ABControllogix在燒結控制系統中的應用

控制系統    時間:2014-03-13 00:35:38
ABControllogix在燒結控制系統中的應用簡介
    [摘要]鞍鋼燒結廠球團車間包括321.6m2碚燒機組一台,生產工藝包括上料,配料,造球,碚燒爐,成品共五大系統,年產球團礦250萬噸。原有控制系統採用B……
ABControllogix在燒結控制系統中的應用正文

 [摘要]鞍鋼燒結廠球團車間包括321.6m2碚燒機組一台,生產工藝包括上料,配料,造球,碚燒爐,成品共五大系統,年產球團礦250萬噸。原有控制系統採用Bailey公司的Net90控制系統,因年代較早,硬體和軟體不穩定,且備件價格昂貴。因此,燒結廠決定利用一個月的檢修期改造原有系統。1999年8月至9月間,更換了原有的18台Net90控制櫃,並採用了美國AB的ControlLogix控制系統。系統運行至今效果顯著。同時,因ControlLogix系統的通訊及軟體(以ControlNet和RSView32為核心)的開放性及易擴展性,鞍鋼燒結廠已決定建立全廠範圍的以NT伺服器為中心的二級管理計算機網。其目的是完成從控制層到管理層的完整的低成本自動化
一.球團車間控制系統的構成
系統的改造利用了原有的控制室空間分別由八個控制站組成,一號站(主控室)控制碚燒爐系統,二,三號站控制配料系統,四,五號站控制上料系統,六號站控制成品系統,七號站控制風路系統,八號站控制造球系統。系統共計約1600點的DI/DO和530點的AI/AO控制系統由三台CPU控制,其中1號CPU控制碚燒爐東側風路系統和成品系統,2號CPU控制碚燒爐西側風路系統,3號CPU控制上料系統,配料系統。在一號站主控室配置三台操作員介面,整個系統通訊由冗餘的控制網ControlNet構成(兩根75歐同軸電纜)連成一體,網路跨度800米,實現分佈控制,集中管理。控制的對象是除電除塵器,倉庫吊車之外的所有工藝設備。
二,碚燒爐系統主要控制原理
1.上料系統
上料系統負責向配料系統的礦槽提供鐵料,鐵料來源主要有兩種,一是由外部供料系統提供鐵料,不需要進行乾燥,二是自產精礦供料系統提供鐵料,需要經過乾燥機系統進行乾燥。該系統根據料線選擇來控制上料小車的車位,由礦槽的槽位信號控制小車皮帶的啟停,系統具有料線聯鎖功能,有過載、打滑、堵漏系統保護和報警功能,對圓盤給料機進行下料控制,實現每個圓盤配料機上的兩個附著式振動器的定時振動,對上料系統中的乾燥機設備進行狀態檢測,包括油泵的的壓力檢測和運行狀態檢測,慢動停止和油泵壓力足夠大作為乾燥機運行的聯鎖條件,實現乾燥爐的溫度、壓力、煤氣和空氣流量的顯示和控制,乾燥爐溫度控制採用PID控制,目的是實現煤氣的充分燃燒,即干爐溫度高時,先減小煤氣量,再減小空氣量,而乾燥爐的溫度低時,先增大空氣量,再增大煤氣量。
2.配料系統
配料系統主要任務是向造球系統礦槽提供混合料,根據造球系統礦槽的料位,由操作人員設定上料總量,程序根據上料總量計算、分配、控制14個礦槽的下料量,主要控制內容為:(1)系統物料總量實行大閉環跟蹤控制;(2)配料設備起停控制;(3)自動換槽下料的切換啟停控制;(4)下料閉環調節控制;(5)原料礦槽上/下料位控制。
根據工藝要求,配料設備啟停控制與造球系統、焙燒機系統及料流量等有嚴格的聯鎖關係。自動換槽是指在生產過程中,當某一正在下料的礦槽料位到了下限值或與該礦槽配套的配料設備發生了某種故障而不能繼續下料時,程序根據與該槽相鄰(前或后)的礦槽的物料品種號(由人工依配料種類在計算機上對每個配料礦槽設定的物料的品種編碼),先(后)啟動與該槽具有相同品種號的配料設備,后(先)停止該不能繼續配料的設備的工作。以保證該物料品種下料量的連續性和均勻性。圓盤下料量閉環自動調節是以電子稱檢測的實際下料量(過程變數)與設定值作比較,通過調節圓盤給料機的轉速,改變下料量來實現的。系統物料流量跟蹤控制是根據物料平衡的原則,不斷計算各種物料新的設定值,使各工作礦槽下料量之和等於需要的總配料量,並能在一個很小的範圍內對配比實現微調。當一個新的配比輸入控制系統時,控制系統能自動使物料料頭料尾對齊。
3、造球系統
造球系統是按焙燒機對物料的需求量確定每個造球盤的下料量,由操作人員調節,混合料投放到造球機製成生球團,生球團經磙式篩分機篩分為9mm-16mm之間的合格的生球團,通過擺動皮帶將合格生球團布到焙燒機上,不合格的生球團經散料系統回到造球礦槽。
4、焙燒機系統
焙燒爐系統是整個系統工藝的核心,焙燒爐分為鼓風乾燥段、抽風乾燥段、預熱段、焙燒段、均熱段、冷卻段(圖二)。根據工藝要求焙燒爐系統具有下列模擬量控制:<br
a)廢氣風機入口閥的調節
該控制主要為了保證鼓干段罩內壓力為負壓,防止煙氣外排。為此利用廢氣風機閥控制其開度來保證罩內煙氣不外排,控制負壓在設定圍內。
b) 鼓干風機冷風閥的調節
該控制主要為了對鼓干段內溫度進行控制,當罩內溫度過高時,將冷風閥打開,以降低風溫,保證對生球料進行乾燥所需的溫度。
c) 回熱風機放散閥的調節
為了控制抽風乾燥段的壓力,保證熱風壓力維持在一個恆定值上,壓力檢測由罩內的兩個測量點進行測量,兩個壓力信號平均後進行PID控制,PID控制輸出調節回熱風機放散閥。
d) 主抽風機入口閥的調節
根據球團生球料層的透氣性來調節風機的閥門,透氣性好壞的依據是主抽風機的出口溫度,出口溫度增大時,調節閥開度減小,反之增大。
e) 回熱風機入口閥的調節
控制焙燒機的終點溫度,終點溫度取自N28、N29風箱溫度的平均溫度,由操作人員根據生產情況設定終點溫度,通過回熱風機入口閥的調節來實現終點控制。
f) 回熱風機冷風閥的調節
回熱風機轉子要求風溫最高溫度不能超過300℃,通過回熱風機冷風閥開度的調節控制回熱風機出口溫度。
g) 鼓干風機冷風調節閥調節
調節鼓干罩內的溫度,罩內溫度增大時,調節閥開度增大,反之減小。
h) 冷卻風機入口調節閥的調節
控制預熱段爐膛壓力,保證生球團料的預熱效果,爐膛壓力增大時,調節閥開度減小,反之增大。
i) 二冷罩調節閥的調節
根據二冷罩內壓力進行調節,壓力增加時,調節閥開度增大,反之減小。
j) 鼓干放風閥的調節
鼓干放風閥根據N3風箱壓力進行調節,壓力增大時,調節閥開度增大,反之減小。
k) 爐膛溫度控制
爐膛溫度控制主要由控制焙燒段內的30個點火煤氣支管流量和30個空氣支管流量來實現,根據焙燒段內溫度控制點多,分佈比較均勻的特點,我們將焙燒段分成八個燃燒段,每個燃燒段控制4個燒嘴,每個燃燒段的平均溫度TV做為每個燒嘴的過程孌量。TV=ΣTn/n (TV:平均溫度,ΣTn:有效溫度和,n:有效溫度點數)。
計算機檢測4個燒嘴的溫度,對由於熱電偶損壞或計算機線路損壞造成的測溫不準,在計算平均溫度時將不準的溫度點濾掉,剩餘的溫度點加權平均。由操作人員設定每個燃燒段的溫度,計算機根據每個燒嘴的實測溫度,調節點火煤氣閥、點火空氣閥,使每點的溫度都控制在設定溫度範圍內,直到平均溫度TV與設定溫度控制在有效的偏差範圍內。為了使煤氣充分燃燒,該控制採用串級PID控制,控制原則是溫度高時,先減少煤氣量,再減少空氣量;溫度低時,先增大空氣量,再增大煤氣量。
三,ControlLogix控制系統
控制系統用以實現以上所述各工藝設備的電氣自動控制和操作、順序邏輯控制、儀錶模擬量監控、迴路調節等功能,對工藝過程信息進行檢測、記錄及數據的初步處理,執行設備運轉控制及工藝過程自動調節、越限報警等。控制系統主要包括:
ControlLogix控制系統的控制器Logix5550
Logix5550控制器是32位匯流排的控制器,可拆卸的模塊化內存。單個控制器的控制能力可達數字量25,000點,模擬量4000點。它可以安裝於框架內的任何槽位,每個框架可安裝多個控制器,該控制器不僅可以控制和組態本地框架內的輸入輸出模板,還可以控制和組態網路上任何遠程框架上的輸入輸出模板。另外,Controllogix系統具有極強的模擬量和迴路調節處理能力,先進的Producer/Consumer通訊和多任務控制模式使迴路調節的實時性更強,I/O通訊速度更快。
1、 控制網路ControlNet
Controllogix控制系統的ControlNet網打破了PLC系統傳統的Souce-Destination(源-目的地)的點對點和巡檢的通訊模式,而採用了現進的Producer-Consumer(生產-消費)的通訊模式。其支持計劃性信息和非計劃性信息的傳輸,用ControlNet取代了以往多種主控網和現場網的功能。並具備了對實時性數據傳遞的確定性,可重複性和實時性要求。ControlNet和ControlLogix框架的連接由模板CNB或CNBR來實現,網路介質用75Ω同軸電纜組成,網路每段最大傳輸距離1000M,段與段之間用中繼器可以延伸網路,網路傳輸速率達到5M/秒,既可以組成單獨通訊網路,也可以組成冗餘通訊網路。ControlNet網路配置的特點是無論是CPU框架還是遠程擴展框架均由CNB(CNBR,冗餘配置)模塊掛在ControlNet網路上,然後由軟體進行管理擴展模塊的歸屬,這一特點使網路的擴展和走線十分靈活。該系統還可以用乙太網通訊模板和DH+通訊模板做網橋,將ControlNet網分別連到乙太網和DH+網上,做到控制網和管理網合二為一。
2、 人機界面
人機介面操作系統硬體由工控機和和內置的1784-KTCX卡組成。軟體主要有組態編程軟體Logix5000,通訊軟體RSLinx,網路組態軟體RSNetworx,畫面監控軟體RSView32,每台上位機同時具備操作站和工程師站功能,可在線切換。RSView32提供友好的人機界面和方便的操作方式。畫面包括:流程畫面、操作畫面、調節畫面、儀錶分組畫面、統計計算畫面、趨勢顯示、報警顯示、報表畫面等標準功能畫面。其中操作畫面按鈕配有確認畫面以減少誤操作可能性,提高系統可靠性。統計計算畫面充分利用電腦強大的計算功能實時將配料量及經濟指標統計計算出來,提高生產效率。RSView32支持微軟NT或95,98系統的各類規範和協議如OPC,ODBC,ActiveX等。操作站/監視站與ControlLogix系統之間以OPC的方式通訊。3個上位操作站/監視站內還配有標準的乙太網卡,進而接入以NT伺服器為中心的二級乙太網,實現系統的管理功能,作到管理級的數據共享、文件共享、網路列印等功能。
四, 結束語
本控制系統區別於常規PLC控制系統具有集成度更高,組網更加靈活,管理能力更強的特點。其特點用戶在以下方面有實際的感受:
(1)高可靠性:系統自1999年9月投運至今未發生任何控制系統故障,保證了生產的可靠性。
(2)網路通訊的高效性和靈活性:ControlNet具備很高的網路帶寬和拓撲結構的靈活性。這使得系統在以下方面有突出的優勢:
A.系統擴展方便:根據工藝的需要增加控制功能和I/O設備時,僅需在主幹網上掛接相關的I/O設備,便可由網路上任一相關的控制器進行控制而不影響整個網路通訊和其它系統。
B.系統設計的靈活性:根據工藝的需要,任一控制器可靈活的控制任一在網路上的I/O設備。
C.維護的方便性:所有控制模塊可帶電插拔(包括CPU模塊和網路模塊),即使CPU被拔出進行維護時,系統的其它部分包括網路通訊仍照常工作。
(3)系統的升級:ControlLogix的內存採用FlashMemory結構,控制器版本的升級,通過軟體完成。
(4)一級控制系統和二級管理系統的通訊:現在用戶已自行開發了整個燒結廠的二級管理網。二級系統採用WindowsNT操作系統,NT伺服器和SEQServe資料庫。並將球團車間(ControlLogix系統)和一燒結(PLC5/40系統),二燒結(PLC5/40系統)和燒結分廠(Net90系統)分別連至二級系統,進而實現數據的轉換和完成生產管理功能。

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