GE智能平台PACSystemsRX7iPLC在炼铁自动化系统中的应用

［摘要］：［关键词］： 组态王 电机 IFIX 流量计摘 要：本文详细介绍了淄博宏达铁厂3#、4#507m3高炉的上料系统、矿槽系统、热风炉系统、高炉本体、煤气净化、综合水泵房全套自动化系统，着重叙述GE Fanuc PACSystems RX7i PLC在实现高炉自动化中的解决方案和全面质量控制方法。
Abstract ：This application introduced the automation controlling system of hoist system for blast furnace,collecting material system, hot-air furnace, blast-furnace stack，coal gas collecting device, integrated bump device. Emphasize to introduce how to use GE Fanuc PACSystems RX7i in blast furnace solution and total quality control.
关键词：GE Fanuc PACSystems RX7i; 卷扬系统；三电一体化；全面质量控制
Keyword: GE Fanuc PACSystems RX7i；hoist system；Integrated 3-electric-control；TQC
1项目概述
淄博宏达铁厂隶属于淄博宏达南金兆集团公司。3#、4#507高炉是该铁厂炼铁项目的二期工程，这两座高炉投产后，宏达铁厂将达到300万吨的年产量。对当地的经济将带来很大的影响，具有深远的社会意义。
2系统设计特点：
2.1、采用三电（EIC）一体化控制，系统采用集散型 PLC实现分布式网络控制，确保系统运行稳定可靠，实现仪表、电气及自动控制系统的集成控制。；
2.2、PLC之间的通讯采用高效的光纤环网；上位机、PLC之间的通讯采用工业以太网结构，PLC与变频器之间的通讯采用直连的方式，确保系统具有良好的稳定性、可靠性、开放性、高效性；
2.3、在完成基础级自动化的基础上，统一规划二级网络结构，预留与MES系统的通讯接口。同时在二级系统上实现初步的管理调度功能和初步的资源规划。
3系统概述：
3.1、淄博宏达钢铁有限公司2×507m3高炉PLC系统由10套单独PLC构成，按工艺流程分：3#、4#高炉本体系统，称为PLC31控制系统、PLC41控制系统（本体系统）；3#、4#高炉槽下设备称重与炉顶设备控制系统称为PLC32系统、PLC42系统（炉顶上料系统）；3#、4#高炉热风炉数据采集与阀门控制系统称为PLC33系统、PLC43系统（热风炉系统）；煤气净化系统称为PLC5系统（3#、4#高炉共用此系统）、综合泵房系统称为PLC6系统（3#、4#高炉共用此系统）。所有PLC控制系统通过光纤环网连接在一起。
4控制功能概述
4.1 高炉本体控制部分
4.1.1 实现高炉本体温度、流量、冷却水压力等检测数据的报警功能
例如：温度报警，在检测超过某一设定值时，进行判断并进行报警功能，如在监控画面闪烁或变色。炉身温度报警示意图：


4.1.2 实现高炉炉顶压力的手动/自动调节功能


4.1.3 实现本体参数的实时显示、历史记录、存档
对一些高炉重要数据实时采集，显示，并且根据用户的需要进行存档，并可生成趋势记录和参数报表。
4.2 高炉槽下上料部分
4.2.1槽下配料功能
高炉槽下设左右两侧各4个烧结矿石称量斗和4个烧结矿仓，右侧还有两个杂矿仓和1个杂矿称量斗，8个烧结矿仓下都有振动筛，筛落小的矿石颗粒，把成品矿下到各自下面的称量斗里，两个杂矿仓下都有振动给料机，两个杂矿仓的矿石经振动给料机下到公用杂矿斗中。两侧的9个矿石称量斗的矿石经过称量后，用胶带机运送经翻板选择到料坑中的左右2个大的矿石中间斗中。8个烧结矿筛筛除的小矿石颗粒经过碎矿皮带运送到碎矿仓，经汽车运送走。
焦炭设左右两个焦仓，仓下装有振动筛，焦炭经筛分后，筛除小的焦炭颗粒，合格的块焦，分别直接进入料坑内的左右焦炭称量斗，筛出的小碎焦颗粒通过碎焦皮带机系统送入碎焦仓贮存，等待外运。
槽下控制能够根据料单内容实现振筛、给料机、斗闸门、翻板、皮带等的完全自动化逻辑控制。并根据槽下料单的填写内容实现自动称量补偿等计算累计功能：
开放式槽下料单设定；
槽下振筛的自动启停控制；
槽下称量斗的称量和排料控制；
槽下翻板皮带中间斗的运转控制；
4.2.2主卷上料功能:
根据槽下和炉顶程序无缝链接实现对料车的上行下行的自动控制，并能够进行完全手动操作，能够对松绳、过卷等故障做出紧急反应，保障料车的安全运行。
其主要实现的功能如下：
料车机旁/集中/计算机操作
料车的行走曲线控制
卷扬系统故障保护系统
高炉炉顶自动布料
高炉炉顶探尺运转控制
高炉料罐自动装料过程
开放式高炉炉顶料单
4.3热风炉系统
PLC控制系统主要是实现三座热风炉的燃烧、焖炉、送风等三个状态的转换，以及实现三座热风炉状态转换时的相互联锁。保障热风炉的送风温度和风量，促进高炉炼铁的顺利进行。
4.3.1阀门控制关系及联锁
热风炉的工作状态有燃烧、焖炉、送风三种状态，状态的转换靠控制各阀门的动作，其受控阀门及三种状态对应的阀门状态符合工艺要求。
4.3.2工作制度
热风炉有以下三种工作制：两烧一送，两送一烧，一烧一送，详见下图。

两烧一送工作制


两送一烧工作制


一送一烧工作制


Ⅹ－－-送风 Ο－－-燃烧 空格－－-焖炉
两烧一送及两送一烧工作制为热风炉正常工作制，这种工作制换炉次数少， 从而风量及风温稳定；一烧一送工作制为非正常工作制，换炉频繁，容易造成风量及风温波动，实际生产中应尽量采用正常工作制。无论是正常工作制或非正常工作制在发出送风换炉时，操作上必须先将燃烧的热风炉转送风后，才能将送风的热风炉转燃烧。注:送风与燃烧之间的转换均须先转焖炉。
一般采取两烧一送的模式。
4.3.3综合功能
实现三座热风炉的相互联锁，促进高炉的稳定生产，主要是冷风联锁功能。并通过工艺参数的设定，保障热风炉燃烧制度的实现。
实现热风炉状态转换的阀门联锁和自动开关，达到能够实现计算机手动/半自动换炉的目的，在设备条件、工艺调件达到要求的时候能够实现自动换炉。
对煤气总管压力调节阀、空气总管压力调节阀、煤气支管调节阀、空气支管调节阀能够进行计算机手动操作，在设备条件达到的情况下，能够进行自动调节。
对一些重要的参数实现报警功能。比如煤气总管压力、空气总管压力、拱顶温度、烟道温度等。对拱顶温度、烟道温度、煤气总管压力、空气总管压力等重要参数有实时和历史的趋势显示，并实现重要参数的报表打印。
4.4 全面质量控制
全面质量管理的首要目标是满足客户的要求，最好的不一定是最适合的。为实现这一过程，我们以不断的优化和更改高炉控制过程为基本方法，充分协调包括设备、人员、材料在内的各种资源，采用整体协调的设计思想来实现这一目标。
5、技术解决方案
5.1、解决方案
根据我公司高炉施工经验，并结合宏达集团要求拟整套控制系统采用美国GE公司新推出的PAC RX7i系列控制器和高速现场总线以及分布式I/O模块，技术解决方案如下：
采用美国GE公司PAC RX7i系列CPE010，通过高速现场总线GENIUS总线实现与分布式VersaMax模块连接。PLC系统I/O余量不小于15% 。以高炉本体为例：见附表一。
5.2、主机架（主站）选型如下：
5.2.1、标准机架：（型号IC698CHS017）17槽，后安装，支持早期90-70产品，保护用户
投资；
5.2.2、CPU模块：（型号IC698CPE010）10M内存，INTEL 赛扬处理器，运行速度300MHZ，100 MHZ内存总线，内建10/100M以太网接口和3个串行接口用于系统诊断；
5.2.3、电源模块：（型号IC698PSA100），宽电压适应（90-260V），大容量，具有过压过
流保护；
5.2.4、机架风扇组件：（型号IC697ACC724）用于机架系统散热；
5.2.5、后备锂电池：（型号IC698ACC701）在系统断电情况下可使用6个月；
5.2.6、智能总线控制器GBC：（型号IC697BEM731）用于和分布式I/O模块通讯，支持32个从站，通讯距离远，最大可达2300米，支持冗余总线；
5.3、分布式I/O模块（从站）选自选型配置如下：
5.3.1、电源模块：（型号IC200PWR102）具有短路和过载保护，既能做主供电电源，也能作为辅助供电电源；
5.3.2、网络接口单元：（型号 IC200GBI001）用于从站和主站之间的通讯，支持网络冗余，端子连接；
5.3.3、模块底座：（型号IC200CHS022）紧凑式盒式接线端子I/0底座；
5.3.4、通讯模块底座：（型号IC200CHS006）为现场总线通讯模块提供机架，底板通讯；
5.3.5、开关量输入模块：（型号IC200MDL650/241）32/16点输入，支持带电热插拔，每回路均有LED指示灯，同时还有显示模块本身电源状态和外部电源状态的指示灯；
5.3.6开关量输出模块：（型号IC200MDL742）32点晶体管输出，支持带电热插拔，响应时间短，16点一组，2组隔离；
5.3.7模拟量输入模块：（型号IC200ALG230）4点输入，12位分辨率，支持带电热插拔；
5.3.8模拟量输出模块：（型号IC200ALG320