1 前 言
煙氣爐控制系統(tǒng)是濟南鋼鐵集團總公司第二煉鐵廠（簡稱濟鋼第二煉鐵廠）噴煤粉系統(tǒng)的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)燃燒所用高爐煤氣含塵量大，純度低，特別是在凈化過程中出現(xiàn)的含水問題，使得點火比較困難，為此使用純度較高的焦爐煤氣點火。但由于焦爐煤氣成本高，要求系統(tǒng)點火成功后自動切換到高爐煤氣，并停止焦爐煤氣。同時要求系統(tǒng)能根據(jù)制粉需求，自動控制煙氣出口溫度，并能對每個設備單動，能夠顯示各閥門開度、風量、高爐煤氣和熱風爐煤氣壓力、流量等。設計的煙氣溫度控制系統(tǒng)以觸摸屏為人機界面，采用西門子 S7-200系列可編程控制器為控制系統(tǒng)，并留有Modbus通信接口，可作為噴煤系統(tǒng)的從站，實現(xiàn)與遠程噴煤粉控制系統(tǒng)的通訊。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
整個電氣控制系統(tǒng)分為主控制系統(tǒng)PLC和富士UG221H-LE4觸摸屏。PLC作為噴煤控制系統(tǒng)的從站。系統(tǒng)硬件構(gòu)置見圖1。
圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)置
考慮到煙氣爐系統(tǒng)的安全，主控制系統(tǒng)的PLC采用西門子S7—200系列PLC CPU226。該CPU集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點，可連接7個擴展模塊，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個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(tǒng)。因西門子S7-200系列PLC CPU226較多的輸入/輸出點，較強的模塊擴展能力，較快的運行速度和功能強大的內(nèi)部集成功能，可完全適應煙氣爐較為復雜的中型控制系統(tǒng)。
2.2 系統(tǒng)軟件
控制系統(tǒng)采用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1,使用該軟件的組態(tài)向?qū)Э捎糜赥D 200文本顯示器、PID控制器、CPU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵐δ堋?BR>3 系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能
3.1 控制功能
控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)煙氣爐的點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，用戶通過觸摸屏可實現(xiàn)對該系統(tǒng)的參數(shù)設定和系統(tǒng)設備的控制；而在遠程控制方式下，噴煤主控制系統(tǒng)，采用Modbus通信協(xié)議及RS485接口，實現(xiàn)對該系統(tǒng)的遠程控制。系統(tǒng)參數(shù)有：煙氣爐出口溫度、報警溫度、前后吹掃爐膛時間、焦爐煤氣點火時間、點火成功后切換高爐煤氣時間。具體控制過程如下：
系統(tǒng)接到點火指令后，啟動助燃風機吹掃爐膛，到設定時間點焦爐煤氣，點火成功后打開高爐煤氣同時關閉焦爐煤氣。由于該系統(tǒng)對煙氣爐出口溫度要求非常嚴格，溫度過高，可能對制粉帶來安全隱患，溫度過低，則影響制粉生產(chǎn)過程。在實踐中，采用PID調(diào)節(jié)方式，通過調(diào)節(jié)高爐煤氣的流量實現(xiàn)對溫度的控制.然而，控制煙氣出口溫度有較強的滯后性，在實際的控制過程中，如果檢測的出口溫度和設置的溫度相差過大，系統(tǒng)采用大范圍的調(diào)節(jié)高爐煤氣流量，實現(xiàn)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(nèi)，通過PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。
�；鹣韧Ｃ簹獾綔试S溫度，吹掃爐膛后，再停風機�？紤]安全因素，如溫度超過設定上限，則關閉煤氣并啟動冷風機，保證系統(tǒng)的安全。系統(tǒng)啟動流程如圖2所示。系統(tǒng)關閉流程如圖3所示。
[NextPage]
圖2 系統(tǒng)啟動流程
圖3 系統(tǒng)關閉流程
3.2 與主控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信
由于該系統(tǒng)作為噴煤系統(tǒng)的一個子控制過程，所以組態(tài)為Modbus RTU從站，通過RS485通信接口，實現(xiàn)與Modbus主站的通訊，從而完成噴煤系統(tǒng)的遠程控制�？紤]到煙氣爐的出口溫度對系統(tǒng)的危險性，在實際的應用中，采用雙重保險措施。一方面，所有的系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)通過Modbus接口，實現(xiàn)與主控制系統(tǒng)的通信；另一方面，在實際使用的網(wǎng)絡通信過程中，由于現(xiàn)場惡劣環(huán)境，通信數(shù)據(jù)交換的安全性和實時性得不到保證，經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)絡通信故障，使系統(tǒng)得不到遠程系統(tǒng)的控制參數(shù)，造成出口溫度失控，給系統(tǒng)帶來巨大的安全隱患。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，能自動轉(zhuǎn)到硬線聯(lián)接，從而確保系統(tǒng)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，可通過觸摸屏實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。觸摸屏界面完全采用圖形方式，簡潔易懂，操作方便，同時可通過觸摸屏，選擇操作方式。操作方式有單動和自動，在單動方式下，可逐個控制單個設備；在自動方式下，系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。觸摸屏具有報警指示和報警記錄，通過報警窗口，可查看系統(tǒng)故障原因，便于系統(tǒng)維護。
4 結(jié) 語
由于采用觸摸顯示屏為人機界面，西門子S7-200（CPU226）PLC為控制系統(tǒng)，采用Modbus通訊協(xié)議，可以實現(xiàn)遠程、就地自動控制。該系統(tǒng)自2003年10月投入使用以來，溫度控制可靠、穩(wěn)定，滿足了工藝要求，同時保證了設備安全。
