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[技术]烟气炉烟气温度自动控制系统

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文章出处:上仪营销中心技术部 [2007/10/29]
责任编辑:上仪营销中心技术部
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1 前  言
烟气炉控制系统是济南钢铁集团总公司第二炼铁厂(简称济钢第二炼铁厂)喷煤粉系统的子系统,该系统燃烧所用高炉煤气含尘量大,纯度低,特别是在净化过程中出现的含水问题,使得点火比较困难,为此使用纯度较高的焦炉煤气点火。但由于焦炉煤气成本高,要求系统点火成功后自动切换到高炉煤气,并停止焦炉煤气。同时要求系统能根据制粉需求,自动控制烟气出口温度,并能对每个设备单动,能够显示各阀门开度、风量、高炉煤气和热风炉煤气压力、流量等。设计的烟气温度控制系统以触摸屏为人机界面,采用西门子 S7-200系列可编程控制器为控制系统,并留有Modbus通信接口,可作为喷煤系统的从站,实现与远程喷煤粉控制系统的通讯。
2 系统构成
2.1 系统硬件构成
整个电气控制系统分为主控制系统PLC和富士UG221H-LE4触摸屏。PLC作为喷煤控制系统的从站。 系统硬件构置
考虑到烟气炉系统的安全,主控制系统的PLC采用西门子S7-200系列PLC CPU226。该CPU集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点, 
可连接7个扩展模块,6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器,2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力,可用于要求高的控制系统。因西门子S7-200系列PLC CPU226较多的输入/输出点,较强的模块扩展能力,较快的运行速度和功能强大的内部集成功能,可完全适应烟气炉较为复杂的中型控制系统。
2.2 系统软件
控制系统采用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1,使用该软件的组态向导可用于TD 200文本显示器、PID控制器、CPU间数据传输的通讯功能。
3 系统可实现的功能
3.1 控制功能
控制系统主要实现烟气炉的点火和烟气炉出口温度的控制,操作方式分就地操作和远程操作。在就地操作模式下,用户通过触摸屏可实现对该系统的参数设定和系统设备的控制;而在远程控制方式下,喷煤主控制系统,采用Modbus通信协议及RS485接口,实现对该系统的远程控制。系统参数有:烟气炉出口温度、报警温度、前后吹扫炉膛时间、焦炉煤气点火时间、点火成功后切换高炉煤气时间。具体控制过程如下:
系统接到点火指令后,启动助燃风机吹扫炉膛,到设定时间点焦炉煤气,点火成功后打开高炉煤气同时关闭焦炉煤气。由于该系统对烟气炉出口温度要求非常严格,温度过高,可能对制粉带来安全隐患,温度过低,则影响制粉生产过程。在实践中,采用PID调节方式,通过调节高炉煤气的流量实现对温度的控制.然而,控制烟气出口温度有较强的滞后性,在实际的控制过程中,如果检测的出口温度和设置的温度相差过大,系统采用大范围的调节高炉煤气流量,实现出口温度的快速响应;当检测的出口温度与设置的温度在20℃的范围内,通过PID调节,实现系统的稳定控制。
停火先停煤气到准许温度,吹扫炉膛后,再停风机。考虑安全因素,如温度超过设定上限,则关闭煤气并启动冷风机,保证系统的安全。
3.2 与主控制系统的网络通信
由于该系统作为喷煤系统的一个子控制过程,所以组态为Modbus RTU从站,通过RS485通信接口,实现与Modbus主站的通讯,从而完成喷煤系统的远程控制。考虑到烟气炉的出口温度对系统的危险性,在实际的应用中,采用双重保险措施。一方面,所有的系统参数和控制参数通过Modbus接口,实现与主控制系统的通信;另一方面,在实际使用的网络通信过程中,由于现场恶劣环境,通信数据交换的安全性和实时性得不到保证,经常出现网络通信故障,使系统得不到远程系统的控制参数,造成出口温度失控,给系统带来巨大的安全隐患。所以,在应用中,除了加强对通信故障的判断外,对重要通信信号辅以屏蔽电缆直接联接,在发生通讯故障时,能自动转到硬线联接,从而确保系统的安全可靠运行。
3.3 触摸屏的控制和通信
在就地操作模式下,可通过触摸屏实现对系统的控制。触摸屏界面完全采用图形方式,简洁易懂,操作方便,同时可通过触摸屏,选择操作方式。操作方式有单动和自动,在单动方式下,可逐个控制单个设备;在自动方式下,系统实现自动控制。触摸屏具有报警指示和报警记录,通过报警窗口,可查看系统故障原因,便于系统维护。
4 结 语
由于采用触摸显示屏为人机界面,西门子S7-200(CPU226)PLC为控制系统,采用Modbus通讯协议,可以实现远程、就地自动控制。该系统自2003年10月投入使用以来,温度控制可靠、稳定,满足了工艺要求,同时保证了设备安全。
 

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