高爐水泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉斌

（唐鋼微爾自動(dòng)化公司，河北 唐山 063000）

本控制系統(tǒng)采用了西門子400系列PLC，上位機(jī)采用西門子WINCC編輯畫面。通過分析高爐冷卻水循環(huán)的特點(diǎn)，提出水泵不間斷自動(dòng)供水控制的方案，即根據(jù)高爐生產(chǎn)時(shí)的爐況，適時(shí)改變高爐不同系統(tǒng)的供水量，使得冷卻效果保持最佳狀態(tài)。同時(shí)每個(gè)泵組都配備有相應(yīng)數(shù)量的備用泵，保證供水不間斷，從而使得高爐在正常條件下可以不間斷生產(chǎn)。上位機(jī)畫面同步顯示現(xiàn)場液位、壓力、流量、溫度等測點(diǎn)。同時(shí)有主要測點(diǎn)的報(bào)警和累計(jì)值，供操作人員判斷現(xiàn)場的實(shí)際情況并作出相應(yīng)的操作。

圖1 水泵房分布

1 工藝介紹

水泵房分布有三個(gè)水池：TRT凈環(huán)水池、高爐凈環(huán)水池、上塔熱水池。各泵組將循環(huán)水從水泵房的兩個(gè)凈環(huán)水池送出，經(jīng)外網(wǎng)到達(dá)高爐區(qū)的不同用戶，最后經(jīng)外網(wǎng)另一端回到水泵房的上塔熱水池。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水泵房自動(dòng)化集中控制采用主控PLC+上位機(jī)的控制方式，由上、下位機(jī)組成主從控制系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，設(shè)自動(dòng)、手動(dòng)兩種基本操作模式。

下位機(jī)PLC采用西門子400系列414-3 PN/DP，完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判斷、邏輯控制和信號輸入輸出等功能；上位機(jī)能夠?qū)Ω鞅媒M、集中顯示整個(gè)泵站設(shè)備的工作狀態(tài)，各系統(tǒng)的液位、壓力等參數(shù)及故障報(bào)警，完成采集數(shù)據(jù)信息的存儲、分析處理，并用于狀態(tài)和現(xiàn)場操作顯示、運(yùn)行參數(shù)顯示及I/O狀態(tài)顯示等功能。二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)了對水泵房系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，這種控制系統(tǒng)充分利用了上位機(jī)和PLC的各自特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，具有較高的性價(jià)比。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：PLC控制程序采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)的調(diào)試中可以根據(jù)分成的模塊進(jìn)行分階段調(diào)試工作，然后進(jìn)行分階段的試運(yùn)行。這樣的程序設(shè)計(jì)清晰、方便、簡潔，不易出現(xiàn)混亂，運(yùn)行速度較快，調(diào)試方便。

圖2 上位機(jī)操作畫面

圖3 控制流程圖

3 控制方案

畫面中包含3個(gè)水池，分別為：TRT凈環(huán)水池、高爐凈環(huán)水池、上塔熱水池。每個(gè)水池有液位顯示。TRT凈環(huán)水池共4臺泵：左側(cè)為旁濾泵2臺（一用一備），右側(cè)為TRT供水泵2臺（一用一備）。高爐凈環(huán)水池共8臺泵：左側(cè)為高壓供水泵供2臺（一用一備），中間為常壓供水泵3臺（兩用一備）及柴油泵1臺，右側(cè)為加熱爐供水泵2臺（一用一備）。上塔熱水池有3臺上塔供水泵（兩用一備）。

當(dāng)要進(jìn)行上位手動(dòng)操作時(shí)，首先應(yīng)確認(rèn)該泵是否為可操作狀態(tài)，然后確認(rèn)該水池沒有液位低報(bào)警，再按下手動(dòng)按鈕，然后選擇每臺泵的狀態(tài)，是工作泵還是備用泵，對于已選的工作泵，可以通過起泵和停泵按鈕實(shí)現(xiàn)其啟動(dòng)和停止，而對于備用泵則不能操作。

當(dāng)要進(jìn)行上位自動(dòng)操作時(shí)，應(yīng)先確認(rèn)該泵組所有泵都為可操作狀態(tài)，確認(rèn)沒有高溫報(bào)警和故障報(bào)警，然后需在手動(dòng)狀態(tài)下選擇好工作泵和備用泵，再按下自動(dòng)按鈕即將控制方式改為上位自動(dòng)，按下啟動(dòng)按鈕即可實(shí)現(xiàn)泵組的自動(dòng)啟動(dòng)（所選擇的工作泵按順序延時(shí)啟動(dòng)），當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，該泵組立即全部停止。“啟動(dòng)、停止”按鈕僅在上位自動(dòng)條件下起作用，如果要停止某臺泵而不是全部停止，則點(diǎn)擊相應(yīng)泵的停泵按鈕。上位自動(dòng)模式下，當(dāng)某臺泵出現(xiàn)啟動(dòng)超時(shí)或運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)該泵自動(dòng)停止，備用泵自動(dòng)啟動(dòng)，此種情況為故障狀態(tài)，自動(dòng)切換到上位手動(dòng)模式，嚴(yán)禁在上位自動(dòng)狀態(tài)下處理故障。

所有泵組都與對應(yīng)的水池液位進(jìn)行聯(lián)鎖，當(dāng)液位下降到低位時(shí)，畫面中發(fā)出報(bào)警，提示操作人員及時(shí)補(bǔ)水，當(dāng)也為下降到低低位時(shí)，所在泵組的泵全部停止運(yùn)行，防止水泵空轉(zhuǎn)導(dǎo)致設(shè)備損壞。當(dāng)系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)時(shí)，可將操作切換到現(xiàn)場本地，防止因系統(tǒng)異常導(dǎo)致供水不穩(wěn)定。通過下位記錄每臺泵的運(yùn)行時(shí)間，上位機(jī)做出泵運(yùn)行時(shí)間報(bào)表，根據(jù)水泵運(yùn)行時(shí)間平衡原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作，避免同一水泵長期使用，而其他水泵閑置，延長水泵運(yùn)行壽命。上位機(jī)畫面可以形象、準(zhǔn)確地通過圖形動(dòng)態(tài)顯示各個(gè)設(shè)備（水泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥）的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，通過顯示圖形顏色的變化和閃爍來進(jìn)行設(shè)備故障報(bào)警。電動(dòng)閥的開關(guān)位置也能夠很直觀的表現(xiàn)出來。

4 結(jié)語

運(yùn)用以S7400系列PLC為中心的高爐水泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)，然后進(jìn)行合理的程序設(shè)計(jì)以及對原有系統(tǒng)的改良，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、水泵根據(jù)現(xiàn)場工藝參數(shù)的變化改變供水量且能夠自動(dòng)切換運(yùn)行泵的數(shù)量，達(dá)到資源合理化運(yùn)用。這樣不僅減輕了操作工的作業(yè)強(qiáng)度，也實(shí)現(xiàn)了水泵的合理調(diào)配和運(yùn)行，提高了效率還節(jié)約了資源?？傊?，高爐水泵房自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用很大程度上延長了高爐等設(shè)備的使用年限，為高爐生產(chǎn)起到了很大的助力作用。

參考文獻(xiàn)

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