西门子PLC在高炉TRT中的应用.pdf

使用与维护 第 2 8 卷 2 0 1 0 年第 5 期 总第 1 4 9 期 西门子 P L C在高炉 T R T中的应用 彭爱春艾新华 唐 山不锈钢有限责任公 司 唐山0 6 3 1 0 0 摘要结合 T RT工程设计 、 调试 、 投运 的经验 ， 介绍 了西门子 P L C在 T RT自动化控 制 系统 中的应 用 ， 包 括 系统的硬 件组成、 实现功 能和 实际运行的效果。 关键词T R T高炉P L C S T E P 7 V 5 ． 1 W I NC C 1 项目简介 1 ． 1 设备简介 唐 山不锈钢有 限责任公 司4座高炉都配置了 高炉炉顶煤气余压发电系统 ， 简称T R T T o p G a s P r e s s u r e R e c o v e r y T u r b i n e ， 是利用高炉 炉顶煤气 中的压力能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机 发 电， 可 回收高炉鼓风机所需能量 的3 0 ％左右 ， 将 原本消耗在调压 阀组 的压力能和热能回收 ， 将其 转化为 电能用 于生产 ， 是高炉冶炼工序 的重大节 能项 目， 经济效益和社会效益十分显著。 1 ． 2工艺介绍 T R T 一次性投资见效快效益高， 不消耗任何燃 料 ， 也不污染环境 ， 是发 电成本低的“ 绿色” 二次能 源回收系统 。T R T工艺流程为高炉煤气经过布袋 除尘后 ， 经人 口电动蝶 阀、 人 口插板阀和快速切断 阀后 ， 进入透平机 ， 然后经 出口插板阀和出口电动 蝶 阀到煤气管网， 在人 口插板阀之前 ， 透平出 口之 后 ， 并联着旁通快开阀组 ， 旁通阀组在紧急停机 时 ， 进行高炉顶压控制 。系统流程如图 1 所示 。 2 控制系统构成 1 系统硬件配置 为提高控制精度， 减少投 资并保证T R T 机组长期安全稳定运行 ， 唐山不锈 均压 阀 图 1 T R T 系统流程 电 阀 插板 阀 钢 以 4 号 高炉 为例 T R T控 制 系统采 用西 门子 P L C系统 。本 系统采 用 S 7 4 0 0的 C P U和 S 7 3 0 0 的模块组成的控制系统。 2 计算机控制系统 为了确保计算机系统安 全可靠 ， 系统采用冗余技术， 即控制器 包括C P U 、 电源 为冗 余配置 ， 互为热备用方式 ， 通信 电缆亦 采用双套方式 ， 网络拓扑如图2 所示 。 此控 制系统 充分应 用了最新信号处理技术 、 高速网络通信技术 、 可靠的软件平 台、 软件设计技 术 以及现场总线技术 ， 使之成为结构灵活和功能 完善的新型开放式 自动化控制系统 ， 保证了系统 安全高效运行。 e 岈e 写 } 岍 0 ＼ 睹 e 岈e ＼ 者蟠 ， 、 晶 石 崂 情e 石 均每 7 个月皮带刮裂和胶结头开2 次 ， 改为限矩式 型液力耦合器后 ， 没有一 次因为过载而引起 电动 机及皮带损坏 ， 维护量相对减少， 停机率相对降 低 ， 改造 后效 果非 常显著 。实践证 明只要 了解液 力耦合器的结构原理 、 准确匹配的选型、 正确的使 用和合理快速的排除故障 ， 在铁厂皮带系统 中应 用液力耦合器会 比刚性联 轴器运行更可靠 ， 同时 能保证其他设备安全 ， 降低故障率 ， 减小维护量 ， --- 1 4 -- 检修便捷 ， 降低 职工的劳 动强度 ， 增加 经济效益 ， 应当推广使用。 参考文献 [ 1 ] 姜树基． 浅析限矩型水介质液力偶合器的使用寿命 [J l -山机械 1 9 9 9 1 2 ． [ 2 ] G B ／ T 5 8 3 7 9 3液力偶合器形式和基本参4 [ S 1 ． 2 0 0 9 1 1 ～1 8 收稿 第2 8 卷2 0 1 0 年第5 期 总第 1 4 9 期 使用与维护 光纤 J 』 ] m 。 m D 图2 网络拓扑 3 控制系统的主要功能 P L C程序采用 西门子 S T E P 7 V 5 ． 1 软件编程进 行程序设计。T R T 装置的自动化控制， 主要包括启 动连锁 、 升速控制 、 正常调顶压 、 正常停机控制和 紧急停机控制等 ， 而各过程 中保持高炉顶压稳定 是装置实现 自动化 的关键 。高炉炉顶压力不稳 ， 会引起炉内反应的剧烈波动 ， 炉压高于额定值时 ， 会使炉 内煤气气流分布不均 ， 引起崩料 ， 严重时会 损坏设备， 而当炉内压力低于额定值时， 会引起炉 内煤气体积增大 ， 气流压力损失增大 ， 煤气流速上 升 ， 使炉喉磨损严重 ， 甚至引起炉顶设备事故。因 此 ， 作为能量 回收的T R T 设备 ， 投入运行 的先决条 件是在任何情况下均能保证炉压稳定 。正常生产 时高炉的减压阀组 全部关死 ， 高炉煤气全部流过 透平 主机 ， T R T系统通过高炉顶压 自动调节系统 ， 控制静叶开度 ， 保证高炉顶压稳定在设定值 ， 维护 高炉 和T R T设备的正常运行 ， 保 证生产。静叶 自 动控制通过 P I 调节实现 见图3 。 4 人机接口H MI H u ma n Ma c h i n e I n t e rf a c e 功能 上位机监控软件采用西门子 WI N C C工控组态 软件 ， 为 方便操作人员 监控 ， 监 控画面主要 分为 T R T系统流程 、 透平主机 、 自动控制 、 给排水 、 氮封 、 动力油、 润滑油、 仪表参数 、 报警设定和报警历史 等画面 ， 组态软件分别放在两台上位机上 ， 各画面 可以 自由切换 ， 从而实现两台上位机相互独 立互 为备用。 FC2 “ 工程值 转换输 入” EN EN0 DB I ． DB W 9 { 静 叶开 度反 馈0 1 0 0 ％ 5 8 8 “ 仪表数 据 ．J YKD I NPU T OUT O 1 ． OOOO ooe 0 0 2 RANCE H 0． 0000 00e 00 0 一 RANGE L I MA 图3 静叶开度反馈 操作人员可在操作室 内通过 H M1 人机界面对 T R T 参数及相关设备运行情况进行集中监视 ， 并可 进行参数的设定 、 修改 、 各种监控趋势 曲线的调用 和设备操作 。H MI 能显示各个功能子系统 的工艺 画面、 参数设置画面 、 报警画面 、 图表画面 、 趋势记 录和系统维护等各种画面。 5 T R T项 目运行情况与应用体会 此套 T R T自动化控制系统充分吸收 了国内外 的先进技术和经验 ， 采用 了三 电一体化设计 ， 使之 无论在控制系统的构成和控制功能上 ， 还是在系 统操作水平上 ， 都处于 国内先进水平 。整个生产 过程实现 了自动运行 ， 其控制系统运行效果 良好 ， 控制 系统 自2 0 0 6 年 4 月投运至今 ， 性能可靠 ， 运行 平稳 ， 高炉顶压在系统正常运行时波动在 3 k P a 范围内 ， 紧急停机时波动在 1 2 k P a 范 围内， 型号 为 Q F W一 4 ． 5 2 ， 额 定 电 压 1 0 5 0 0 V， 额 定 功 率 4 5 0 0 k W， 平 均 日发 电功率 在 6 5 0 0 0 k w左右 ， 达到 了设计要求 ， 至今 已收回了全部投资 ， 经济效益十 分可观。 在项 目调试过程 中也 出现过不可预料的各种 问题 ， 比如 P L C误动作 、 信号失真和通讯故障等 ， 体会最深 的是 P L C 误动作 ， 经过努力 ， 使 P L C系统 独立接地、 模拟量加隔离、 通讯缆穿管敷设、 P L C 柜 合 理布置 以及 P L C误动作等 问题 得到了解决 ， 实 现 了T R T和高炉的稳定运行 。 2 0 1 0 0 2 0 5 收 稿 一 1 5 ～