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[導(dǎo)讀] 一、引 言 在焦化廠配煤煉焦生產(chǎn)工藝過(guò)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(dòng)配煤,它是整個(gè)焦化生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量的焦炭

一、引 言

在焦化廠配煤煉焦生產(chǎn)工藝過(guò)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(dòng)配煤,它是整個(gè)焦化生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),對(duì)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。它可確保鋼廠生產(chǎn)所需優(yōu)質(zhì)鐵水對(duì)焦炭低硫高強(qiáng)度的要求,實(shí)現(xiàn)大型、高效、環(huán)保、節(jié)能的清潔生產(chǎn)目標(biāo)。為使焦?fàn)t煤料的配比更加準(zhǔn)確及系統(tǒng)可靠,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤裝置智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,向企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)源,為此在反復(fù)比較了多套當(dāng)今市場(chǎng)流行的自動(dòng)化方案基礎(chǔ)上,最后選擇西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的解決方案。

二、系統(tǒng)工藝要求

1. 工藝概述

每個(gè)儲(chǔ)煤槽中的單種煤通過(guò)圓盤給料機(jī)均勻地落到定量給料機(jī)皮帶上,稱量和速度信號(hào)分別進(jìn)入到控制系統(tǒng),經(jīng)過(guò)乘積運(yùn)算處理計(jì)算出實(shí)際給料量,將實(shí)際給料量與設(shè)定的給料量不斷進(jìn)行比較輸出兩路PID控制信號(hào),分別對(duì)圓盤給料機(jī)和定量給料皮帶機(jī)進(jìn)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(tái)CFW給料流量的恒定,以確保所設(shè)定總配比的要求。自動(dòng)配煤裝置實(shí)現(xiàn)24套圓盤給料機(jī)、定量給料機(jī)的順序起停、報(bào)警以及模擬量的輸入、輸出,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)的控制,完成不同原煤料混勻給料、煤比計(jì)算及配煤流量控制并實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)與帶式輸送機(jī)的起停連。圓盤及定量給料皮帶機(jī)原理如圖1所示:

圖1 圓盤及定量給料皮帶機(jī)原理圖

2.計(jì)量控制原理

CFW定量給料機(jī)主要分為四大單元:稱重單元、皮帶測(cè)速單元、積算控制單元、驅(qū)動(dòng)單元,其中稱重單元,皮帶測(cè)速單元,驅(qū)動(dòng)單元作為給料機(jī)的部件安裝在機(jī)械本體上。

稱重單元主要由計(jì)量托輥和兩個(gè)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(tái)上,其測(cè)量出輸送帶上物料的單位長(zhǎng)度重量;皮帶測(cè)速單元采用高精度脈沖編碼器安裝在從動(dòng)滾筒軸端,通過(guò)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào),以上重量信號(hào)(毫伏級(jí))及脈沖信號(hào)分別傳送至積算控制系統(tǒng)。

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%

給料方式:圓盤給料

皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī):3.7KW 3φAC380V

圓盤驅(qū)動(dòng)電機(jī):15KW 3φAC380V

給料機(jī)輸送帶寬度:800mm

輸送機(jī)能力范圍: 10~100t/h

輸送機(jī)速度:0.1m/s~1m/s

配料秤系統(tǒng)精度:優(yōu)于0.5%

三、控制系統(tǒng)構(gòu)成

1.系統(tǒng)總貌

整個(gè)自動(dòng)配煤裝置為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化管理,所有的操作和監(jiān)視均在中央控制室中進(jìn)行,系統(tǒng)采用分布式計(jì)算機(jī)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(jī)、48套SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70工程型變頻器、24臺(tái)CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器、3套OSM等控制單元構(gòu)成一個(gè)基于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(shí)時(shí)性和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求,Profibus是全球范圍內(nèi)目前唯一能夠以標(biāo)準(zhǔn)方式應(yīng)用于所有領(lǐng)域并貫穿整個(gè)過(guò)程鏈的現(xiàn)場(chǎng)總線。這種系統(tǒng)架構(gòu)充分利用發(fā)揮了西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的資源,具有高可靠性,強(qiáng)抗干擾能力和靈活的可擴(kuò)充性,可獨(dú)立完成對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,精度控制,監(jiān)控連鎖。上位機(jī)WINCC V6.0組態(tài)軟件作為HMI,通過(guò)操作畫面對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,報(bào)警,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過(guò)程參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線、歷史趨勢(shì)顯示、報(bào)警記錄、配方管理、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、各類數(shù)據(jù)歸檔和安全連鎖保護(hù),同時(shí)通過(guò)VBA編程實(shí)現(xiàn)Excel報(bào)表輸出、打印及預(yù)覽等功能。系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)重量、速度、位置、缺料、堵料、皮帶打滑、電機(jī)啟停、電流、轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速等一千多個(gè)模擬量I/O和數(shù)字量I/O控制點(diǎn),具有48個(gè)PID閉環(huán)控制回路和2套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)操作站。整套系統(tǒng)通過(guò)光纖交換機(jī)進(jìn)入Ethernet與焦業(yè)公司的其它焦化工藝段及廠級(jí)管理網(wǎng)進(jìn)行銜接,達(dá)到管控一體化水平。自動(dòng)配煤裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示:

圖2 自動(dòng)配煤裝置系統(tǒng)圖

2.系統(tǒng)配置

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

(1)硬件配置組成(2套控制柜)

控制系統(tǒng)主要采用西門子SIMATIC系列產(chǎn)品,其硬件主要配置如下:

工控機(jī):ADVANTECH IPC-610、P4/2.8GHz/80Gb/512Mb/CP1613網(wǎng)卡/19’LCD 2套;

電源:SITOP電源 24VDC/10A 2個(gè);PS307 24VDC/5A電源模塊 6套;

UPS 3KVA在線式 2套;

PLC: CPU 315-2DP 2套;

SM 321 DI模板 18塊;

SM 322 DO模板 8塊;

SM 331 AI模板 4塊;

CP343-1 以太網(wǎng)模板 2塊;

CP342-5 DP模板 2塊;

ET200M IM 153-1分布式接口模板 4塊。

(2)驅(qū)動(dòng)配置組成(8套變頻柜)

變頻器采用西門子SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列產(chǎn)品,其產(chǎn)品配置如下:

變頻器:SIEMENS 6SE70234EC61 15KW 24臺(tái)(控制圓盤驅(qū)動(dòng));

SIEMENS 6SE70210EA61 4KW 24臺(tái)(控制皮帶驅(qū)動(dòng));

Profibus-DP通訊板:CBP2 48塊;

變頻操作面板:OP1S 2塊;

SITOP電源:380V AC/24VDC/10A 8個(gè);

驅(qū)動(dòng)裝置:SEW-EURODRIVE 軸裝式電機(jī)/減速機(jī)一體化裝置 48套。

(3)網(wǎng)絡(luò)及軟件配置

OSM光纖交換機(jī):

TP22 6GK1105-2AE00 2套;

TP62 6GK1105-2AB10 1套;

軟件: STEP7 V5.3 1套;

WINCC V6.0+SP3 RT 64K 2套;

RC 64K 1套;

SOFTNET-S7 V6.2 2套。

(4)稱重部件配置

計(jì)量稱重檢測(cè)部件主要采用Yamato系列產(chǎn)品:

稱重傳感器:UB2S-100kg 48個(gè);

測(cè)速單元:LE-627 24套;

回路調(diào)節(jié)控制單元:CFC-200C 24套;

自動(dòng)標(biāo)定驅(qū)動(dòng)單元:ORIENTAL-MOTOR 2RK6GN 24套。

3.網(wǎng)絡(luò)通訊

根據(jù)本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊要求和特點(diǎn),在設(shè)備層與控制層之間我們選用了Profibus-DP通訊方式,其優(yōu)點(diǎn)是適合實(shí)時(shí)性要求高、多個(gè)從站設(shè)備位置分散、快速周期性數(shù)據(jù)交換等場(chǎng)合,每套SIMATIC S7-315-2DP CPU所集成的DP口作為分布式I/O ET200M(2套)和CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器(12套)的DP1主站,另一路由擴(kuò)展CP342-5模塊作為DP2主站,連接SIMOVERT MASTERDRIVES矢量變頻器 SIEMENS 6SE70+CBP2(24套從站),以上兩路Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)確保了配煤系統(tǒng)的綜合精度、快速數(shù)據(jù)交換、同步響應(yīng)、可靠性、故障診斷和維護(hù)等方面的總體性能要求。

控制層與信息層采用TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)通訊,CP343-1以太網(wǎng)模板使S7-300 PLC成為工業(yè)以太網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)并通過(guò)Siemens OSM光纖交換機(jī)建立起PC站對(duì)控制層的訪問(wèn)通道,操作站/工程師站配置Siemens CP1613網(wǎng)卡通過(guò)專用雙絞線與OSM連接,3臺(tái)OSM交換機(jī)通過(guò)光纖連接構(gòu)成一個(gè)100M環(huán)形的主網(wǎng),工業(yè)以太網(wǎng)適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的交換和遠(yuǎn)距離傳輸,是目前實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間通訊的理想選擇。

OSM光纖交換機(jī)具有如下特點(diǎn):

·通訊可靠,網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)后可迅速重構(gòu)(<0.3秒)

·通過(guò)集成的冗余管理器可以實(shí)現(xiàn)快速介質(zhì)冗余

·通過(guò)100Mbit/s的高速率和負(fù)載隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的提升

·冗余環(huán)中的通訊速率為百兆,每個(gè)環(huán)上最多可使用50個(gè)OSM

·使用多模光纖的兩個(gè)模塊間的最大距離是3000m

·簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)配置和擴(kuò)展診斷

·24V DC冗余供電

4.STEP7及WINCC編程組態(tài)

配煤控制系統(tǒng)以SIMATIC Step7 V5.3和WinCC V6.0為軟件開發(fā)平臺(tái);STEP7編程軟件包主要完成S7-300、ET200M類型配置、物理地址配置、硬件組態(tài)配置、網(wǎng)絡(luò)通信端口配置、OB、FB、FC編程等任務(wù),WinCC V6.0是SIMATIC全集成自動(dòng)化的重要組成部分,它向用戶提供了極大的應(yīng)用靈活性和系統(tǒng)開方性,在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,是當(dāng)今優(yōu)秀的HMI/SCADA軟件。

(1)STEP7編程及硬件組態(tài)

PLC軟件設(shè)計(jì)中充分利用STEP7的結(jié)構(gòu)化編程方式,根據(jù)不同的需要建立起公共的功能塊,經(jīng)參數(shù)傳遞來(lái)反復(fù)進(jìn)行調(diào)用,因而整個(gè)系統(tǒng)程序?qū)哟畏置?,易于理解和修改?/p>

SIMATIC STEP7 H/W Config中組態(tài)配置內(nèi)容包括:硬件名稱和類型選擇、模塊安裝次序、模塊I/O地址、GSD文件安裝、DP網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(主從站地址、傳輸速率、操作模式)等。

H/W硬件配置如下圖所示:

圖3 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)硬件配置圖

(2)通信編程

西門子S7-315-2DP CPU作為DP Master站訪問(wèn)各類從站,其通信編程方法有多種,最常用的是在OB1中調(diào)用通訊系統(tǒng)功能塊SFC14和SFC15來(lái)完成從站上的I/O數(shù)據(jù)的讀寫訪問(wèn),本項(xiàng)目中以上主站通信對(duì)應(yīng)的從站類型包含分布式I/O ET200M和調(diào)節(jié)控制器CFC-200。

CP342-5 作為Profibus-DP主站時(shí),最多可鏈接 124個(gè)從站,和每個(gè)從站最多可以交換244個(gè)輸入字節(jié)(Input)和244個(gè)輸出字節(jié)(Output),與所有從站總共最多交換2160個(gè)輸入字節(jié)和2160個(gè)輸出字節(jié),但其DP通信編程與S7-300 CPU所集成的DP站有所不同,CP342-5為主站其模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器與從站的I/O數(shù)據(jù)區(qū)的通訊過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的,但必須填寫CP342-5模塊的硬件起始地址參數(shù),使CPU能尋址到CP342-5位置,這個(gè)起始地址就是16進(jìn)制的CPLADDR參數(shù),它表示硬件組態(tài)的PZD起始地址,可在OB1程序中調(diào)用功能塊“DP_SEND” FC1和 “DP_RECV” FC2,來(lái)完成CPU經(jīng)CP342-5數(shù)據(jù)寄存器對(duì)PKW、PZD的數(shù)據(jù)交換;本例中CP342-5模塊所連接的DP從站為SIEMENS 6SE70變頻器 + CBP2總線適配器,MASTERDRIVES/DC MASTER CBP2 DPV1其PPO(參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象)類型共有以下5種:

圖4 CBP2 5種PPO類型

本例中根據(jù)實(shí)際情況選擇類型PPO 4,此類型沒(méi)有參數(shù)數(shù)據(jù)PKW,只有6個(gè)字的過(guò)程數(shù)據(jù)PZD,過(guò)程數(shù)據(jù)主要包含:起、停命令、電流反饋、速度給定及反饋、運(yùn)行和報(bào)警狀態(tài)等設(shè)定值和狀態(tài)值;但隨著今后的發(fā)展趨勢(shì),西門子將會(huì)取消PPO類型,代之以標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文或自由組態(tài),這樣一來(lái)參數(shù)數(shù)據(jù)PKW就可以采用非循環(huán)方式來(lái)訪問(wèn)(DPV1功能),非循環(huán)訪問(wèn)不需要組態(tài),用SFC58/59以讀/寫數(shù)據(jù)包的形式讀/寫參數(shù),而過(guò)程數(shù)據(jù)PZD還是采用循環(huán)方式傳送,這樣可大大減輕整個(gè)DP網(wǎng)的通信負(fù)荷。另外在通信編程必須注意以下幾點(diǎn):

·DP從站 I/O端口映射的I和Q存儲(chǔ)區(qū)起始地址必須從0開始;

·各個(gè)從站I/O端口地址應(yīng)連續(xù),相互之間不可有空隙;

·功能塊FC1和FC2中的發(fā)送及接收的數(shù)據(jù)字節(jié)應(yīng)全部覆蓋各個(gè)從站的PZD長(zhǎng)度。

本項(xiàng)目中MASTERDRIVES 與S7 300 DP通信編程步驟依次為:硬件組態(tài)(插入從站)、選擇數(shù)據(jù)格式(PP0類型)、I/Q address分配、創(chuàng)建DB數(shù)據(jù)塊、調(diào)用功能塊FC1(“SEND”)和FC2 (“RECV”)。見下圖功能塊調(diào)用:

圖5 FC1和FC2功能塊調(diào)用

(3)WINCC應(yīng)用

運(yùn)行于Microsoft Windows XP下的Windows控制中心─WinCC V6.0為過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者,作為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)重要組成部分,它將人機(jī)界面(HMI)系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)集成為一體,它采用標(biāo)準(zhǔn)微軟SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸擋存儲(chǔ),并提供了SIMATIC MES/ERP的高效連接通道。利用WinCC可根據(jù)配煤煉焦生產(chǎn)工藝要求與控制內(nèi)容,方便地制作配煤工藝流程界面、配方管理界面、各工藝和控制參數(shù)監(jiān)測(cè)界面、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)界面、各設(shè)備順序控制界面、報(bào)警指示和記錄界面、趨勢(shì)圖記錄界面等功能模塊的設(shè)計(jì),系統(tǒng)的各種控制參數(shù)、工藝參數(shù)及生成的數(shù)據(jù)庫(kù)均可自動(dòng)存儲(chǔ),實(shí)時(shí)查詢,同時(shí)自動(dòng)生成年、月、日?qǐng)?bào)表供打印和預(yù)覽。并啟用WinCC中的VBA腳本語(yǔ)言(Script)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)接口的ADO訪問(wèn)應(yīng)用功能, 從而能滿足系統(tǒng)的擴(kuò)展要求。

采用SIMATIC Step7+WinCC V6.0組合,可大大地降低系統(tǒng)開發(fā)的成本,縮短項(xiàng)目實(shí)施的周期,它具有應(yīng)用靈活、規(guī)??缮炜s、使用簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。另外,在本項(xiàng)目中充分利用 WinCC和Step7集成環(huán)境下的系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),在變量的操作、存取、修改和邏輯塊直接調(diào)用方面都給編程過(guò)程帶來(lái)了極大的方便,這種面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)特性在今后的功能擴(kuò)充、方案更改、系統(tǒng)優(yōu)化和維護(hù)方面都具有很大的實(shí)用性,是分布式SCADA系統(tǒng)及工廠基礎(chǔ)自動(dòng)化層次的理想選擇。

本例中根據(jù)系統(tǒng)工藝要求,應(yīng)用WinCC所開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)界面,采用樹型結(jié)構(gòu),具有多種畫面調(diào)用手段,以方便操作者使用,我們?cè)O(shè)計(jì)了以下幾個(gè)主要的功能畫面:

圖6 HMI監(jiān)控系統(tǒng)功能圖

工藝流程界面─在畫面中通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)模擬顯示各個(gè)自動(dòng)配煤工藝段的全流程,在各流程界面上動(dòng)態(tài)地顯示各臺(tái)給料機(jī)的設(shè)定流量、瞬時(shí)量、負(fù)荷率、倉(cāng)料位、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流反饋、配比、水份、小計(jì)累積量、總累積量、總流量、總設(shè)定量等等,以方便操作者能及時(shí)準(zhǔn)確的掌握當(dāng)前的工藝狀況,能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。

故障報(bào)警界面─對(duì)于自動(dòng)配煤中的一些重要的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警和自動(dòng)生成故障記錄表,并根據(jù)設(shè)備的故障性質(zhì),系統(tǒng)自動(dòng)診斷并采取相應(yīng)的處理,故障診斷報(bào)警內(nèi)容包含:稱重傳感器故障、測(cè)速單元故障、負(fù)荷率過(guò)載、速度上下限、流量上下限、缺料、皮帶斷裂/跑偏、網(wǎng)絡(luò)故障、偏差超限、電機(jī)過(guò)流/缺相/欠壓/過(guò)壓/短路等信息。

趨勢(shì)與統(tǒng)計(jì)界面─實(shí)時(shí)顯示主要變量的變化趨勢(shì)并形成歷史記錄,供今后可以查找過(guò)去的過(guò)程數(shù)據(jù)記錄,通過(guò)對(duì)各臺(tái)給料機(jī)的歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)比較,進(jìn)而可以為配比統(tǒng)計(jì)分析提供依據(jù),從而進(jìn)一步預(yù)測(cè)和提高焦炭的質(zhì)量。

流程監(jiān)控與操作界面─實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中各設(shè)備的順序邏輯控制和系統(tǒng)協(xié)同操作運(yùn)行,根據(jù)系統(tǒng)工藝流程的需求來(lái)確定運(yùn)行方式、選擇流程控制模式和相應(yīng)配方。系統(tǒng)操作根據(jù)控制方式可分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng),根據(jù)操作地點(diǎn)可分為現(xiàn)場(chǎng)就地操作、控制室操作、上位HMI集中操作,從而覆蓋整個(gè)焦化配煤的工藝要求。

其它如系統(tǒng)調(diào)試工具、網(wǎng)絡(luò)通信管理等界面主要為系統(tǒng)診斷、調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析、網(wǎng)絡(luò)SNMP管理時(shí)所使用,限于篇幅就不再詳述了。

5.變頻器驅(qū)動(dòng)的選型及參數(shù)設(shè)置

基于綜合因素的考慮,本次配煤皮帶/圓盤給料機(jī)驅(qū)動(dòng)單元選用SIMOVERT MASTERDRIVES全數(shù)字多功能技術(shù)的電壓源型變頻器SIEMENS 6SE70,該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、適合于惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、可靠性高、輸出紋波小、32位CPU全數(shù)字控制、故障自診斷處理、電機(jī)參數(shù)自動(dòng)辨識(shí)、組態(tài)功能豐富等特點(diǎn),其功率單元采用IGBT組件,具有良好的驅(qū)動(dòng)性能,同時(shí)具有強(qiáng)大的通訊功能,其驅(qū)動(dòng)通訊可以分為四種協(xié)議:Profibus-DP、USS、CAN、SIMOLINK。本例中是選擇CBP2通訊板來(lái)實(shí)現(xiàn)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊控制。

MASTERDRIVES 6SE70變頻器部分參數(shù)設(shè)置如下:

四、系統(tǒng)控制功能

1.稱重測(cè)控單元功能

稱重測(cè)控單元擔(dān)負(fù)著整個(gè)配煤的煤量采集計(jì)量作用,也是整個(gè)配煤系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ),其控制核心為CFC-200儀表,它是集調(diào)節(jié)與演算為一體的多功能控制器。它主要完成負(fù)荷、流量、累積量的采集,CFC-200儀表通過(guò)Profibus-DP接口與西門子PLC溶合為一體,達(dá)到數(shù)據(jù)無(wú)縫、透明共享的預(yù)期效果。

2.PLC實(shí)現(xiàn)的功能

實(shí)現(xiàn)各臺(tái)配煤給料機(jī)的流程啟動(dòng)和停止;故障診斷報(bào)警;倉(cāng)料位、圓盤電機(jī)、給料皮帶電機(jī)的流程連鎖和逆向啟動(dòng)、順向停車的順序控制;各臺(tái)設(shè)備/各工藝段之間的安全連鎖;各變頻器的頻率給定和速度控制;總配比流量的在線調(diào)整等功能。PLC按工藝要求完成系統(tǒng)的四種控制方式(現(xiàn)場(chǎng)就地控制、單臺(tái)手動(dòng)控制、單套聯(lián)動(dòng)控制、全自動(dòng)控制);另外,S7-300PLC作為Profibus-DP的網(wǎng)絡(luò)主站,起著整個(gè)系統(tǒng)的控制核心作用,是確保系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行的前提條件,并完成與上位機(jī)交換系統(tǒng)的所有過(guò)程參數(shù)和數(shù)據(jù)的任務(wù)。

3.上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能

實(shí)現(xiàn)煤料配合比例工藝流程的自動(dòng)監(jiān)控;管理生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)和狀態(tài);處理反映各種過(guò)程報(bào)警和歷史報(bào)警;瀏覽各實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)畫面;生成各種報(bào)表供瀏覽/查詢/打印;建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及歸檔數(shù)據(jù),為企業(yè)決策者提供工廠現(xiàn)場(chǎng)層實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)、曲線及統(tǒng)計(jì)分析表。利用WinCC中的C語(yǔ)言腳本(Script)及提供的各類應(yīng)用函數(shù),來(lái)靈活地完成系統(tǒng)復(fù)雜的控制要求,并將配煤系統(tǒng)的前后工藝段有機(jī)地組合起來(lái)。

以上三者相輔相成,構(gòu)成一套完整的自動(dòng)配煤解決方案,整個(gè)配料系統(tǒng)綜合精度優(yōu)于0.5%。

4.項(xiàng)目中的難點(diǎn)問(wèn)題及實(shí)施辦法

配煤煉焦有2大工藝段,每個(gè)工藝段有12套,合計(jì)共有24套給料機(jī),其配比的準(zhǔn)確和穩(wěn)定是焦炭質(zhì)量保障的關(guān)鍵。

后備PID調(diào)節(jié):但在實(shí)際運(yùn)行中配煤系統(tǒng)的配比會(huì)受到外界多種因素的影響,如煤質(zhì)、含水率、環(huán)境溫濕度、粘度、粒度等因素,從而直接引起下料不暢通、結(jié)塊、粘料等現(xiàn)象,影響配煤比例的恒定。針對(duì)上述情況,我們采用兩套PID自動(dòng)調(diào)節(jié)回路方案,正常情況下由CFC-200來(lái)執(zhí)行調(diào)節(jié),當(dāng)上述情況造成流量震蕩或偏差超限時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)切換由PLC來(lái)完成后備PID調(diào)節(jié),而此刻后備PID調(diào)節(jié)是根據(jù)所發(fā)生不同情況下的同種煤流量總和為目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié),從而優(yōu)化了過(guò)程控制的性能和效果。

后備計(jì)量切換:系統(tǒng)在正常情況下,其計(jì)量功能是有稱重測(cè)控單元來(lái)完成,它主要由UB2電阻應(yīng)變式傳感器和CFC-200儀表組成,一旦稱重測(cè)控單元中的任何一方故障都將導(dǎo)致稱重計(jì)量失敗。因此,我們采用了后備容積計(jì)量功能,當(dāng)一旦發(fā)生計(jì)量失敗情況時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)切換到容積計(jì)量模式,其設(shè)計(jì)思路為:在系統(tǒng)正常情況下由PLC對(duì)CFC-200所輸出的煤流量進(jìn)行密度逆運(yùn)算,得出其在預(yù)置時(shí)間跨度內(nèi)煤的瞬間密度,并不斷進(jìn)行跟蹤刷新和存儲(chǔ),當(dāng)進(jìn)入容積計(jì)量模式后,PLC將根據(jù)所記憶的瞬間密度,進(jìn)行流量運(yùn)算和控制調(diào)節(jié),而不影響系統(tǒng)的正常進(jìn)行。

五、應(yīng)用體會(huì)

整個(gè)自動(dòng)配煤系統(tǒng)投入使用后性能穩(wěn)定可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高、配煤準(zhǔn)確率和焦炭質(zhì)量穩(wěn)定率都得到大幅度的提高,不盡降低了煤耗和能耗,還大大地提高了生產(chǎn)效率,達(dá)到了預(yù)期的效果。

通過(guò)自動(dòng)配煤項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施,進(jìn)一步加深了對(duì)西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的了解。系統(tǒng)采用了工業(yè)以太網(wǎng)和Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)儀表、PLC、分布式I/O、操作站/工程師站、變頻驅(qū)動(dòng)器之間的相互通信,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性,減少了大量線纜,現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試的工作量也大大降低,縮短了項(xiàng)目實(shí)施周期,更提高了工作效率和項(xiàng)目質(zhì)量。

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