徐 蕾，楊 濤，潘忠民，白洪光

（1濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南250101；2山東省冶金科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014）

煤氣柜自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

徐 蕾1，楊 濤1，潘忠民1，白洪光2

（1濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南250101；2山東省冶金科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014）

濟(jì)鋼煤氣柜自動(dòng)化控制系統(tǒng)選用PLC作為基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備，采用RSlogix5000編程軟件，運(yùn)用梯形邏輯LD控制及功能塊FBD相結(jié)合的編程方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐煤氣柜、焦?fàn)t煤氣柜、焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)、油泵等設(shè)備的啟停和安全保護(hù)。該控制系統(tǒng)滿足了工藝需求，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工藝流程的自動(dòng)檢測(cè)、控制及管理監(jiān)視，提高了煤氣存儲(chǔ)及輸送的操作效率。

煤氣柜；自動(dòng)控制系統(tǒng)；PLC

煤氣在使用過(guò)程中容易產(chǎn)生管網(wǎng)壓力波動(dòng)，存在不安全因素，而煤氣柜是調(diào)劑煤氣供應(yīng)、減緩管道波動(dòng)的有效方法。濟(jì)鋼結(jié)合自身?xiàng)l件投資建設(shè)2座16.5萬(wàn)m3煤氣柜，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確地監(jiān)控煤氣柜系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)工藝參數(shù)，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定、協(xié)調(diào)和優(yōu)化。

1 煤氣柜自動(dòng)控制系統(tǒng)

煤氣柜系統(tǒng)主要分為稀油密封煤氣柜的活塞系統(tǒng)，密封油循環(huán)系統(tǒng)及加壓機(jī)站系統(tǒng)。該系統(tǒng)所控設(shè)備較多，控制精度要求高，且直接影響到其他工序的穩(wěn)定生產(chǎn)。依據(jù)系統(tǒng)功能要求，在充分考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、易操作維護(hù)的基礎(chǔ)上，選用Rockwell公司1756系列PLC作為基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備，高爐煤氣系統(tǒng)和焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)各由1套PLC控制，數(shù)據(jù)交換采用工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP技術(shù)，提高了系統(tǒng)信息傳輸?shù)目焖傩?，有效地避免了信息傳輸?shù)难訙罢`碼。每套系統(tǒng)各設(shè)2套HMI上位機(jī)，可實(shí)現(xiàn)資源信息共享，互為備用。與其他系統(tǒng)有關(guān)的連鎖信號(hào)，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系。

煤氣柜控制系統(tǒng)支持多種體系結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)如下：1）采取統(tǒng)一靈活的背板總線技術(shù)，通訊速率達(dá)到80 Mbps。2）支持模板熱更換，可帶電更換任何模塊而不損壞，電子模塊ID保證用戶(hù)配置與實(shí)際模塊一致。3）強(qiáng)大的處理器功能，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，易于升級(jí)，LED顯示電源、系統(tǒng)就緒、運(yùn)行及通訊狀態(tài)。4）提供TCP/IP Ethernet模塊，應(yīng)用層使用事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的ControlNet協(xié)議。5）快速、靈活、使用方便。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)軟件配置

系統(tǒng)采用RSlogix5000編程軟件，運(yùn)用梯形邏輯LD控制及功能塊FBD相結(jié)合的編程方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高爐煤氣柜、焦?fàn)t煤氣柜、焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)、油泵等設(shè)備的啟停和安全保護(hù)，利用功能塊FBD強(qiáng)大的模擬量處理功能來(lái)完成模擬量的采集及處理。

上位監(jiān)控軟件采用服務(wù)器與客戶(hù)機(jī)二合一的RSview監(jiān)控軟件，運(yùn)行在Windows2000平臺(tái)上。該監(jiān)控軟件建立在多層次體系結(jié)構(gòu)上，綜合了3種不同的功能，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、數(shù)據(jù)處理功能和用戶(hù)接口功能?？少x予工作人員不同的操作級(jí)別，如賦予操作人員操作權(quán)限，但僅能對(duì)畫(huà)面進(jìn)行瀏覽操作；賦予維護(hù)工程師維護(hù)權(quán)限；賦予系統(tǒng)工程師編程組態(tài)權(quán)限，可以組態(tài)、修改、退出系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)通訊的建立

根據(jù)PLC、RSview及工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)資料，利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將上位機(jī)與PLC連起來(lái)，PLC通過(guò)遠(yuǎn)程I/O與遠(yuǎn)程設(shè)備相連，構(gòu)成二級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)。在工程前期充分模擬現(xiàn)場(chǎng)的通訊條件進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換的測(cè)試，并在上位機(jī)之間通過(guò)以太網(wǎng)與相關(guān)系統(tǒng)相連，完成系統(tǒng)間的通訊調(diào)試。

2.3 上位監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

RSview監(jiān)控軟件是在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)，提供適用于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖形顯示、消息、歸檔及報(bào)表的功能模塊；提供用于用戶(hù)解決方案的開(kāi)放界面；支持直接引入Windows源文件；圖形組件的最終外觀由設(shè)計(jì)者動(dòng)態(tài)控制，圖型的動(dòng)態(tài)控制參數(shù)如位置、幾何形狀、顏色和樣式，可通過(guò)程序直接控制。

操作站上可實(shí)現(xiàn)功能：流程圖窗口畫(huà)面顯示功能，控制窗口畫(huà)面，趨勢(shì)窗口畫(huà)面，報(bào)警窗口畫(huà)面，報(bào)表窗口畫(huà)面，系統(tǒng)安全權(quán)限設(shè)置商務(wù)部分。

2.4 PLC軟件的編制

根據(jù)工藝要求及控制工藝流程圖編制系統(tǒng)的控制程序，主要包括系統(tǒng)聯(lián)鎖控制、系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)工作狀態(tài)選擇、系統(tǒng)故障分析及綜合和系統(tǒng)通訊等。

2.4.1 煤氣柜柜位控制

焦?fàn)t煤氣柜共有3臺(tái)加壓機(jī)，采用2開(kāi)1備方式，當(dāng)焦?fàn)t煤氣柜柜位低于低限L時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，并停掉1臺(tái)加壓機(jī)，待柜位高于低限L+l時(shí)，手動(dòng)開(kāi)啟第2臺(tái)加壓機(jī)；當(dāng)焦?fàn)t煤氣柜柜位低于低低限LL時(shí)，兩臺(tái)加壓機(jī)停止運(yùn)行；進(jìn)口總管壓力低于500 Pa時(shí)，加壓機(jī)自動(dòng)停止。當(dāng)焦?fàn)t煤氣柜柜位高于高限H時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，并關(guān)閉煤氣柜進(jìn)口閥。

2.4.2 加壓機(jī)后壓力（變頻）調(diào)節(jié)

加壓機(jī)后壓力是用戶(hù)氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一，本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其設(shè)定值為10 kPa，當(dāng)加壓機(jī)后出口壓力升高/降低時(shí)，增大/減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，以“變”求“穩(wěn)”。在計(jì)算機(jī)和變頻器上都設(shè)置了最低運(yùn)行頻率，從而保證出口壓不至于太低，這兩個(gè)頻率運(yùn)行下限是保證加壓機(jī)設(shè)備安全、用戶(hù)正常生產(chǎn)的兩道防線。當(dāng)加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速靠變頻器的調(diào)節(jié)達(dá)到最大或最小而壓力值仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，這時(shí)要利用加壓機(jī)入口的電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)該控制方式正常情況下，閥位一直保持一定的開(kāi)度，當(dāng)變頻器故障或變頻器為極限值時(shí)，轉(zhuǎn)換為自動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.4.3 油泵房電動(dòng)油泵控制

每一個(gè)煤氣柜共有4個(gè)油泵房，每個(gè)油泵房?jī)?nèi)設(shè)2臺(tái)油泵，1用1備，設(shè)有就地機(jī)旁操作箱手動(dòng)操作和HMI上的集中手動(dòng)操作及自動(dòng)操作3種操作方式。當(dāng)浮子室內(nèi)的油位達(dá)到875 mm時(shí)，第1臺(tái)泵啟動(dòng)；達(dá)到950 mm時(shí)，備用泵啟動(dòng)，2臺(tái)泵同時(shí)工作；達(dá)到750 mm時(shí)，備用泵停；當(dāng)浮子室內(nèi)的油位達(dá)到675 mm時(shí)，第1臺(tái)泵停；畫(huà)面累計(jì)各油泵啟動(dòng)次數(shù)并記錄，如需清零可按清零按鈕。

2.4.4 煤氣加壓機(jī)出口總管流量檢測(cè)

煤氣加壓機(jī)出口總管流量檢測(cè)，煤氣加壓機(jī)出口總管管道上的孔板和現(xiàn)場(chǎng)差壓變送器的流量信號(hào)（4～20 mA，24 VDC），在進(jìn)入PLC后，首先進(jìn)行溫度補(bǔ)償，其溫度補(bǔ)償運(yùn)算公式為：Qn=Qa×Kt。式中：Kt為溫度補(bǔ)償系數(shù)，Kt=（Td/Ta）/2；Qn為補(bǔ)償后的實(shí)際流量；Qa為檢測(cè)的過(guò)程流量；Td為孔板設(shè)計(jì)溫度；Ta為實(shí)際測(cè)量溫度。

溫度補(bǔ)償后作為系統(tǒng)的重要參數(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）系統(tǒng)采用100 M冗余環(huán)形以太網(wǎng)通訊，網(wǎng)絡(luò)中任一工作站出現(xiàn)故障，其他工作站都可保持正常通訊和管理層網(wǎng)絡(luò)連接；把Rsview作為一個(gè)客戶(hù)端或服務(wù)器，使不同的Rsview站相互之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，管理人員在辦公室內(nèi)就可了解工廠生產(chǎn)情況，提高了管理的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性；賦予操作人員不同的操作級(jí)別，提高了系統(tǒng)信息傳輸?shù)目焖傩约鞍踩?，有效地避免了信息傳輸?shù)难訙罢`碼。

2）系統(tǒng)占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存少，可高質(zhì)量、高效率地完成監(jiān)控操作并防止死機(jī)。

3）采用參數(shù)自調(diào)整PID控制技術(shù)。由于煤氣管網(wǎng)壓力存在波動(dòng)大、擾動(dòng)因素多，傳統(tǒng)的串級(jí)PID調(diào)節(jié)難以取得滿意的調(diào)節(jié)效果。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)以及利用RSview提供的完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室反復(fù)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試，在系統(tǒng)中采用適時(shí)調(diào)整PID參數(shù)的方法對(duì)管網(wǎng)壓力進(jìn)行調(diào)解，將壓力波動(dòng)控制在最小的范圍內(nèi)。

4）實(shí)行多點(diǎn)、多手段監(jiān)測(cè)，將活塞系統(tǒng)進(jìn)行四重聯(lián)鎖保護(hù)。對(duì)活塞系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的柜位、柜壓、活塞升降速度和活塞傾斜度等重要檢測(cè)點(diǎn)實(shí)行多點(diǎn)、多手段監(jiān)測(cè)，利用系統(tǒng)對(duì)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，力求數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與實(shí)時(shí)，將活塞系統(tǒng)實(shí)行四重聯(lián)鎖保護(hù)，煤氣柜系統(tǒng)的安全性和生產(chǎn)可持續(xù)性大大提高。

4 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)鋼2×16.5萬(wàn)m3煤氣柜控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的工控技術(shù)，軟硬件成熟可靠，完全滿足了工藝需求，工況穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工藝流程的自動(dòng)檢測(cè)、控制及管理監(jiān)視，提高了煤氣存儲(chǔ)及輸送的操作效率，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，減輕了生產(chǎn)操作的難度與強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率及整體工藝裝備水平。

Development and Application of The Automatic Control System for Gas Tank

XU Lei1,YANG Tao1,PAN Zhong-min1,BAI Hong-guang2
（1 Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China;2 Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

Jinan Steel’s automatic control system for gas tank made PLC as basic automation device,adopted Rslogix5000 programming software and programming mode of trapezoid logical LD control associating with function blocks FBD,realizing the start,stop and safe protection of BF gas tank,coke-oven gas tank,coke-oven gas pressure device and the oil pump.The control system met the process demands completely.The working conditions were steady,implementing automatic detection,management and monitoring for entire process flow,improving the operation efficiency of gas storage and transportation.

gas tank;automation control system;PLC

TP273

：B

：1004-4620（2011）04-0052-02

2010-12-17

徐蕾，女，1971年生，2006年畢業(yè)于北京科技大學(xué)控制工程專(zhuān)業(yè)，工程碩士?，F(xiàn)為濟(jì)鋼裝備部高級(jí)工程師，從事設(shè)備管理工作。