燒結(jié)機自動化系統(tǒng)方案

1、60m2燒結(jié)機自動化系統(tǒng)方案說明一、 前言燒結(jié)生產(chǎn)過程是在鐵礦粉中加入一定比例的溶劑和燃料，經(jīng)混合后，在一定的溫度下燒結(jié)成高爐需要的原料。主要工藝包括上料、配料、混合、燒結(jié)、冷卻、整粒等過程。另外還有抽風(fēng)機系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、環(huán)境除塵系統(tǒng)和余熱利用系統(tǒng)等。二、 客戶需求武安興華鋼鐵集團有限公司要建造一座 60m2燒結(jié)機系統(tǒng)?？紤]到燒結(jié)過程是一個連續(xù)性的生產(chǎn)過程，環(huán)節(jié)多、控制對象較復(fù)雜、純滯后時間長、且受干擾因素多，所以必需對生產(chǎn)過程進行自動控制。三、 設(shè)計依據(jù)1.業(yè)主提供的工藝等資料。2.工業(yè)企業(yè)通用設(shè)計規(guī)范（gbt42-81）。3.民用工業(yè)建筑電氣設(shè)計規(guī)范（gjt16-92）。四、 設(shè)計范圍燒

2、結(jié)機系統(tǒng)的自動化項目包括：（1）原料上料和配料系統(tǒng)的電氣、儀表和計算機系統(tǒng)；（2）混合料系統(tǒng)的電氣、儀表和計算機系統(tǒng)；（3）燒結(jié)系統(tǒng)的電氣、儀表和計算機系統(tǒng)；（4）冷卻、整粒系統(tǒng)的電氣、儀表和計算機系統(tǒng)。另外還有抽風(fēng)機系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、工藝除塵系統(tǒng)、環(huán)境除塵系統(tǒng)和余熱利用系統(tǒng)等系統(tǒng)的電氣、儀表、計算機系統(tǒng)和高低壓供配電系統(tǒng)。五、 設(shè)計原則我們經(jīng)過認(rèn)真研究和分析，在燒結(jié)機自動化系統(tǒng)中，基本方案是：采用plc計算機自動化控制系統(tǒng)。自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計將以先進可靠實用為原則，并根據(jù)冶金設(shè)備的特點及用戶所提工藝要求，采用plc計算機自動化控制系統(tǒng),并充分利用plc系統(tǒng)的優(yōu)勢，減少故障率，發(fā)揮設(shè)備的最大

3、效率。六、 設(shè)備選型說明自控系統(tǒng)設(shè)備和儀表系統(tǒng)設(shè)備的選型及設(shè)備安裝水平將按照高精度高可靠性的原則，一般檢測設(shè)備選用國內(nèi)一流設(shè)備，特殊檢測選用國外引進設(shè)備。Ø 低壓配電柜和mcc柜采用ggd型。Ø 高壓柜采用kyn28型。Ø 抽風(fēng)機2400kw電機的啟動采用“湖北追日”的液阻啟動器和液阻啟動星角柜。Ø 低壓電器以國內(nèi)一流的電器為主，或者根據(jù)用戶的要求進行選型。推薦正泰和德力西。Ø 變頻器采用“艾默生”或者“安川”等變頻器或者根據(jù)業(yè)主的要求進行選擇。變頻器與plc系統(tǒng)的連接推薦采用點對點的方式。Ø 55kw以上的低壓電機采用軟起動方式，并

4、設(shè)置旁通接觸器，在軟起動器故障時使用。軟起動器采用天傳產(chǎn)品。Ø 儀表以鞍山自控儀表和承德中威系列為主。Ø 皮帶稱采用電子皮帶秤。（電子皮帶秤的料量信號4-20ma進入plc系統(tǒng)，由plc系統(tǒng)進行自動調(diào)節(jié)控制。）Ø 基礎(chǔ)自動化級系統(tǒng)的選型：基礎(chǔ)自動化級系統(tǒng)采用西門子s7-300plc自動化平臺作為主控制器，編程軟件采用step7軟件。Ø 上位計算機采用研華工控計算機和北京亞控公司的“組態(tài)王” 監(jiān)控軟件，該監(jiān)控軟件是真正的中國貨，功能比較豐富，性能良好，價格適中，在國內(nèi)的使用越來越廣泛。組態(tài)王軟件到2004年為止，裝機量近20000套。Ø 工程自動

5、化控制共設(shè)兩級：過程控制級和基礎(chǔ)控制級。過程控制級主要通過上位監(jiān)控機的工程師站完成燒結(jié)機系統(tǒng)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和計量等功能，實現(xiàn)包括原料、配料、混合、燒結(jié)、冷卻、整粒等工序的過程控制。（也可以根據(jù)要求，將過程數(shù)據(jù)采集到服務(wù)器中，該數(shù)據(jù)服務(wù)器提供和全廠生產(chǎn)制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。）基礎(chǔ)控制級主要通過plc和上位監(jiān)控機的操作員站完成燒結(jié)機系統(tǒng)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集運算以及各種控制和操作。Ø plc系統(tǒng)開關(guān)量的輸入和輸出信號與電氣系統(tǒng)的連接采用繼電器進行隔離。這主要是考慮到冶金電氣設(shè)備的特點和plc系統(tǒng)的特點，即：plc系統(tǒng)開關(guān)量模塊基本上采用的是dc24v的模塊，如果不進行隔離，ac220v的強電信

6、號有可能進入plc系統(tǒng)，造成開關(guān)量模塊的損壞，導(dǎo)致計算機系統(tǒng)癱瘓。采用繼電器進行隔離會使plc系統(tǒng)更加可靠和穩(wěn)定。Ø plc系統(tǒng)模擬量的輸入信號與儀表系統(tǒng)的連接采用配電器或者隔離器進行隔離。會使plc系統(tǒng)更加可靠和穩(wěn)定,這樣可以充分利用plc系統(tǒng)的優(yōu)勢，減少故障率，發(fā)揮設(shè)備的最大效率。七、 系統(tǒng)方案和配置：（見附圖）l 供配電系統(tǒng)方案和配置高壓部分：采用雙回路供電，中間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜。采用雙回路供電是因為考慮到燒結(jié)機系統(tǒng)在生產(chǎn)中，如果發(fā)生意外的停頓，生產(chǎn)將會有比較大的損失，同時也會造成設(shè)備裝置的損壞。因此供配電系統(tǒng)、電力設(shè)備和控制系統(tǒng)必須可靠。低壓部分：（1）低壓配電室（含燒結(jié)系統(tǒng)的

7、供配電系統(tǒng)）。（2）混合料系統(tǒng)的供配電系統(tǒng)（含水泵房）。（3）燃料與溶劑系統(tǒng)和配料系統(tǒng)的供配電系統(tǒng)。采用雙回路供電，中間不設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜。l 低壓配電室（見附圖1）低壓控制柜10低壓控制柜9低壓控制柜8低壓控制柜7低壓控制柜6聯(lián)絡(luò)柜低壓控制柜5低壓控制柜4低壓控制柜3低壓控制柜2低壓控制柜1n 燃料與溶劑系統(tǒng)和配料系統(tǒng)的供配電系統(tǒng)采用雙回路供電。（見附圖2）低壓控制柜6低壓控制柜5低壓控制柜4進線柜低壓控制柜1低壓控制柜2低壓控制柜3 l 混合料系統(tǒng)的供配電系統(tǒng)采用雙回路供電。（混合料系統(tǒng)的供配電見附圖3）低壓控制柜3低壓控制柜2低壓控制柜1進線柜1n 冷卻和整粒系統(tǒng)的供配電系統(tǒng)采用雙回路供電

8、。（見附圖4）低壓控制柜4低壓控制柜3低壓控制柜2低壓控制柜1進線柜1 u 計算機系統(tǒng)方案和配置n 方案：根據(jù)燒結(jié)機系統(tǒng)工藝特點，采用西門子s7-300 plc為主控制器。（1） 燃料和溶劑系統(tǒng)、配料系統(tǒng)為一套plc系統(tǒng)；（2） 混合料系統(tǒng)為一套plc系統(tǒng)；（3） 燒結(jié)機系統(tǒng)為一套plc系統(tǒng)；（4） 冷卻、整粒和成品部分為一套plc系統(tǒng)；plc系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集及控制任務(wù)，并與上位監(jiān)控計算機進行數(shù)據(jù)交換。各plc之間以及plc和上位計算機之間通過以太網(wǎng)（光纜）連接，進行數(shù)據(jù)交換。采用分區(qū)域設(shè)立各自的plc系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為集散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以集中管理、分散控制為原則，為每一具體的工藝控制任務(wù)提供一

9、個可靠的解決方案，其優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次清楚、簡單、任務(wù)分工明確，局部任何系統(tǒng)的失效不會擴展到其它層，也不會影響整個系統(tǒng)的正常工作，從而保證了整個系統(tǒng)能夠長期高效運行。（方案：s7-300 plc西門子計算機系統(tǒng)配置圖）操作站1操作站2打印機 以太網(wǎng)光纖交換機1光纖交換機2光纖交換機3光纖交換機4 以太網(wǎng)光纜混料plc系統(tǒng)燃料溶劑配料plc系統(tǒng)燒結(jié)機plc系統(tǒng)冷卻整粒plc系統(tǒng) n 一般在在燒結(jié)主控室配置2臺操作員站（hmi）和打印機用于監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀況和工藝參數(shù)的設(shè)定并可實現(xiàn)實時顯示、操作、報警畫面、趨勢畫面（包括實時趨勢和歷史趨勢）和累計以及報表打印等功能。八、 設(shè)計制圖的基本方法和要求：

10、1、 在電氣傳動控制和儀表檢測控制方面，根據(jù)燒結(jié)機生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的基本情況，主要是按照生產(chǎn)工藝的流程順序，我們將燃料破碎系統(tǒng)、溶劑破碎系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、燒結(jié)機系統(tǒng)、冷卻整粒系統(tǒng)、鋪底料系統(tǒng)、機頭除塵系統(tǒng)、機尾除塵系統(tǒng)、風(fēng)機系統(tǒng)、水系統(tǒng)等分別列為：a系統(tǒng)、b系統(tǒng)、c系統(tǒng)、d系統(tǒng)、e系統(tǒng)、f系統(tǒng)、g系統(tǒng)、h系統(tǒng)、i系統(tǒng)、j系統(tǒng)、k系統(tǒng)等，進行分別設(shè)計。2、 plc計算機系統(tǒng)將燃料溶劑破碎系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、混料系統(tǒng)、燒結(jié)機系統(tǒng)、冷卻整粒系統(tǒng)、機頭除塵系統(tǒng)、機尾除塵系統(tǒng)、風(fēng)機系統(tǒng)、水系統(tǒng)等分別列為：pc1、pc2、pc3、pc4、pc5、pc6、pc7、pc8、pc9，并分別進行設(shè)計。3、 設(shè)計圖

11、紙的繪制將采用現(xiàn)在比較流行的方式：標(biāo)“線號”的方式或者“點端子”的方式。九、 燒結(jié)機計算機自動化控制系統(tǒng)其控制范圍和基本功能：基本功能：l 該控制系統(tǒng)具有：手動、半自動和自動等三種控制方式。（1）手動是純手動方式，也叫機旁控制（此功能屬于常規(guī)電氣控制的范圍）。在機旁操作箱上一般設(shè)有選擇開關(guān)，可以選擇集中控制和機旁手動控制。選擇集中控制，則該設(shè)備受主控制室集中控制。如果機旁手動控制，則該設(shè)備可以在機旁進行手動控制。（2）半自動是當(dāng)選擇集中控制時，操作人員在計算機操作畫面上進行的手動調(diào)節(jié)控制，此控制具有條件限制。（3）自動是操作人員在計算機操作畫面上進行了選擇和設(shè)定了參數(shù)后，由計算機系統(tǒng)進行自動控

12、制（例如：配料自動化控制）。l 料線選擇功能；可以選擇每臺裝置。系統(tǒng)啟動前要對系統(tǒng)進行“料線選擇”（生產(chǎn)的工藝流程線路的選擇）。 l 系統(tǒng)檢查功能；“料線檢查”是檢查已經(jīng)選擇好的“料線”上各設(shè)備的電氣狀態(tài)。如果有“料線”上各設(shè)備在機旁操作箱上的選擇開關(guān)未選擇集中控制，皮帶跑偏、變頻器故障等電氣狀態(tài)不正?；颉傲暇€選擇”不對，則在計算機的監(jiān)控畫面進行提示或報警，如果正常則顯示允許啟動。l 系統(tǒng)按時序的順序啟動、連鎖運行、系統(tǒng)停止、按時序的延時停和一齊停止或故障急停等功能。l 順序起動。一般從最下游設(shè)備開始、逆流程順序延時起動。系統(tǒng)啟動前要對系統(tǒng)進行“料線選擇”（生產(chǎn)的工藝流程線路的選擇），“料線檢

13、查”（檢查已經(jīng)選擇好的“料線”上各設(shè)備的電氣狀態(tài)），如果有“料線”上各設(shè)備在機旁操作箱上的選擇開關(guān)未選擇集中控制，皮帶跑偏、變頻器故障等電氣狀態(tài)不正?；颉傲暇€選擇”不對，則在計算機的監(jiān)控畫面進行提示或報警，如果正常則顯示允許啟動。正式啟動前，發(fā)出啟動的燈光音響預(yù)告（一般預(yù)告時間為30秒60秒），并為間斷的燈光音響預(yù)告。如果此期間無異常，才允許啟動設(shè)備。按照一定的電氣連鎖條件啟動，每隔35秒啟動一臺設(shè)備。啟動期間燈光音響變?yōu)殚L亮和長響，直到啟動結(jié)束為止。如果每隔35秒啟動一臺設(shè)備沒有成功，或者發(fā)生其他異常則停止啟動，并發(fā)出間斷的燈光音響報警。l 系統(tǒng)的運行；按照一定的電氣連鎖條件進行運行，如果某

14、臺設(shè)備發(fā)生異常停機，則后面的設(shè)備也連鎖停機，并發(fā)出間斷的燈光音響報警。l 順序停止。最上游設(shè)備首先停止，經(jīng)過物料運送所需要的時間后，下游設(shè)備再停止。一般是順著生產(chǎn)工藝流程的方向，按順序逐臺延時停機。延時時間以能夠?qū)⒃撛O(shè)備上的料全部運送完畢為基準(zhǔn)。l 一齊停止或故障急停：所有運行的設(shè)備立即停止運行?？梢杂刹僮鲉T在室內(nèi)的操作箱或者在操作畫面上進行操作。l 系統(tǒng)報警功能；l 總貌畫面：形象地繪制出該系統(tǒng)工藝生產(chǎn)狀況及其檢測點的布置情況。在運行時實時顯示運行參數(shù)以及進行控制參數(shù)的設(shè)定、手/自動方式的切換。還可以對系統(tǒng)進行“料線選擇”，“料線檢查”，“系統(tǒng)啟動”，“順序停止”，“一齊停止或故障急?！钡炔?/p>

15、作。l 報警畫面：采用報警和閃爍顯示相結(jié)合的方式形象地顯示出報警名稱和所在位置，利于操作者迅速采取措施。l 趨勢畫面：包括實時趨勢和歷史趨勢。根據(jù)需要分組顯示出主要參數(shù)的趨勢，便于查詢和技術(shù)分析。l 累計以及報表：單臺配料裝置料量的班、日和月累計以及上一班、上一日和上一月的累計量，便于生產(chǎn)累計以及成本核算。a. 燃料和溶劑系統(tǒng)l 燃料系統(tǒng)是將塊煤或焦碳破碎為粉末狀的燃料。主要的設(shè)備有：振動給料機、1#皮帶機、電磁分離器、雙輥破碎機、2#皮帶機、四輥破碎機、3#皮帶機、4#皮帶機、可逆皮帶等。該系統(tǒng)的特殊的地方有以下幾點：（1） 四輥破碎機一般為雙速或者為變頻調(diào)速，高速為生產(chǎn)時使用，低速為車輥時

16、使用。（2） 可逆皮帶為向4#和5#燃料倉運料時使用，一般可逆皮帶正向運行為向4#燃料倉運料，反向運行為向5#燃料倉運料。 l 溶劑系統(tǒng)是將塊狀的“螢石”破碎為粉末狀的溶劑。主要的設(shè)備有：振動給料機、1#皮帶機、電磁分離器、溶劑破碎機、2#皮帶機、振動篩、3#皮帶機、可逆皮帶機、1#返料皮帶機和2#返料皮帶機等。該系統(tǒng)的特殊的地方有以下幾點：（1） 溶劑破碎機的電機一般為高壓電機，在控制方面需要與高壓系統(tǒng)有一定的關(guān)系。（2） 可逆皮帶為向6#和7#溶劑倉運料時使用，一般可逆皮帶正向運行為向6#溶劑倉運料，反向運行為向7#溶劑倉運料。（3） 1#返料皮帶機和2#返料皮帶機是將振動篩的篩上料返回到

17、1#皮帶機。b配料自動化系統(tǒng)l 料量設(shè)定功能；總料量為 （xx）kg/s，各單臺配料裝置的料量設(shè)定為百分比料量設(shè)定。例如：總料量為 70kg/s，3#配料裝置的料量設(shè)定為40%。則：3#配料裝置的料量設(shè)定為：70kg/s×40%=28kg/s。l pid調(diào)節(jié)功能；l pid調(diào)節(jié)的自動和手動的無擾動切換功能；l 按順序延時變料量功能；當(dāng)總料量發(fā)生改變時，按照每個配料裝置的前后順序延時改變料量。l 配料量的給料設(shè)定值動態(tài)跟蹤方法。配料的第一目的是確保確保混合料的動態(tài)配比誤差最小，在±0.5%之內(nèi)，第二目的是確保確?；旌狭系膭討B(tài)料量的誤差最小。因此我們采用“配料量的給料設(shè)定值動態(tài)

18、跟蹤方法”確保上述目的的實現(xiàn)。l 配料量累計功能；單臺配料裝置料量的班、日和月累計以及上一班、上一日和上一月的累計。l 模擬量調(diào)節(jié)輸出限幅；l 每分鐘配料量的料量比等功能。就是計算出一分鐘時間內(nèi)的配料量平均值與設(shè)定值的百分比，既有每臺配料秤自己的百分比，也有混合料總量的百分比。c混合上料系統(tǒng)計算機軟件功能：l 料線選擇功能；l 系統(tǒng)檢查功能；l 系統(tǒng)報警功能；l 系統(tǒng)按時序的順序啟動、連鎖運行、系統(tǒng)停止和按時序的延時停等功能。d. 燒結(jié)機部分計算機軟件功能：l 料線選擇功能；l 系統(tǒng)檢查功能；l 系統(tǒng)按時序的順序啟動、連鎖運行、系統(tǒng)停止和按時序的延時停等功能。l 點火爐溫度檢測與控制：點火爐溫

19、度調(diào)節(jié)采用雙交叉限幅，并輔助以輸出限幅的控制方法。雙交叉限幅控制的基本原理見下圖。圖中為空氣流量與煤氣流量的空燃比率 定義為：=空氣流量/煤氣流量，這里k1、k2、k3、k4 為常數(shù)，設(shè)定k1=k2=35，k3=k4=510 。采用雙交叉限幅控制保證了在燃燒系統(tǒng)升溫時實現(xiàn)空氣先行，燃料跟隨；降溫時，燃料先行，空氣跟隨，減少了黑煙對環(huán)境的污染。在調(diào)節(jié)的動態(tài)過程中保持了空氣-煤氣的相互跟隨關(guān)系，合理控制了空燃比。這樣即使系統(tǒng)在供風(fēng)故障時也能自動關(guān)閉煤氣調(diào)節(jié)閥，具有很好的自保護能力。輸出限幅的使用使得控制輸出更加平穩(wěn)，避免了執(zhí)行機構(gòu)的頻繁動作，提高了使用壽命。如果再引進煤氣的熱值信號，效果將會更好。

20、l 料層厚度的檢測與控制，目前燒結(jié)機一般采用料層厚度的檢測裝置為非接觸式的比較多，常用的有雷達(dá)方式的檢測裝置。在燒結(jié)機一般采用三點決策方式，料層厚度的檢測值進入計算機系統(tǒng)，并進行計算處理，然后調(diào)節(jié)圓輥的速度使料層厚度得到控制。由于小型燒結(jié)機的臺車橫向方向比較窄小，一般不采用料層厚度的檢測與自動控制，所以建議不做。但圓輥的速度調(diào)節(jié)功能還是應(yīng)該有的，可以由崗位人員采用手動的方式進行調(diào)節(jié)控制。推薦采用變頻方式進行調(diào)節(jié)控制。l 圓輥給料機速度的檢測與控制。l 燒結(jié)機電機和臺車速度的檢測與控制。l 煤氣管道快速切斷。l 燒結(jié)機風(fēng)箱的控制，可以考慮人工手動的方式，不受電氣控制。l 熱振動篩為雙電機拖動，在

21、啟動時兩臺電機的啟動有一個時間間隔。l 各種溫度、壓力、流量以及其他檢測量的檢測與控制、實時趨勢和歷史曲線。l 系統(tǒng)報警畫面；l 趨勢畫面：包括實時趨勢和歷史曲線。根據(jù)需要分組顯示出主要參數(shù)的趨勢，便于查詢和技術(shù)分析。l 累計功能；顯示出主要物料如煤氣的班、日和月累計以及上一班、上一日和上一月的累計量，便于生產(chǎn)累計以及成本核算。l 臺車速度的檢測與控制（也叫燒結(jié)終點的控制）：為了使混合料到達(dá)機尾時燃燒正好到底，避免料層燒不透或落到帶冷機后仍在燃燒。這就保證了抽風(fēng)面積充分利用，從而提高產(chǎn)量。所以必須對燒結(jié)機臺車的速度和風(fēng)箱的溫度與壓力進行檢測和控制，使風(fēng)箱的溫度在倒數(shù)第一風(fēng)箱與倒數(shù)第二風(fēng)箱之間達(dá)到最高（見燒結(jié)機風(fēng)箱溫度曲線圖）。但想要達(dá)到燒結(jié)終點的自動控制的程度，還需要裝配比較多的檢測裝置，例如：料層厚度