烧结余热回收控制系统.docx
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烧结余热回收控制系统
烧结余热回收控制系统
摘要
烧结厂烧结余热回收是钢铁工业的重要节能措施,也是企业挖潜技能的重要方法。
本课题介绍了某钢铁公司烧结余热回收控制系统的整体情况[1]。
本系统主要涉及组态软件、PLC、检测、电气等方面的知识。
利用Intellution公司的iFIX3.0组态软件搭建上位机监控系统界面,主要包括系统主体、排污阀控制、报警显示、历史曲线几部分;下位机执行机构采用施耐德公司Quantum系列PLC控制,并结合检测、电气方面的知识来实现对整个系统的控制。
本设计主要设计了PLC控制系统和上位机监控画面,PLC程序设计包括硬件组态、软件编制和程序调试,上位机监控界面设计包括现场实际设备画面的制作、通讯组态和画面仿真调试。
通过整个系统的设计不仅能够实时地显示现场监控设备的各种数据,而且还把数据的变化以动画的形式形象地表示出来,同时完成报警、趋势曲线、成组显示、历史记录等功能。
关键字:
PLC;组态软件;iFIX3.0;画面;数据链接
TheControlSystemofWasteHeatRecoveryInSinteringProcess
Abstract
Wasteheatrecoveryofsinterisaimportanteconomyenergymeasureoftheironandsteelindustryinthefactoryofsinter.Itistheimportantmethodofdiggingthetechniqueforthesteelenterprise.ThistopicintroducesthewholecircumstanceaboutthecontrolsystemofwasteheatrecoveryaboutsinterinNanJingironandsteelfactory.Thissystemmainlyinvolvestheknowledgeaboutconfigurationsoftware,PLC,examinationandelectricityandsoon.WebuilduptheinterfaceforhumancontrolthemachinemakesuseofaconfigurationsoftwareiFIX3.0ofIntellutionCompany.WecontrolthemachinewithPLC,Atthesametime,wecarryoutthewholecontrolofthesystemwiththeknowledgeoftheexamination,electricity.ThisgraduationdesignmainlyintroducestheprocessthatwecontrolthesystemwiththeconfigurationsoftwareiFIX3.0.ItelaborateshowwilltheiFIX3.0configurationsoftwaredevelopmentindetail,theadvantageoftheiFIX3.0configurationsoftwareintechniqueandhowdegreesthesystemrequestthestationofcomputer.Whatisthehistorywhentheconfigurationsoftwarewasproduced,Whatmakeuptheconfigurationsoftwaresystem,Andtheprocessthatweoperatethesoftwareinaspecificway,anditsstronglyfunctionthatitsurveillance,controlandmanagethesystem;whenitfindthemistakeofthesystem,onlymodificationtheplacethatthemistakeisin,canwesolvetheproblem.Itdoesn’tonlyshoweverydataoftheequipmentforsupervisingandcontrollingatspotinwelltime.Butalsotellthechangeofthedatabythewayofdynamicchart.Finishthefunctionofalert,thelineoftrend,andshowinateam,recordthehistoryandsoon.
Keywords:
PLC;configurationsoftware;iFIX3.0;menu;linkthedates
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1论文的选题背景及目的1
1.2课题控制方法研究1
2烧结余热回收控制系统的介绍3
2.1余热锅炉系统3
2.1.1排污系统3
2.1.2锅炉系统3
2.1.3上升管与下降管系统4
2.1.4锅炉受热面4
2.2监控系统功能结构4
3PLC硬件选择及软件设计6
3.1PLC简介6
3.1.1可编程序控制器概述6
3.1.2可编程序控制器的基本组成6
3.1.3可编程序控制器在国内外的发展状况7
3.2PLC的选型8
3.3PLC模块的选择9
3.3.1底板的选择9
3.3.2电源模块的选择10
3.3.3CPU模块的选择10
3.3.4输入输出模块的选择10
3.3.5通讯模块的选择11
3.3.6其他模块的选择11
3.4输入输出模块的安装地点与作用11
3.5下位机软件设计12
4上位机监控画面设计16
4.1iFIX工控组态软件介绍16
4.2上位机监控画面设计16
4.2.1基本画面窗口的创建与修改17
4.2.2组态画面中的各种元件19
4.2.3相关画面的链接22
结论26
致谢27
参考文献28
附录29
1绪论
1.1论文的选题背景及目的
烧结是冶金工业生产流程中的第一步,在炼铁系统烧结过程中,烧结矿石经单辊破碎,通过振动筛分后经溜槽落到带冷机上,然后由鼓风机强制冷却。
由此排出的废气温度很高,带走了大量余热,使炉子的热效率很低。
跟据热平衡计算,从烧结冷却机带走的余热约占烧结总热耗的30%左右[1]。
如果这些余热直接排放到大气中将会造成能源的浪费,为了提高热效率,节约能源,应最大限度地利用废气余热。
为了节约能源避免浪费,要在烧结机上安装余热回收系统。
同时,余热资源的回收利用对我国的节能工作也具有重大意义。
近二十年来,我国余热资源利用取得了较大成绩,但节能潜力仍很大,发展高效余热锅炉和新型高效余热回收技术与装置是进一步做好余热回收利用工作的有效措施。
烟气余热的利用,除了预热空气和煤气之外,废气余热还可以用来加热锅炉,以得到蒸汽和热水。
目前余热回收的主要设备有:
换热器、蓄热室和余热锅炉。
换热器和蓄热室是将一部分热量带回炉膛,提高炉子热效率而采用的设备[2]。
余热锅炉是利用废气余热产生蒸汽和热水而采用的设备,余热锅炉还可以安装在换热器前面起到集尘的作用。
1.2课题控制方法研究
本系统研究的主要内容是:
如何实现组态软件通过PLC、变频器等间接地对一常一备两台水泵的供停水及管道排污阀、汽包放散阀、汽包排污阀、放水阀、1#排污阀、2#排污阀的开关控制。
该系统总体上可分为上位机监控系统和下位机执行机构两大部分,同时结合检测、电气方面的知识来实现对整体的控制。
上位机监控系统包括系统主体、排污阀控制、报警显示、历史曲线几部分。
主要采用Intellution公司iFIX3.0组态软件来实现搭建上位机控制界面、通过I/O驱动程序从现场I/O设备获得实时数据,对数据进行必要的加工后,一方面以图形方式直观的显示在计算机屏幕上;另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I/O设备,对执行机构实施控制或调整控制参数。
存储历史数据,对历史数据检索请求给予响应[3]。
当发生报警时及时发出报警信息,进而实现对整个系统的动作进行监控及对下位机反馈过来的数据采取一定的控制措施等操作;而下位机是指数据采集系统及各种智能控制设备,包括一些具体的检测元件和执行部件,主要采用法国施耐德的Quantum系列PLC来对水泵及阀门进行控制;本系统中涉及到的一些数据的采集、检测、对水泵等的一系列控制则是通过变送器、变频器、低压开关、温度仪表、压力仪表等器件来实现,将检测到的下位机的各种数值通过通信接口传递到上位机的组态界面中,然后由上位机的组态软件作出相应反应向PLC发出指令进而实现对某些具体部件的控制;而现场配线可以通过电气方面的知识来完成[4]。
具体做法是在风箱中通入水管,水在水管与汽包中循环流动,水受热达到一定温度的蒸汽从管道里输走,这样就降低了烟气的温度,也就达到了余热回收利用的目的了。
其中需要控制的主要有一常一备两台水泵和汽包放散阀、管道排污阀、放水阀及1#,2#排污阀等六个阀门。
在正常工作的时候两台水泵每隔24小时切换一次,当一台水泵出现故障的时候另一台马上投入运行,要实现无扰动切换,水泵的工作频率有自动给定和手动给定两种,自动给定由检测汽包液位通过变频器给定而手动给定则需要在控制界面上手动设定[5]。
六个阀门在上位机的控制下可以实现授权机旁或者主控两种控制方式,每种方式又可分单机或者联动控制。
当单机控制时每个阀门的控制按钮只能控制它所对应的阀门,而联动时每按一个按钮就可以控制六个阀门。
六个阀门也可以在上位机的控制下进行自动控制,即每八小时排污一次。
2烧结余热回收控制系统的介绍
2.1余热锅炉系统
该余热锅炉系统包括汽包、两个锅炉受热面、预热器和过热器,通过上升管和下降管连接,组成自然循环系统,如图2.1所示。
图2.1余热锅炉系统的构成
2.1.1排污系统
排污系统由汽包的排污管、过热器排污管和两个锅炉受热面的上、下联箱排污管组成。
每个排污管下端装有电动排污阀,可实现自动定期或随时排污。
排污水经降温池缓冲后,流入厂区下水管网。
2.1.2锅炉系统
该余热锅炉的两个锅炉受热面合用一只汽包,汽包的正常水位应在其中心线上,波动范围为±40mm,汽包内压力不大于1.4Mpa,且设有超高低水位及超压报警。
用差压变送器配平衡容器来检测汽包水位,通过变频给水泵调节水位。
用压力变送器检测汽包内压力,当压力过高时,可自动的控制放散阀来降低汽包内的压力。
汽包底部设有1根Φ57mm的排污管,可对汽包内部进行自动定期或随机排污。
其
最低处设置了14个Φ133的下降管孔,其两侧上方与水平夹角40°处各开一排Φ159的上升管孔,共计14个,汽包顶部安装了两个DN80重锤式安全阀。
2.1.3上升管与下降管系统
汽包与1号、2号锅炉受热面分别由7根Φ133×5的下降管和7根Φ159×6的上升管连接,组成余热锅炉的自然循环系统。
2.1.4锅炉受热面
锅炉受热面由上、下联箱、翅片管束和箱体构成。
其中,上联箱22根,管径为Φ80mm;下联箱22根,管径为Φ70mm;翅片管为22行20列错列布置。
1号、2号受热面的底端和顶端分别装有温度和压力检测装置。
2.2监控系统功能结构
该系统包括电气仪表基础自动化层和过程控制层。
电气仪表基础自动化层的主要任务是:
根据HMI的操作指令和现场检测器的信号,完成各个工艺设备或工艺过程的顺序控制、逻辑控制和PID调节控制,进行工艺过程及设备状态的实时数据采集、整理,然后传送到过程控制层,完成各工艺过程及设备的故障报警、处理及显示;过程控制层主要完成工艺过程的生产数据采集、数据分析、操作数据设定、打印报表等。
监控系统的硬件构成如图2.2所示。
1、现场服务器/客户机
本系统比较小,故未设专门的服务器、客户机,而是将二者合一了。
服务器/客户机主要完成PLC与上位机之间的数据传输、数据存储、报警等功能。
同时服务器/客户端采用IntellutionIfix3.0上位监控软件,主要完成对现场各个设备检测、监视、控制、调节、诊断,包括排污系统、锅炉系统、受热面。
2、现场工程师站
现场工程师站主要完成对电气仪表基础自动化层的修改与调试。
具体就是根据系统控制要求的变更,完成各个工艺设备或工艺过程的顺序控制、逻辑控制和PID调节控制的修改与调试。
3、PLC
系统有一个PLC控制站,一个远程I/O站,均采用SchneiderQuantum系列PLC。
为了保证网络的可靠性,使用了两块NOE通讯模块。
4、系统通讯
ModiconQuantumPLC提供了广泛、多种层次及协议的通信能力,分别为TCP/IPEthernet、ModbusPlus、Modbus。
本系统使用TCP/IPEthernet通信,采用100Mb/s光纤冗余总线以太网,在可编程控制单元及上位监控单元都被分配到独一无二的IP地址,可编程控制系统的CPU通过本站的NOE模板,利用Concept下的I/OSCANNER或TCP/IP读写功能块设置IP地址及传输的寄存器地址,经过Switch交换机在以太网上进行信息发送和接收。
上位监控系统通过以太网卡,经过Switch交换机在以太网上与服务器之间发送和接收信息。
同时操作人员可从远程管理站完成工艺过程的生产数据采集、数据分析、操作数据设定、打印报表等。
图2.2监控系统硬件构成图
3PLC硬件选择及软件设计
3.1PLC简介
可编程控制器,简称PLC(ProgrammablelogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
3.1.1可编程序控制器概述
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”可编程序控制器的控制对象可以是单台或多台机电设备,也可以是生产流水线。
使用者可以根据生产过程和工艺要求设计控制程序,然后将其送入PLC。
程序投入运行后,PLC就在现场输入信号的作用下,按照预先送入的程序控制现场的执行机构按一定的规律动作。
近年来,PLC把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体,使它能完成以下功能:
1、逻辑控制。
2、定时控制。
3、计数控制。
4、步进控制。
5、A/D、D/A转换。
6、数据处理。
7、通讯与联网。
8、对控制系统监控。
3.1.2可编程序控制器的基本组成
可编程序控制器构成的基本控制系统硬件简化框图如图3.1所示。
其中可编程序控制器的基本组成由虚线框内的四部分组成。
图3.1PLC组成基本控制系统结构简图
1、中央处理器(CPU)。
2、存储器。
3、输入/输出(I/O)模块。
4、电源。
3.1.3可编程序控制器在国内外的发展状况
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。
限于当时的元器件条件及计算机发展水平,早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成,可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器,使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用,可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言,并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
20世纪70年代中末期,可编程控制器进入实用化发展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初,可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。
这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
从控制规模上来说,这个时期发展了大型机和超小型机;从控制能力上来说,诞生了各种各样的特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合;从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。
最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。
接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。
目前,我国自己已可以生产中小型可编程控制器。
上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。
此外,无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。
可以预期,随着我国现代化进程的深入,PLC在我国将有更广阔的应用天地。
3.2PLC的选型
本系统使用的PLC选择施耐德公司Quantum系列PLC,Quantum是一种高性的过程应用优化平台,其主要优点是:
1、具有强大的处理和存储能力:
程序存储器高达7.168Mb,数据存储器达到768KB,在这样大的存储空间的支持下,Quantum系列PLC的处理能力高于以往任何时候。
PLC可装载全部项目源代码、复杂的过程数据结构、源格式内的时间戳诊断信息,并能存储方案或跟踪数据。
处理速度明显加快,执行一条逻辑指令的时间为0.052us,执行一条数字指令的时间为0.045us,执行一条浮点指令时间为0.4us,不论何种应用程序,采用何种IEC语言,都会收益于快速的扫描速度。
2、易扩展的解决方案:
有了模块化和可扩充的体系结构(扩展框架、处理器、PCMCIA存储器等)Quantum自动化平台可以满足最复杂应用的需求,无论是在集中式还是分布式拓扑结构中。
3、高效率高可靠性。
4、强大的过程控制库。
5、支持用于批量/过程应用的现场总线。
6、新CPU配有集成以太网TCP/IP端口。
7、高性能热备解决方案。
8、采用特殊处理,抵抗腐蚀性气体。
3.3PLC模块的选择
3.3.1底板的选择
底板用140XBP01600型底板一块,具有16槽,大小为671*290*104mm,如图3.2所示。
还用140XBP01000型底板一块,为10槽模块,大小为428*290*104mm,如图3.3所示。
图3.2槽底板
图3.3槽底板
3.3.2电源模块的选择
电源模块用140CPS11420型模块,输入电压为~170-264V,频率47-63Hz,输入电流0.75A,输出电流20A,输出至总线电压为5.1V,熔断方式为20A慢熔断,最大电源中断时间满负载时为1/2周期,共用到2块该型号的模块,分别插在两个机架上,其外形如图3.4所示。
图3.4电源模块外形
3.3.3CPU模块的选择
CPU模块用140CPU43412A型模块,处理器为486DX,时钟速度为66MHz,SRAM存储器大小为2M,闪存为1M,寄存器大小为57K,最大容量IEC1131-3程序储器为896K,具有两个Mudbus端口,支持6个远项模板。
3.3.4输入输出模块的选择
AI模块用140ACI03000型模块,8个12位通道,单极,输入电压1-5V,输入电流4-20mA,总点数为8个,共地点数为1个,寻址9字,总线电流为240mA,共用2块。
AO模块用140ACO02000型模块,4个12位通道,输出电流4-20mA,总点数4个,共地点数为1个,寻址4个字,总线电流480mA,共用1块。
DI模块用140DAI75300型模块,电压~230V,4组8输入,共用2块。
DO模块用140DAO85300型模块,电压~24-230V,4组4输出,共用2块。
3.3.5通讯模块的选择
通讯模块用140NOE77101型模块,本系统共用该型号模块2块。
140NOE77101以太网网络模块是单槽形式的模块,在ModiconQuantumPLC配置中,它们须安装在本地机架插槽内。
对于一个具体的配置来说,可能会用到2到6个应用程序专用模块,其中包括网络模块,模块的多少取决于处理器的类型。
TCP/IP140NOE77101以太网模块的前面板包括:
1、一个显示功能块,用来给出模块的状态以及网络的传输状态。
2、一个用于100BASE-FX光学接口(MT-RJ)的接口。
3、一个用于10BASE-T/100BASE-TX接口的标准(RJ45)接头。
3.3.6其他模块的选择
本系统还要用到的其他模块有:
140CRA93200型QuantumRIO适配器模块1块,该模块为RIO站适配器,S908RIO,单电缆。
140CRP93200型QuantumRIO适配器模块1块,该模块为RIO处理器接口,S908Head,双电缆。
MA-0329-001型网络接头模块1块,是远程电缆F接头。
MA-0185-100型网络分支器模块1块,是远程电缆TAP接头。
3.4输入输出模块的安装地点与作用
所用到的模块的安装位置如图3.5,3.6所示。
图3.5主底板模块安插位置示意图
图3.6扩展底板模块安插位置示意图
1、AI模块
用于各种压力用仪表检测后得到数据的输入端口,两块AI模块分别插入机架3#、4#槽,每个AI模块有8个通道,其中用到了第一个模块的7个通道和第二个模块的5个通道,其余通道备用。
2、AO模块
输出4-20mA电流,用于给变频器设定频率,插入机架8#槽。
3、DI模块
用于控制水泵和排污阀信号的输入,插入机架9#、10#槽。
4、DO模块
用于输出信号控制电机的启动、停止和阀门的开阀、关阀,插入机架的11#、12#槽。
3.5下位机软件设计
PLC程序的编制在现场工程师站中完成,本系统采用ModiconQuantum的配套编程工具CONCEPT2.6完成硬件组态、参数设置、编程、测试、调试和文档处理。
Concept提供了与IEC1131-3标准兼容的编程语言:
1、功能块语言FBD(功能块图),
2、
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