烧结机自动化系统方案.doc

60m2烧结机自动化系统方案说明一、 前言烧结生产过程是在铁矿粉中加入一定比例的溶剂和燃料，经混合后，在一定的温度下烧结成高炉需要的原料。主要工艺包括上料、配料、混合、烧结、冷却、整粒等过程。另外还有抽风机系统、水处理系统、环境除尘系统和余热利用系统等。二、 客户需求武安兴华钢铁集团有限公司要建造一座 60m2烧结机系统。考虑到烧结过程是一个连续性的生产过程，环节多、控制对象较复杂、纯滞后时间长、且受干扰因素多，所以必需对生产过程进行自动控制。三、 设计依据1.业主提供的工艺等资料。2.工业企业通用设计规范（GBT42-81）。3.民用工业建筑电气设计规范（GJT16-92）。四、 设计范围烧结机系统的自动化项目包括：（1）原料上料和配料系统的电气、仪表和计算机系统；（2）混合料系统的电气、仪表和计算机系统；（3）烧结系统的电气、仪表和计算机系统；（4）冷却、整粒系统的电气、仪表和计算机系统。另外还有抽风机系统、水处理系统、工艺除尘系统、环境除尘系统和余热利用系统等系统的电气、仪表、计算机系统和高低压供配电系统。五、 设计原则我们经过认真研究和分析，在烧结机自动化系统中，基本方案是：采用PLC计算机自动化控制系统。自动化控制系统的设计将以先进可靠实用为原则，并根据冶金设备的特点及用户所提工艺要求，采用PLC计算机自动化控制系统,并充分利用PLC系统的优势，减少故障率，发挥设备的最大效率。六、 设备选型说明自控系统设备和仪表系统设备的选型及设备安装水平将按照高精度高可靠性的原则，一般检测设备选用国内一流设备，特殊检测选用国外引进设备。 低压配电柜和MCC柜采用GGD型。 高压柜采用KYN28型。 抽风机2400KW电机的启动采用“湖北追日”的液阻启动器和液阻启动星角柜。 低压电器以国内一流的电器为主，或者根据用户的要求进行选型。推荐正泰和德力西。 变频器采用“艾默生”或者“安川”等变频器或者根据业主的要求进行选择。变频器与PLC系统的连接推荐采用点对点的方式。 55KW以上的低压电机采用软起动方式，并设置旁通接触器，在软起动器故障时使用。软起动器采用天传产品。 仪表以鞍山自控仪表和承德中威系列为主。 皮带称采用电子皮带秤。（电子皮带秤的料量信号4-20mA进入PLC系统，由PLC系统进行自动调节控制。） 基础自动化级系统的选型：基础自动化级系统采用西门子S7-300PLC自动化平台作为主控制器，编程软件采用STEP7软件。 上位计算机采用研华工控计算机和北京亚控公司的“组态王” 监控软件，该监控软件是真正的中国货，功能比较丰富，性能良好，价格适中，在国内的使用越来越广泛。组态王软件到2004年为止，装机量近20000套。 工程自动化控制共设两级：过程控制级和基础控制级。过程控制级主要通过上位监控机的工程师站完成烧结机系统生产过程的监控和计量等功能，实现包括原料、配料、混合、烧结、冷却、整粒等工序的过程控制。（也可以根据要求，将过程数据采集到服务器中，该数据服务器提供和全厂生产制造系统的数据接口。）基础控制级主要通过PLC和上位监控机的操作员站完成烧结机系统生产过程的数据采集运算以及各种控制和操作。 PLC系统开关量的输入和输出信号与电气系统的连接采用继电器进行隔离。这主要是考虑到冶金电气设备的特点和PLC系统的特点，即：PLC系统开关量模块基本上采用的是DC24V的模块，如果不进行隔离，AC220V的强电信号有可能进入PLC系统，造成开关量模块的损坏，导致计算机系统瘫痪。采用继电器进行隔离会使PLC系统更加可靠和稳定。 PLC系统模拟量的输入信号与仪表系统的连接采用配电器或者隔离器进行隔离。会使PLC系统更加可靠和稳定,这样可以充分利用PLC系统的优势，减少故障率，发挥设备的最大效率。七、 系统方案和配置：（见附图）l 供配电系统方案和配置高压部分：采用双回路供电，中间设置联络开关柜。采用双回路供电是因为考虑到烧结机系统在生产中，如果发生意外的停顿，生产将会有比较大的损失，同时也会造成设备装置的损坏。因此供配电系统、电力设备和控制系统必须可靠。低压部分：（1）低压配电室（含烧结系统的供配电系统）。（2）混合料系统的供配电系统（含水泵房）。（3）燃料与溶剂系统和配料系统的供配电系统。采用双回路供电，中间不设置联络开关柜。l 低压配电室（见附图1）低压控制柜10低压控制柜9低压控制柜8低压控制柜7低压控制柜6联络柜低压控制柜5低压控制柜4低压控制柜3低压控制柜2低压控制柜1n 燃料与溶剂系统和配料系统的供配电系统采用双回路供电。（见附图2）低压控制柜6低压控制柜5低压控制柜4进线柜低压控制柜1低压控制柜2低压控制柜3 l 混合料系统的供配电系统采用双回路供电。（混合料系统的供配电见附图3）低压控制柜3低压控制柜2低压控制柜1进线柜1n 冷却和整粒系统的供配电系统采用双回路供电。（见附图4）低压控制柜4低压控制柜3低压控制柜2低压控制柜1进线柜1 u 计算机系统方案和配置n 方案：根据烧结机系统工艺特点，采用西门子S7-300 PLC为主控制器。（1） 燃料和溶剂系统、配料系统为一套PLC系统；（2） 混合料系统为一套PLC系统；（3） 烧结机系统为一套PLC系统；（4） 冷却、整粒和成品部分为一套PLC系统；PLC系统完成数据采集及控制任务，并与上位监控计算机进行数据交换。各PLC之间以及PLC和上位计算机之间通过以太网（光缆）连接，进行数据交换。采用分区域设立各自的PLC系统，其系统结构为集散式系统结构，以集中管理、分散控制为原则，为每一具体的工艺控制任务提供一个可靠的解决方案，其优点是系统结构层次清楚、简单、任务分工明确，局部任何系统的失效不会扩展到其它层，也不会影响整个系统的正常工作，从而保证了整个系统能够长期高效运行。（方案：S7-300 PLC西门子计算机系统配置图）操作站1操作站2打印机 以太网光纤交换机1光纤交换机2光纤交换机3光纤交换机4 以太网光缆混料PLC系统燃料溶剂配料PLC系统烧结机PLC系统冷却整粒PLC系统 n 一般在在烧结主控室配置2台操作员站（HMI）和打印机用于监视系统的运行状况和工艺参数的设定并可实现实时显示、操作、报警画面、趋势画面（包括实时趋势和历史趋势）和累计以及报表打印等功能。八、 设计制图的基本方法和要求：1、 在电气传动控制和仪表检测控制方面，根据烧结机生产工艺系统的基本情况，主要是按照生产工艺的流程顺序，我们将燃料破碎系统、溶剂破碎系统、配料系统、混料系统、烧结机系统、冷却整粒系统、铺底料系统、机头除尘系统、机尾除尘系统、风机系统、水系统等分别列为：A系统、B系统、C系统、D系统、E系统、F系统、G系统、H系统、I系统、J系统、K系统等，进行分别设计。2、 PLC计算机系统将燃料溶剂破碎系统、配料系统、混料系统、烧结机系统、冷却整粒系统、机头除尘系统、机尾除尘系统、风机系统、水系统等分别列为：PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7、PC8、PC9，并分别进行设计。3、 设计图纸的绘制将采用现在比较流行的方式：标“线号”的方式或者“点端子”的方式。九、 烧结机计算机自动化控制系统其控制范围和基本功能：基本功能：l 该控制系统具有：手动、半自动和自动等三种控制方式。（1）手动是纯手动方式，也叫机旁控制（此功能属于常规电气控制的范围）。在机旁操作箱上一般设有选择开关，可以选择集中控制和机旁手动控制。选择集中控制，则该设备受主控制室集中控制。如果机旁手动控制，则该设备可以在机旁进行手动控制。（2）半自动是当选择集中控制时，操作人员在计算机操作画面上进行的手动调节控制，此控制具有条件限制。（3）自动是操作人员在计算机操作画面上进行了选择和设定了参数后，由计算机系统进行自动控制（例如：配料自动化控制）。l 料线选择功能；可以选择每台装置。系统启动前要对系统进行“料线选择”（生产的工艺流程线路的选择）。 l 系统检查功能；“料线检查”是检查已经选择好的“料线”上各设备的电气状态。如果有“料线”上各设备在机旁操作箱上的选择开关未选择集中控制，皮带跑偏、变频器故障等电气状态不正常或“料线选择”不对，则在计算机的监控画面进行提示或报警，如果正常则显示允许启动。l 系统按时序的顺序启动、连锁运行、系统停止、按时序的延时停和一齐停止或故障急停等功能。l 顺序起动。一般从最下游设备开始、逆流程顺序延时起动。系统启动前要对系统进行“料线选择”（生产的工艺流程线路的选择），“料线检查”（检查已经选择好的“料线”上各设备的电气状态），如果有“料线”上各设备在机旁操作箱上的选择开关未选择集中控制，皮带跑偏、变频器故障等电气状态不正常或“料线选择”不对，则在计算机的监控画面进行提示或报警，如果正常则显示允许启动。正式启动前，发出启动的灯光音响预告（一般预告时间为30秒60秒），并为间断的灯光音响预告。如果此期间无异常，才允许启动设备。按照一定的电气连锁条件启动，每隔35秒启动一台设备。启动期间灯光音响变为长亮和长响，直到启动结束为止。如果每隔35秒启动一台设备没有成功，或者发生其他异常则停止启动，并发出间断的灯光音响报警。l 系统的运行；按照一定的电气连锁条件进行运行，如果某台设备发生异常停机，则后面的设备也连锁停机，并发出间断的灯光音响报警。l 顺序停止。最上游设备首先停止，经过物料运送所需要的时间后，下游设备再停止。一般是顺着生产工艺流程的方向，按顺序逐台延时停机。延时时间以能够将该设备上的料全部运送完毕为基准。l 一齐停止或故障急停：所有运行的设备立即停止运行。可以由操作员在室内的操作箱或者在操作画面上进行操作。l 系统报警功能；l 总貌画面：形象地绘制出该系统工艺生产状况及其检测点的布置情况。在运行时实时显示运行参数以及进行控制参数的设定、手/自动方式的切换。还可以对系统进行“料线选择”，“料线检查”，“系统启动”，“顺序停止”，“一齐停止或故障急停”等操作。l 报警画面：采用报警和闪烁显示相结合的方式形象地显示出报警名称和所在位置，利于操作者迅速采取措施。l 趋势画面：包括实时趋势和历史趋势。根据需要分组显示出主要参数的趋势，便于查询和技术分析。l 累计以及报表：单台配料装置料量的班、日和月累计以及上一班、上一日和上一月的累计量，便于生产累计以及成本核算。A. 燃料和溶剂系统l 燃料系统是将块煤或焦碳破碎为粉末状的燃料。主要的设备有：振动给料机、1#皮带机、电磁分离器、双辊破碎机、2#皮带机、四辊破碎机、3#皮带机、4#皮带机、可逆皮带等。该系统的特殊的地方有以下几点：（1） 四辊破碎机一般为双速或者为变频调速，高速为生产时使用，低速为车辊时使用。（2） 可逆皮带为向4#和5#燃料仓运料时使用，一般可逆皮带正向运行为向4#燃料仓运料，反向运行为向5#燃料仓运料。 l 溶剂系统是将块状的“萤石”破碎为粉末状的溶剂。主要的设备有：振动给料机、1#皮带机、电磁分离器、溶剂破碎机、2#皮带机、振动筛、3#皮带机、可逆皮带机、1#返料皮带机和2#返料皮带机等。该系统的特殊的地方有以下几点：（1） 溶剂破碎机的电机一般为高压电机，在控制方面需要与高压系统有一定的关系。（2） 可逆皮带为向6#和7#溶剂仓运料时使用，一般可逆皮带正向运行为向6#溶剂仓运料，反向运行为向7#溶剂仓运料。（3） 1#返料皮带机和2#返料皮带机是将振动筛的筛上料返回到1#皮带机。B配料自动化系统l 料量设定功能；总料量为 （XX）kg/s，各单台配料装置的料量设定为百分比料量设定。例如：总料量为 70kg/s，3#配料装置的料量设定为40%。则：3#配料装置的料量设定为：70kg/s40%=28kg/s。l PID调节功能；l PID调节的自动和手动的无扰动切换功能；l 按顺序延时变料量功能；当总料量发生改变时，按照每个配料装置的前后顺序延时改变料量。l 配料量的给料设定值动态跟踪方法。配料的第一目的是确保确保混合料的动态配比误差最小，在0.5%之内，第二目的是确保确保混合料的动态料量的误差最小。因此我们采用“配料量的给料设定值动态跟踪方法”确保上述目的的实现。l 配料量累计功能；单台配料装置料量的班、日和月累计以及上一班、上一日和上一月的累计。l 模拟量调节输出限幅；l 每分钟配料量的料量比等功能。就是计算出一分钟时间内的配料量平均值与设定值的百分比，既有每台配料秤自己的百分比，也有混合料总量的百分比。C混合上料系统计算机软件功能：l 料线选择功能；l 系统检查功能；l 系统报警功能；l 系统按时序的顺序启动、连锁运行、系统停止和按时序的延时停等功能。D. 烧结机部分计算机软件功能：l 料线选择功能；l 系统检查功能；l 系统按时序的顺序启动、连锁运行、系统停止和按时序的延时停等功能。l 点火炉温度检测与控制：点火炉温度调节采用双交叉限幅，并辅助以输出限幅的控制方法。双交叉限幅控制的基本原理见下图。图中为空气流量与煤气流量的空燃比率 定义为：=空气流量/煤气流量，这里K1、K2、K3、K4 为常数，设定K1=K2=35，K3=K4=510 。采用双交叉限幅控制保证了在燃烧系统升温时实现空气先行，燃料跟随；降温时，燃料先行，空气跟随，减少了黑烟对环境的污染。在调节的动态过程中保持了空气-煤气的相互跟随关系，合理控制了空燃比。这样即使系统在供风故障时也能自动关闭煤气调节阀，具有很好的自保护能力。输出限幅的使用使得控制输出更加平稳，避免了执行机构的频繁动作，提高了使用寿命。如果再引进煤气的热值信号，效果将会更好。l 料层厚度的检测与控制，目前烧结机一般采用料层厚度的检测装置为非接触式的比较多，常用的有雷达方式的检测装置。在烧结机一般采用三点决策方式，料层厚度的检测值进入计算机系统，并进行计算处理，然后调节圆辊的速度使料层厚度得到控制。由于小型烧结机的台车横向方向比较窄小，一般不采用料层厚度的检测与自动控制，所以建议不做。但圆辊的速度调节功能还是应该有的，可以由岗位人员采用手动的方式进行调节控制。推荐采用变频方式进行调节控制。l 圆辊给料机速度的检测与控制。l 烧结机电机和台车速度的检测与控制。l 煤气管道快速切断。l 烧结机风箱的控制，可以考虑人工手动的方式，不受电气控制。l 热振动筛为双电机拖动，在启动时两台电机的启动有一个时间间隔。l 各种温度、压力、流量以及其他检测量的检测与控制、实时趋势和历史曲线。l 系统报警画面；l 趋势画面：包括实时趋势和历史曲线。根据需要分组显示出主要参数的趋势，便于查询和技术分析。l 累计功能；显示出主要物料如煤气的班、日和月累计以及上一班、上一日和上一月的累计量，便于生产累计以及成本核算。l 台车速度的检测与控制（也叫烧结终点的控制）：为了使混合料到达机尾时燃烧正好到底，避免料层烧不透或落到带冷机后仍在燃烧。这就保证了抽风面积充分利用，从而提高产量。所以必须对烧结机台车的速度和风箱的温度与压力进行检测和控制，使风箱的温度在倒数第一风箱与倒数第二风箱之间达到最高（见烧结机风箱温度曲线图）。但想要达到烧结终点的自动控制的程度，还需要装配比较多的检测装置，例如：料层厚度的检测、物料的透气