【正文】 整個企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，直接和間接損失巨大 ,因此， 自動撥風(fēng)控制系統(tǒng)的 開發(fā) 對于整個高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)和企業(yè)高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)具有重大安全保障和經(jīng)濟(jì)效益。 Programmable Logic Controller。 WinCC 運(yùn)行于個人計算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。第一 章 緒論 1 第一章 緒 論 高爐煉鐵工藝概述 高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。在高溫下，焦炭中和噴吹物 中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏海脤?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。 、渣口等冷卻設(shè)備及清理渣鐵運(yùn)輸線等一系列與出渣出鐵相關(guān)的工作。由于高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工藝 簡單 ，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。提高風(fēng)溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來實現(xiàn)。從能量的觀點來看，高爐鼓風(fēng)機(jī)是把原動機(jī)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械。由于高爐冶煉的連續(xù)性，要求鼓風(fēng)機(jī)均勻地供給一定量的空氣，另外還應(yīng)有一定的風(fēng)壓，以克服送風(fēng)系統(tǒng)和料柱阻力 ，并使高爐保持一定的爐頂壓力，在整個冶煉過程中，由于原料、燃料、操作等條件的變化，引起爐況經(jīng)常改變，也相應(yīng)地要求供風(fēng)參數(shù)也要變化，所以要求高爐風(fēng)機(jī)具有一定的穩(wěn)定調(diào)節(jié)范圍和可靠的安全控制系統(tǒng)。 ㈡軸流式鼓風(fēng)機(jī)工作原理 風(fēng)機(jī)在原動機(jī)帶動下，利用旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓，推進(jìn)力使流體獲得能量，升高其壓能和動能。軸流泵的流動情況也與此類似。 利用調(diào)節(jié)進(jìn)口靜葉角度開關(guān)大小來改變風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，當(dāng)進(jìn)口角度開度小時，軸流式鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)隨角度的關(guān)小而變小，反之變大。 鼓風(fēng)機(jī)的防喘保護(hù)的作用： 鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行中，由于機(jī)組本身或外部原因可造成風(fēng)壓升高，風(fēng)量下降，為防止風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點進(jìn)入不穩(wěn)定工況區(qū)發(fā)生喘振，特設(shè)定了防喘振保護(hù)器，當(dāng)風(fēng)壓、風(fēng)量達(dá)到放風(fēng)線后，防喘保護(hù)器動作，適當(dāng)開啟放風(fēng)門，保持風(fēng)壓、風(fēng)量在放風(fēng)線的右下方運(yùn)行。單機(jī)單爐制即一臺鼓風(fēng)機(jī)單獨(dú)對應(yīng)一座高爐 。在高爐內(nèi)，冷風(fēng)通過熱風(fēng)爐被加熱到 1000℃以上形成熱風(fēng)，使鐵礦石、焦炭、石灰石三種原料進(jìn)行充分的還原反應(yīng)，生成鐵水并產(chǎn)生爐渣，沉入爐缸內(nèi)。一旦風(fēng)口灌渣，處理一次灌渣事故約 10多個小時，加大高爐恢復(fù)正常的時間，以及恢復(fù)風(fēng)口的費(fèi)用，將使企業(yè)產(chǎn)生重大損失。因此對高爐供風(fēng)系統(tǒng)工作的可靠性要求 較高。 所選高爐鼓風(fēng)機(jī)基本技術(shù)參數(shù)表： 表 11 所選高爐鼓風(fēng)機(jī)基本技術(shù)參數(shù) 編號 形 式 型號 轉(zhuǎn)速 (轉(zhuǎn) /分 ) 吸風(fēng)量 (m3/min) 排風(fēng)壓力 (Mpa) 1,2(6000風(fēng)機(jī) ) 靜葉可調(diào) 軸流式 VAS9018 3350～3860 5765 (絕 ) 3,4(5500風(fēng)機(jī) ) 靜葉可調(diào) 軸流式 12AVA99B 3000～3700 5000 (絕 ) 本論文完成的主要工作 本論文是運(yùn)用所學(xué)的自動控制理論基礎(chǔ)，結(jié)合針對當(dāng)前中小型鋼鐵廠的生產(chǎn)實際中存在的高爐灌渣事故而設(shè)計的一套可行的防灌渣撥風(fēng)控制系統(tǒng)，采用西門子系列組態(tài)軟件 對其生產(chǎn)過程進(jìn)行自動化控制。然后，更換被灌渣的風(fēng)口、風(fēng)管等送風(fēng)裝置，一般需要 8至 16h，還要經(jīng)過二 至四天的爐況恢復(fù)，高爐才能恢復(fù)正常生產(chǎn)，如果因風(fēng)機(jī)跳閘引起高爐煤氣倒流發(fā)生爆炸，則直接威脅人身和設(shè)備安全。在各鼓風(fēng)機(jī)之間設(shè)撥風(fēng)系統(tǒng)，實現(xiàn)各鼓風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量及風(fēng)壓的調(diào)配，三臺在線運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)分別獨(dú)立為三座高爐送風(fēng)母管供風(fēng)，為避免鼓風(fēng)機(jī)故障停機(jī)而造成高爐斷風(fēng)事故，在三座高爐供風(fēng)母管上特設(shè)雙向快速撥風(fēng)閥組。中間為快速開啟撥風(fēng)閥，正常處于關(guān)閉狀態(tài) 。當(dāng)風(fēng)機(jī)故障停機(jī)后，高爐進(jìn)風(fēng) 口壓力自正常生產(chǎn)壓力降至判斷供風(fēng)系統(tǒng)故障風(fēng)壓 P1的時間為 T1 ，再進(jìn)一步降至維持極限生產(chǎn)的供風(fēng)風(fēng)壓 P2 的時間為 T2 ，這就要求撥風(fēng)系統(tǒng)的啟動設(shè)計限定時間 TTT 12??? 內(nèi)完成撥風(fēng) 。 在實際運(yùn)行中，其中一臺高爐鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，由于供風(fēng)管道容積較大，入爐風(fēng)壓下降至 。 撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計 鼓風(fēng)車間管道布置較為集中，根據(jù)實際現(xiàn)場工藝情況，我決定在鼓風(fēng)車間高爐冷風(fēng) 供出管道上施工、安裝撥風(fēng)裝置，實施所設(shè)計的撥風(fēng)系統(tǒng)。 系統(tǒng)中 V1 V2 V33這個撥風(fēng)閥為快速開啟閥，設(shè)開、關(guān)、停三個位置，動作時間小于 10秒，正常工作時處于全關(guān)位置，可以分別在控制室內(nèi)實行遠(yuǎn)程操作和在閥門旁實行就地操作。這樣我們就可以根據(jù)高爐及風(fēng)機(jī)生產(chǎn)實際情況的需求使撥風(fēng)閥 V1 V2 V33的動作，以滿足在某一風(fēng)機(jī)故障時，將預(yù)定的某一正常運(yùn)行的風(fēng)機(jī)給故障風(fēng)機(jī)所對應(yīng)的高爐撥一部分風(fēng)，來滿足該高爐的極限生產(chǎn)，保證該座高爐不灌渣。在安裝時，必須防止其損壞，如壓痕、劃傷、引弧和焊接飛濺物，焊接管道時，應(yīng)用無氯濕石棉保護(hù)。以往在送往各高爐的配風(fēng)門上，我們使用最多的 是閘閥，其優(yōu)點是關(guān)閉嚴(yán)密，但第二章 撥風(fēng)系統(tǒng)原理及設(shè)計 11 其缺點是開關(guān)時間太長、而且需要旁路門，這樣就會使系統(tǒng)更加復(fù)雜，維護(hù)起來更加麻煩。 而最重要的一點，該閥門全開可在 6秒之內(nèi)完成，完全符合煉鐵工藝所提出的 10秒內(nèi)給系統(tǒng)充壓的 需求。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動、電動、液壓三種類型。但是由于其為液壓控制閥，需要液壓介質(zhì)和油泵，這樣造價比較高，而且又附加了許多設(shè)備，維護(hù)工作量大。 (2) 該執(zhí) 行器可在接線完成后，不必打開電氣端蓋即可進(jìn)行調(diào)整。在 PF功能下顯示的卜六進(jìn)制數(shù)字可以被認(rèn)為是一個“軟件掩碼”。 撥風(fēng)系統(tǒng)撥風(fēng)量的控制機(jī)算 撥風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行要求其既要保證事故機(jī)組供風(fēng)的高爐不斷風(fēng)，維持其極限生產(chǎn)，又要在撥風(fēng)后對撥風(fēng)機(jī)組所供高爐影響最小。實際流體在管內(nèi)流動時，由于存在阻力，要損失一部分機(jī)械能，稱為能量損失。 l 為管道長度 。 管流中單位重量流體的局部能量損失用下式表示 : gvhf 22ζ= (32) 式中 ζ 為局部阻力系數(shù)，是一個無因次的系數(shù)，根據(jù)不同的管件由實驗確定。 從該圖我們可以看出，流量與閥門開度的關(guān)系基本呈線性關(guān)系，而對于定常流動，流量與通流面積成正比，這樣我們就可以計算出閥門開度同流量及面積的關(guān)系。風(fēng)機(jī)出口排風(fēng)壓力P1= MPa(絕對壓力 )，排風(fēng)溫度 t1=2300C,將 P t1代入式 (34)得此時空氣密度為 ρ 1=,該處的管道內(nèi)徑為 d1=1400 mm。 即gVhhhhh jjjjw 2)(22321321 ζζζ ++=++== 將數(shù)值代入伯努利方程（ 3－ 5），得 （ 3－9） 式中， 1ζ 為未知數(shù)，假設(shè)閥門開度為 40％，則 1ζ ＝ 16，總的局部阻力系 數(shù) ζ ＝ ，代入上式，可得 V2=229 m/s. 將 V Q2代入式 (37)得 A2= m2 從管道設(shè)計知撥風(fēng)管道直徑 mmd 6002 = ，這樣撥風(fēng)管道總的通流面積為 2220 mdA === ππ =AA 對于定常流動，在相同工況下，流量與通流面積成正 比，所以流量系數(shù)可以看成為通流面積比，即閥門開度所產(chǎn)生的通流面積與管道總的通流面積的比值。 正常運(yùn)行的高爐給事故高爐撥出風(fēng)壓為 、風(fēng)量為 1200m3/min的風(fēng)以后，這座高爐能夠維持其極限的生產(chǎn)嗎 ? 從前文可知，要維持爐容為 2200m3及以下的高爐的極限生產(chǎn)，必須保證壓大于等于 1200 m3/min。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 18 第三章 西門子 PLC_S7300 配置 應(yīng)用 PLC 的優(yōu)點 1．抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動 ,機(jī)械振動，溫度和濕度的變化，都可以使一般通用微機(jī)不能正常工作。在 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC 的端子上接人相應(yīng)的輸入／輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之 類的物理電子器件和大量而又繁雜的硬接線線路。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握 ，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間學(xué)會。此外，它還可以和其他微 機(jī)系統(tǒng)、控制設(shè)備共同組成分布式或分散式控制系統(tǒng)，還能實現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運(yùn)算、閉第三章 西門子 PLC_S7300 配置 19 環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運(yùn)算及快速中斷等功能。由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。 S7300 硬件組成 S7300 系列 PLC 的硬件包括 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊、編程設(shè)備。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 20 等器件來隔離 PLC內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。接口模塊用來實現(xiàn)中央機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)架供電。 7．編程設(shè)備 S7400 使用安裝了編程軟件 STEP7 的個人計算機(jī)作為編程設(shè)備，在計算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現(xiàn)不同編程語言之 間的相互轉(zhuǎn)換。 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有 通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。 ②控制功能 控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO/IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 為減輕 CPU 通 信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃 描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。 Ⅱ .診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。 Ⅲ處理速度 PLC 采用掃描方式工作。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 ；大中型 PLC的掃描時間不大于 。 儀表的發(fā)展方向 早期控制儀表是氣動 PID 調(diào)節(jié)器，后來發(fā)展成為氣動單元組合儀表，在 50 年代后出現(xiàn)電動單元組合儀表。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、 SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。組態(tài)軟件做為個人計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，比 PC 監(jiān)控的硬件系統(tǒng)具有更為廣闊的發(fā)展空間。 WinCC內(nèi)嵌 OPC支持，并可對分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。在 iFix中， Intellution的產(chǎn)。 ② Fix: 美國 Intellution公司以 Fix組態(tài)軟件起家， 軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅(qū)動程序 (需單獨(dú)購買 )。與此同時，可與組態(tài)軟件構(gòu)筑完整的低成本自動化系統(tǒng)的各類智能儀表、調(diào)節(jié)器和 PC－ Based 設(shè)備的發(fā)展和各類嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的異軍突起，把組態(tài)軟件推到 了自動化系統(tǒng)主力軍的位置，使得組態(tài)軟件越來越成為工業(yè)自動化系統(tǒng)中的靈魂。從 60 年代起第四章 撥風(fēng)裝置組態(tài)及控制畫面設(shè)計 27 ， DCS 及其計算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟，得到了廣泛應(yīng)用，此時的 DCS 已具有較豐富的軟件，包括：計算機(jī)系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)）、組態(tài)軟件、控制軟件、操作站軟件、其它輔助軟件（如通訊軟件）等。每一套 DCS 都是比較通用的控制系統(tǒng)，每個 DCS 廠商在 DCS 中都預(yù)裝了系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，而其中的應(yīng)用軟件，實際上就是組態(tài)軟件監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（ SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。 組態(tài)的概念最早來自英文 Configuration，含義是使用軟件工具對計算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到使計算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動完成特定任務(wù)，達(dá)到使用者要求的目的。 處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行