【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下降時(shí)，電接點(diǎn)壓力計(jì)動(dòng)作，使電磁換向閥內(nèi)動(dòng)作，以恢復(fù)下部的控制壓力 .而壓力的大小可由減壓閥和電接點(diǎn)壓力計(jì)共同來(lái)調(diào)整 .為沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電石爐生產(chǎn)工藝及設(shè)備 13 使三個(gè)把持缸實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作，在其中兩個(gè)油缸的油路上裝有單向節(jié)流閥。 在自動(dòng)化改造過程中，為測(cè)量電極壓放油壓、電極升降油壓、電極錐形環(huán)油壓添加了壓力奪送器并且更換了部分老式儀表。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)電石爐的實(shí)際生 產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，我們提出了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)這些目標(biāo)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)的分析，我們提出了控制系統(tǒng)的總體配置方案，并就系統(tǒng)設(shè)備的選配問題進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 技改核心為設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)，結(jié)合具休生產(chǎn)工藝，合理設(shè)計(jì)自動(dòng)化 控制系統(tǒng)軟硬件，使電石生產(chǎn)過程自動(dòng)化和規(guī)范化。利用先進(jìn)智能控制理論和技術(shù)，尋求生產(chǎn)過程中較佳的參數(shù)匹配，達(dá)到提高生產(chǎn)能力，降低能耗的目的。 經(jīng)過技術(shù)改造后，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能 ： 1) 電石爐運(yùn)行，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)電石爐的電壓、電流和功率等電氣參數(shù)。以所 測(cè)電氣參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合其它工藝參數(shù)，采用先進(jìn)智能控制技術(shù)，合理動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電極插入深度，控制電爐電流、電壓級(jí)數(shù)等參數(shù)滿足生產(chǎn)要求。在自動(dòng)控制運(yùn)行情 況下，可根據(jù)工藝規(guī)定流程，實(shí)現(xiàn)恒電流 模式平穩(wěn)運(yùn)行，使整個(gè)操作流程更加規(guī)范合理。 2) 以原電極壓放設(shè)備為基礎(chǔ)，進(jìn)行適當(dāng)改造，實(shí)現(xiàn)電極不停電定時(shí)定長(zhǎng)自動(dòng)壓放。 3) 定時(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)煙氣溫度和壓力、電爐和變壓器冷卻水水溫和水壓、液壓系統(tǒng)油壓、高壓供配電開關(guān)狀態(tài)等重要安全參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示和超限報(bào)警，以提高安全性能。 4) 在上位計(jì)算機(jī)上以圖、曲線、表格等方式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各項(xiàng)有關(guān)工藝參數(shù)。同時(shí)設(shè)計(jì) 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)歷史記錄。歷史記錄可隨時(shí)以報(bào)表形式調(diào)用顯示和打印，并且可對(duì)有關(guān)記錄進(jìn)行分類查詢和統(tǒng)計(jì)，供有關(guān)人員分析使用。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 測(cè)控信號(hào)和技術(shù)方案 采集信號(hào)的技術(shù)方案 根據(jù)上述控制要求，對(duì)原有儀表測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，得出了需采集的各類信號(hào)匯總表。然后結(jié)合計(jì)算機(jī)需要標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的輸入要求，逐項(xiàng)進(jìn)行分析，確定了需要增加的傳感變送器，從而便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件配置。結(jié)果匯總?cè)缦拢? 1) 原系統(tǒng)的三相電極電流 (序號(hào) 1)、三相相電流 (序號(hào) 2)、三相 1 次電壓 (序號(hào) S)、三相 1 次電流 (序號(hào) 6)、三相電極功率 (序號(hào) 7)、總?cè)嘤泄?/無(wú)功功率 (序號(hào) 8)、有功電度 (序號(hào) 9)、無(wú)功電度 (序號(hào) 10)、三相電容器電流 (序號(hào) n)、功率因數(shù) (序號(hào) 12)等均是通過電流互感器、電壓互感器降流和降壓后直接由示表顯示，而三相對(duì)地電壓 (序號(hào) 3)、三相線電壓 (序號(hào) 4)直接由顯示表顯示 .由于通過互感器處理后的電流為 0~5A 或 0~，電壓為 0~100V 或 0~150V(包括序號(hào) 4 項(xiàng) )，故上述各項(xiàng)電量信號(hào)均需增加相應(yīng)的電量變送器轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可采集的 4 ~20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 由于序號(hào) 1 的信號(hào)采集儀表己更換為新型二次儀表，該儀表具有變送功能，故不 在需要增加電流變送器。其它各項(xiàng) (序號(hào) 序號(hào) 12)均需增加電流、電壓、功率、電度、功率因數(shù)等電最變送器。 2) 變壓器油溫 (序號(hào) 13)測(cè)量現(xiàn)在采用的是熱電阻與數(shù)顯儀表方式，故此項(xiàng)僅增加熱電阻變送器。 3) 電石爐爐壓 (序號(hào) 14)需增加壓力傳感和變送器。 4) 爐氣含氫量 (序號(hào) 15)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查看得知，氫量測(cè)量配用的是 XWGJ101圓圖記錄儀。經(jīng)過分析記錄儀有 0~10mA 輸入接口，故此項(xiàng)不需增加。 5) 電極壓放油壓 (序號(hào) 16)、電極升降油壓 (序號(hào) 17)、電極錐形環(huán)油壓 (序號(hào)18)采用的是機(jī)械電接點(diǎn)壓力表測(cè)量顯示，故均需增加壓力傳 感和變送器。 6) 三相電極壓放量 (序號(hào) 19)原無(wú)測(cè)試手段，現(xiàn)設(shè)計(jì)了 3 套機(jī)械測(cè)量裝置，沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量電極的相對(duì)移動(dòng)量，故增加了光電旋轉(zhuǎn)編碼器。 7) 三相電極位置 (序號(hào) 20)項(xiàng)己有 4~20mA 輸出端，故不需增加傳感和變送器。 8) 爐蓋冷卻水壓力 (序號(hào) 21)、軟水壓力 (序號(hào) 23)采用的是機(jī)械壓力表測(cè)量顯示，故均需增加壓力傳感和變送器。 9) 爐蓋冷卻水溫度 (序號(hào) 22)、軟水溫度 (序號(hào) 24)采用的是溫度表測(cè)量顯示，故均需增加熱電阻傳感和變送器。 10) 煙道溫度 (序號(hào) 25 )測(cè)量現(xiàn)在采用的是熱電偶與數(shù)顯儀表方式 ,故此項(xiàng)僅需增加熱電偶 變送器。 11) 序號(hào) 26 至序號(hào) 30 為開關(guān)量輸入信號(hào)， 可直接接入測(cè)量。 輸出信號(hào)的技術(shù)方案 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制目的，必須通過計(jì)算機(jī)輸出各類控制信號(hào)。輸出信號(hào)匯總 如表 所示。 表 序號(hào) 項(xiàng)目 送出地點(diǎn) 控制信號(hào) 用途 路數(shù) 1 煙道翻板開度（ 0100%） 3樓煙道 4～ 20mA 控制 1AO 2 電極升降電磁閥 3樓油壓室 AC220V 控制 3*2=6DO 3 電極壓放電磁閥 3樓油壓室 AC220V 控制 3*2=6DO 4 上摩擦片抱緊電磁閥 3樓油壓室 AC220V 控制 3*1=3DO 5 下摩擦片抱緊電磁閥 3樓油壓室 AC220V 控制 3*1=3DO 6 調(diào)壓開關(guān) 變壓器房 待定 控制 2DO（正反） 1) 煙道翻板開度 (序號(hào) 1)通過電機(jī)執(zhí)行器完成控制。電動(dòng)執(zhí)行器 DJK310沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 有 0~10mA 控制信號(hào)接口，故不需增加轉(zhuǎn)換接口。 2) 所有電磁閥 (序號(hào) 2~序號(hào) 5)為 AC220V開關(guān)量控制信號(hào)。 3) 調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié) (序號(hào) 6)為開關(guān)量控制信號(hào)。 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大類，其中硬件設(shè)計(jì) 是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，硬 件的選配設(shè)計(jì)直接影響到自動(dòng)化控制系統(tǒng)的成本，以及系 統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。 控制系統(tǒng)的總體配置 根據(jù)對(duì)電石爐生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的實(shí)際調(diào)研和其生產(chǎn)環(huán)境的了解得知，電石爐現(xiàn) 場(chǎng)條件較惡劣，灰塵多，溫度高，電磁干擾嚴(yán)重，因此，對(duì)控制設(shè)備的可靠性要 求較高。為此，除一方面要設(shè)置防塵，屏蔽等各種措施外，另一方面則要設(shè)計(jì)高 性能和高可靠性的控制系統(tǒng)。 在生產(chǎn)過程控制中，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用 DCS 系統(tǒng)或 PLC 系統(tǒng) 。 該電石爐 控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)回路較少，而檢測(cè)參數(shù)較多，模擬量較少，開關(guān)量較多，屬于中 等規(guī)模的 技改項(xiàng)目，參考冶金行業(yè)類似的電弧爐等成功案例情況以及較高的性價(jià) 比，控制系統(tǒng)的硬件采用了可編程控制器和上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成 IPC+PLC 控制系統(tǒng) . 可編程控制器的可靠性較高和抗干擾性較強(qiáng)，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制。上位計(jì) 算機(jī)選用工業(yè)控制級(jí)計(jì)算機(jī)，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示、存儲(chǔ)和監(jiān)督控 制工作，兩者通過 RS485 串口通信，如圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 本系統(tǒng)上位機(jī)選用研華 IPC 工控機(jī)，運(yùn)行 Windows XP 操作系統(tǒng)，以滿足上位組態(tài)軟件的運(yùn)行要求。 17 寸彩色液晶顯示器，可清晰地顯示各種圖 形和文字，相對(duì)于傳統(tǒng)的 CRT 顯示器可免受電磁干擾的影響，工控機(jī)外接打印機(jī)以打印報(bào)表，由一臺(tái) 500VA 的不間斷電源 UPS 供電，保證工控機(jī)的正常工作和數(shù)據(jù)的完整錄。 下位 PLC 需要配置如下的不同性質(zhì)的 I/O 點(diǎn) ： 1) 54 個(gè)模擬量輸入； 2) 1 個(gè)模擬量輸出； 3) 68 個(gè)開關(guān)量輸入 ； 4) 38 個(gè)開關(guān)量輸出； 根據(jù) I/0 點(diǎn)數(shù)及其特性，模塊選配如表 所示 ： 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 表 PLC模塊清單 型號(hào) 注釋 數(shù)量 備注 CPU3152DP CPU模塊 1 MMC存儲(chǔ)卡 EEPROM存儲(chǔ)單元 1 512K CP5611 上 位通訊卡 1 IM360 接口模塊（主站） 1 IM361 接口模塊（從站） 2 PS307 5A電源模塊 3 20針前連接器 18 導(dǎo)軌 1 SM3317KF02 8路 AI模塊 8 共 56AI SM3325HD01 4路 AO模塊 1 共 4AO SM3211FF01 8路 DI模塊（ AC230V） 2 共 16DI SM3211BH02 16路 DI模塊（ DC24V） 4 共 64DI SM3221HF10 8路 DO模塊（ 5A） 3 共 24DO(5A) SM3221HH00 16路 DO模塊（ 2A） 1 共 16DO(2A) 硬件選配與設(shè)計(jì) S7300 PLC 采用背板總線的方式將各模塊從物理上和電氣上連接起來(lái)。除 CPU模塊外，每塊信號(hào)模塊都帶有總線連接器，安裝時(shí)先將總線連接器裝在 CPU 模塊上，然后依次將各模塊裝入，最后這組模塊固定在導(dǎo)軌上。 表 給出了本項(xiàng)目中配置的 S7300PLC 模板的型號(hào)和數(shù)量，下面對(duì)使用的 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 這些模塊作具體說(shuō)明。 1) PLC 的中央處理器 CPU3152DP。 CPU315— 2DP 是 PLC 的核心，其工作存儲(chǔ) 器 (RAM)的容量為 128K 字節(jié)，選擇不同的微存儲(chǔ)器卡 (MMC)可以獲得不同的裝載容量，最大容量可達(dá)到 8MB 。位操作最小執(zhí)行時(shí)間為 ，浮點(diǎn)數(shù)加法最小執(zhí)行時(shí)間 6 ，可見其對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算都具有較高的處理性能 。最大可擴(kuò)充 1024 點(diǎn)開關(guān)量 I/O 通道或 256 路模擬量 I/O 通道，可用于中等規(guī)模 I/O 配置。 CFU315 內(nèi)裝硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘， PROFIBUS DP 主站 /從站接口。 2) 接口模塊對(duì) IM360 和 IM361 當(dāng) PLC 系統(tǒng)的規(guī)模較大時(shí)，一個(gè)機(jī)架不能容納所有的模塊， 這時(shí)就要增添擴(kuò)展機(jī)架，裝有 CPU 的 機(jī)架稱為中央機(jī)架。 主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間通過接口模塊 IM360 和 IM361 連接成統(tǒng)一的整體。每個(gè)機(jī)架的接口模塊再通過總線連接器連接到 I/O 模塊上， 一個(gè)系統(tǒng)可以有中央機(jī)架和最多 3 個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，每個(gè)機(jī)架最多八個(gè)擴(kuò)展模塊，相鄰機(jī)架的間隔為 4 厘米到 10 米。 IM360 必須安裝在 S7300 的 0 號(hào)主機(jī)架上； IM361 接 u模塊安裝在 S7300 的 1 號(hào)到 3 號(hào)的機(jī)架上 。數(shù)據(jù)通過連接線 368 由 IM360 傳輸?shù)?IM361，再?gòu)?IM361 傳輸?shù)较聜€(gè)機(jī)架上的 IM361 上 。每個(gè) IM361 需要一個(gè)外部 24V電源 (一般采用 PS307 模塊電源 )，向擴(kuò)展機(jī)架上的所有模塊供電。 3) 16 路開關(guān)量輸入模塊 SM321 DC24V 或 AC 120V 開關(guān)量輸入模塊SM321 將位于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過光電隔離或繼電器 (如圖 所示 )，將從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳輸來(lái)的外部開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部 S7300 信號(hào)電平。然后送至輸入緩沖器等待 CPU 采樣，采樣時(shí)，信號(hào)經(jīng)過背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。 圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 4) (4) 8 路開關(guān)量輸出模塊 SM322 D08 REL. 230ACV / 5A開關(guān)量輸出模塊將 S7300 的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號(hào)電平。按負(fù)載回路使用的電源不同分為 ： 直流輸出模塊 (晶體管 )、交流輸出模塊 (可控硅 )和交直流 (繼電器 )兩用輸出模塊， SM322 DO 8 230 REL 屬于繼電器輸出方式的模塊，直流或者交流負(fù)載都可以直接驅(qū)動(dòng)，具有較好的安全隔離效果并且應(yīng)用靈活性。 8 個(gè)輸出點(diǎn)分成 8 組接地 。最大負(fù)載電流 5A； 該模塊輸出具有短路保護(hù)功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機(jī)和電機(jī)啟動(dòng)器。繼電器型開關(guān)量輸出的原理圖 如圖 所示。 圖 繼電器型開關(guān)量輸出原理 5) 8路 12位分辨率模擬量輸入模塊 SM331 AI8 12B