0℃

輸送機頭、尾滾筒中心距： 3m～3.5m

配料秤系統(tǒng)精度：優(yōu)于0.5%

四、控制系統(tǒng)構(gòu)成

1．系統(tǒng)總貌

整個自動配煤裝置為生產(chǎn)現(xiàn)場無人化管理，所有的操作和監(jiān)視均在中央控制室中進行，系統(tǒng)采用分布式計算機監(jiān)控管理方式，主要由兩套西門子S7-300PLC、兩套WINCC V6.0監(jiān)控軟件及工控機、48套SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70工程型變頻器、24臺CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器、3套OSM等控制單元構(gòu)成一個基于TCP/IP 100M光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)。其中各關(guān)鍵裝置如：PLC、變頻器、調(diào)節(jié)控制器、分布式I/O之間數(shù)據(jù)傳輸采用Profibus-DP協(xié)議通訊方式，以確保高實時性和高動態(tài)響應(yīng)要求，Profibus通訊速率最高可達12Mbit/S, 8個節(jié)點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線循環(huán)時間最快可至0.2ms，在全球制造業(yè)自動化和流程工業(yè)自動化的總安裝站點數(shù)已突破1千萬，比任何其它現(xiàn)場總線標準高出許多，它的節(jié)點設(shè)備數(shù)量占有率目前穩(wěn)具全球第一，它是全球范圍內(nèi)目前唯一能夠以標準方式應(yīng)用于所有領(lǐng)域并貫穿整個過程鏈的現(xiàn)場總線。這種系統(tǒng)架構(gòu)充分利用發(fā)揮了西門子SIMATIC自動化產(chǎn)品的資源，具有高可靠性，強抗干擾能力和靈活的可擴充性，可獨立完成對設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，精度控制，監(jiān)控聯(lián)鎖。上位機WINCC V6.0組態(tài)軟件作為HMI，通過操作畫面對實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，報警，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程參數(shù)的實時曲線、歷史趨勢顯示、報警記錄、配方管理、產(chǎn)量統(tǒng)計、各類數(shù)據(jù)歸檔和安全連鎖保護，同時通過VBA編程實現(xiàn)Excel報表輸出、打印及預(yù)覽等功能。系統(tǒng)需要監(jiān)測重量、速度、位置、缺料、堵料、皮帶打滑、電機啟停、電流、轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速等一千多個模擬量I/O和數(shù)字量I/O控制點,具有48個PID閉環(huán)控制回路和2套遠程監(jiān)控系統(tǒng)操作站。整套系統(tǒng)通過光纖交換機進入Ethernet與焦業(yè)公司的其它焦化工藝段及廠級管理網(wǎng)進行銜接，達到管控一體化水平。自動配煤裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

2．系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)24臺配煤秤分為兩個工藝段各為12臺，每個工藝段控制單元由1個S7-315-2DP CPU主站（含1個本地擴展主站）及2個ET200M從站、12個CFC-200及6SE70變頻器配帶CBP2從站所組成，兩個工藝段控制單元經(jīng)光纖工業(yè)以太網(wǎng)進行互連，兩臺帶有WinCC V6.0的工控機組成配煤系統(tǒng)操作員站，其中一臺兼有工程師站功能。