高炉控制系统报告.doc

目 录第1章 高炉控制系统工艺分析11.1高炉控制系统工艺介绍11.2高炉控制系统的组成及应用11.3高炉控制系统主要控制内容2第2章 高炉控制系统设计32.1仪表的选择32.2传感器的选型32.3控制方案分析4第3章 基于紫金桥的高炉控制系统监控程序设计63.1高炉控制系统主控界面63.2高炉控制系统报警界面和历史趋势界面93.3仪表界面11第4章 结论与体会12参考文献13第1章 高炉控制系统工艺分析1.1高炉控制系统工艺介绍随着工业的发展，高炉的运用愈来愈渗透进多个行业。但是在高炉产生巨大经济效益。 应用多套 PLC组成高炉控制系统的实现方法和功能特点 ,以及多座高炉控制系统进行两级联网通讯 ,实现过程控制和生产管理自动化。实际应用表明 ,系统整体设计合理 ,运行稳定可靠 ,满足了高炉生产要求并取得很好的效益。 主体工艺系统采用三电(电气, 仪表, 计算机)控制一体化程度较高的分布式控制系统进行集中控制、监视和操作，主要的辅助工艺系统则视工艺过程控制的难易程度,选用独立的PLC(DCS)或继电器(模拟仪表)系统进行控制、监视和操作。主体工艺自动控制系统与辅助工艺PLC(DCS)或继电器(模拟仪表) 系统之间通过数据通信接口或I/ O 模件接线方式进行通信。本文仅对高炉生产主体工艺自动控制系统的各个设计阶段、内容,进行总结和介绍。 高炉控制系统主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉炼铁自动化控制系统就是保证炼铁生产过程的连续性和实时监控性，进而保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内、控制炉料均匀下降、调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触、保持高炉整体有合适的热状态。 高炉控制是集机械、电气控制和计算机应用为一体的技术，采用以和利时公司HOLLiASLK系列PLC为核心的，集中与分散相结合的自动化控制系统，系统由1个中央控制室和上料系统、高炉本体、热风炉、除尘等四个控制站组成，通过高速100Mbps光纤工业以太网进行数据通信，自动化过程监控系统的布局及网络结构。 本系统是一个集顺序控制、过程控制、数据采集、工况监视、数据管理为一体的计算机控制管理系统。对电动机、阀门等以及成套机电设备的开关量控制，包括分组联锁起动、分组联锁关机、组内自动联锁控制、组内单步联锁控制、系统单步调试；过程控制数据的采集和处理（包括开关量和模拟量）；完善的报警功能。开关量和模拟量报警的显示、确认、记录和打印；动态显示工艺流程图画面，各画面之间可以自由切换；历史曲线图、实时曲线图、电气仪表图和棒形图显示和打印。1.2高炉控制系统的组成及应用 高炉控制系统主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉炼铁自动化控制系统就是保证炼铁生产过程的连续性和实时监控性，进而保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内、控制炉料均匀下降、调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触、保持高炉整体有合适的热状态。 高炉自动控制系统通常由常规检测仪表、电气传动系统及以计算机为主体设备的分布式控制系统共同组成。自动控制系统在系统应用功能上由4 级组成。第1 级为现场检测和传动级,主要对工艺生产现场进行检测和驱动；第2级为基础自动化级,主要完成生产过程的数据采集和初步处理,数据显示和记录,数据设定,生产操作,执行对生产过程的连续调节控制和逻辑顺序控制；第3级为过程监控级,主要完成生产过程操作指导,作业管理,模型计算,数据处理及存储；系统与装置4级为生产管理级,主要进行全厂生产信息管理。控制系统采用高速数据总线通信,并留有与其他生产及管理部门通信的接口。第1级属于常规检测仪表及电气传动系统，第24 级属于分布式控制系统。1.3高炉控制系统主要控制内容按照功能和结构划分，高炉系统分为四个分系统：槽下及上料控制系统、高炉本体系统、热风炉系统和除尘控制系统。装料自动控制，为保证高炉冶炼过程正常进行，必须使炉料保持一定的高度。送风自动控制，从风口鼓入约10001200的热风使焦炭燃烧。热风温度控制：冷风经热风炉加热后的风温并不是恒定的，开始时风温高，以后则逐渐降低，用风温调节器控制掺入的冷风量便可使风温保持恒定。此外，炉顶煤气的检测和控制 ，炉顶煤气的压力和成分直接反映炉内的冶炼情况。炉顶压力调节装置控制炉压恒定，是确保炉料平稳下降的重要措施。高炉炉体设备管理，为延长高炉寿命，需要对炉体和设备进行监控。常用各种热传感器监视炉缸、炉身、冷却壁等炉体各部位的温度，超限时作出报告；或用触发响应法对耐火砖残存厚度进行测量监视。风口是关键设备，需要经常监视。用卡门流量计或双管电磁流量计检测风口冷却水的进出流量差，就能检查风口冷却套是否破损。高炉生产主体工艺系统包括:高炉矿、焦槽,上料(料车上料或皮带机上料) , 炉顶(无料钟炉顶或钟式炉顶),高炉本体,出铁场,粗煤气除尘煤气清洗(文氏管或比肖夫法),炉顶煤气余压发电(TRT),热风炉,炉渣处理,煤粉制备及喷吹等。高炉生产主要的辅助工艺系统包括: 高炉除尘系统,鼓风站,空压站,锅炉房,水处理系统,碾泥机,铸铁机,检、化验设施,生活福利设施等。一般地, 高炉生产主体工艺系统与主要的辅助工艺系统分别由不同的控制系统进行控制。第2章 高炉控制系统设计2.1仪表的选择利用电磁流量计对高炉冷却水系统进行流量参数的监测，同时根据这些数据以及历史记录和人工设定参数等进行分析和比较，确认高炉冷却水系统运行状态，并对不佳状态进行必要的调整。我们通过在冷却器进水或出水支管上安装流量计来获取流量值。对高炉冷却水系统的控制与调节中主要是对水流量进行调节，调节冷却水流量的主要手段是调节控水阀门的开度和启动加压泵加大进水压力两种方式。选择仪表类型如图2-1所示。图2-1仪表的选择2.2传感器的选型利用数字化温度传感器对高炉冷却水系统进行温度的监测，同时根据这些数据以及历史记录和人工设定参数等进行分析和比较，确认高炉冷却水系统运行状态，并对不佳状态进行必要的调整。我们通过在进水和出水分别安装温度传感器来获取进出水温度，通过计算得到温差。 测温传感器采用的是美国进口的数字式温度传感元件，其精度高，抗干扰能力强，测温范围广等特点使得在低温测量系统中用量非常大。其外壳采用不锈钢制成，防水、耐腐蚀，可以在环境恶劣的测温环境下使用。该探头安装简单，拆换方便，可维护性好。温度采集器的作用包括给数字化温度传感器提供电源，对多个数字化温度传感器进行温度采集并按照次序存贮到，采用先进的Lonworks技术，保证了系统的高速交换和数据采集，增强了系统的可靠性。温度采集器使用防水标准的机壳，可适应现场的恶劣环境，密闭性好，防熏蒸。而且温度采集器带有过压、过流、突波、隔离、雷击保护电路。测温传感器通过总线连接器连接到温度采集器，连接电缆长度最长可达100米，每个温度采集器可连接20个温度传感器。水泵继电控制器接受上位机命令，按照命令执行闭合或断开加压水泵的控制继电器，从而控制加压泵的启停。2.3控制方案分析高炉控制一般采用探料尺在垂直方向周期地从炉顶探测料面高度和炉料下降速度（采用微波式的或激光式的探料尺可连续探测）。当炉料低于规定料面高度时，上料系统开始装料。机械式探料尺和上料系统采用无触点的程序控制器或可编程序控制器控制。为了提高装料的精度，广泛采用小型计算机控制炉料重量，并把每次实际装入漏斗的原料数量记录下来，求出与装料规定量之差，在下次称量时自动给以补正。计算机控制装料还可将单位时间内各种原料的给定量、总重量、水分含量、各原料仓的库存量等装料数据打印制表。从风口鼓入约10001200的热风使焦炭燃烧。为保持炉温恒定，炉况平稳，须对热风的温度、湿度和富化处理进行控制。炉内反应过程的参数不能直接检测，所以控制系统尚未达到完善的程度，但已有数种炉况控制系统(如炉热模型系统,GO-STOP系统)在高炉上获得应用，其中以炉热模型构成的系统应用较多。炉热模型系统以高炉炼铁过程的物理化学反应为基础，把高炉分为风口燃烧带、直接还原带和间接还原带，根据输出输入高炉的各种参数（如矿石焦炭装入量、风量、风温、喷吹量、炉顶煤气成分、渣铁成分和生成量等）列出各反应区间的物料平衡和热量平衡方程组，然后求解这些方程组，便可得出炉中直接还原反应带的固体温度和气体温度。这些温度代表炉热的状态，根据炉热的变化自动调节送风参数（如风温、喷吹量等），改变风口送入的热量，将炉热控制在最佳状态。为提高系统的控制效果，有时将理论模型与统计模型结合使用。这种闭环控制系统已被采用。GOSTOP系统是以系统辨识方法来判断炉况并构成闭环控制系统的。由于炉况控制过程中有大量的计算工作，这种系统需要使用电子计算机。炉身静压力的变化也是炉况的重要参数，常在炉身不同高度的圆周上检测炉身的静压力。这一静压力反映炉料的透气性、气流分布和软熔带根部位置的高度，是判断炉况的重要依据之一。根据炉料的透气性，以炉顶压力为调节手段可组成炉料透气性调节系统。保持透气性恒定有助于炉料顺利下降，保持炉况稳定。炼铁是在高炉内进行还原反映过程，炉料、矿石、燃料和熔剂从炉顶设备装入炉内，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧，产生热煤气由下向上运动，而炉料自上向下运动，相互接触，进行热交换，逐步还原，最后到达炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和出渣口放出。高炉过程检测和控制的主要项目可分为，监视炉内反应、稳定高炉操作、保护炉体及人身安全等几类，因此高炉检测仪表及控制系统的选择十分重要，它直接关系到高炉的正常生产，炉体维护及设备保护。高炉程控系统设计为一个开放的系统，工业以太网、PROFIBUS-DP总线网络是目前应用最广泛和开放性最好的工业通讯网络，系统软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供丰富的API编程接口，可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、MIS和其他子系统进行无缝连接。第3章 基于紫金桥的高炉控制系统监控程序设计3.1高炉控制系统主控界面紫金桥监控组态软件是紫金桥公司在长期的科研和工程实践中开发的通用工业组态软件。紫金桥组态软件在实际应用中，以其可靠性、方便性和强大的功能得到用户的高度评价，用户已经广泛应用于石化、炼油、汽车、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力、交通、智能楼宇、仓储、物流、水利等多个行业和领域的过程控制、管理监测、现场监视、远程监视、故障诊断、企业管理、资源计划等系统。紫金桥组态软件主要特点：紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。一处定义，多处引用：在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。强大的数据库处理核心：数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，在核心级实施控制，满足控制的实时需求。灵活的点参数结构，用户根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。可靠的冗余系统：紫金桥组态软件支持双机/多机热备份，支持IO冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障并自动进行响应的操作，确保系统安全可靠运行。 丰富的IO驱动：紫金桥组态软件在长期的应用过程中，开发了数百种久经考验的IO通讯接口，支持各类智能仪表、智能模块、变频器、板卡、PLC和DCS。同时支持OPC、DDE等各类开放接口 逼真的图形系统：全面支持过渡色、透明色，支持各种图形画刷，真实再现生产流程，能设计出逼真的图形效果。系统预先定义了数百种标准图形，如泵、阀、仪表、管道、马达等，可以大大缩短开发时间。用户也可以自定义图库，一劳永逸。 功能强大的脚本系统：系统支持多种触发形式的脚本，如键动作、数据刷新动作、条件动作、应用动作、窗口动作、对象动作，可以构建各类复杂系统。脚本采用类BASIC语言，简单实用，提供了功能丰富的预定义函数，支持间接变量、数组、循环和自定义函数。 报表系统：紫金桥组态软件本身提供了报表系统，可以支持紫金桥的各类运算和函数，还提供了报表函数，报表格式灵活，可以制出各类报表。提供EXCEL组件，可把紫金桥的各类（包括实时、历史、统计等）数据无缝嵌入EXCEL。 丰富的组件对象：可以直接在画面中插入各类Windows标准控件，如文本编辑框、下拉框、列表框、表格、复选框等，全面支持各类ActiveX控件和OLE对象，提供各种功能组件如温控曲线、时间调度、自定义菜单等。Web发布：紫金桥组态软件通过Web发布，可以在Internet上授权访问，授权操作。可以使用Windwos自带的WebServer或紫金桥提供的WebServer，可以任意指定数据发布端口。客户端简单易用，用户无需降低IE浏览器安全级别，可直接浏览。 使用紫金桥监控组态软件来建立一个新的工程，如图3-1所示。图3-1建立新工程 新建窗口，绘图如图3-2所示。图3-2建立新窗口 找出高炉系统所需要的相应部件，如图3-3，3-4所示。图3-3高炉部件图图3-4高炉整体主控界面图3.2高炉控制系统报警界面和历史趋势界面在对工业现场监控时，一些数值容易发生改变，一旦发现，就应该马上通知工作人员，以便于对于发生的问题及时进行处理，避免重大损失。在紫金桥实时数据库中可以使用报警来完成对异常的通知。紫金桥系统中报警的产生、处理和保存都在实时数据库中完成，当需要显示报警时，可以运行人机界面系统来显示报警。通过添加“工具箱”下的“过程报警”，建立报警系统。如图3-5,3-6所示。图3-5报警系统设置图3-6报警界面 趋势曲线有实时趋势曲线和历史趋势曲线两种。趋势曲线的外形类似于坐标纸，X轴代表时间，Y轴代表变量值。最多可显示4条实时趋势曲线，历史趋势曲线最多可显示8条。如图3-7，3-8所示。图3-7 高炉控制系统历史趋势图图3-8高炉控制系统历史趋势运行图3.3仪表界面 变量的基本类型共有两类：内存变量、I/O变量。IO变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，每当I/O变量的值改变时，该值就会自动写入下位机或其它应用程序；每当下位机或应用程序中的值改变时，“realinfo”系统中的变量值也会自动更新。所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，都需要设置成“I/O变量”。内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“realinfo”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。第4章 结论与体会通过这一周的控制系统的设计，我深深觉得自己应该增长知识。感觉自己以前学到的知识很表面。当自己真的遇到问题要处理的时候，才觉得知识不够，很多时候都要去查找书籍，整理一些知识，这样才能快速的完成课程任务。在这个控制系统设计过程中，我查找了很多书籍，并且看了很多如何使用紫金桥软件的视频，通过研究和思考，才最终完成了这次控制系统设计。我们还更加充分的认识到，控制系统综合实验这门课程在科学发展中的至关重要性，通过，这次控制系统综合实验终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在同学的辛努力帮助下，终于游逆而解。同时，从他人的身上我学得到很多实用的知识。这次控制系统综合实验,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在控制系统的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对知识的认识，进一步增进了对一些常见器件的了解。另外， 2、查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计工艺流程图时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3、相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如开始并不理解原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了基本原理后，很快的设计了工艺流程图。 总体来说,这次实习我受益匪浅。在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力。在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。参考文献1 林伟.浅谈组态软件发展趋势M.北京：自动化博览,2003.1.2 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用M.重庆：重庆大学出版社，2001.2.3 邱公伟.可编程控制器网络通信及应用M.北京：清华大学出版社,2000.4 熊信银.发电厂电气部分M.河北:中国电力出版社,2004.8.5 沈箐.火电站监控组态软件的研究M.南京：东南大学硕士学论文,2006.3.6 李哲英等实用电子电路设计M.北京：电子工业出版社,1997.