燒結機自動化系統(tǒng)方案

1、60m2燒結機自動化系統(tǒng)方案說明一、 前言燒結生產過程是在鐵礦粉中加入一定比例的溶劑和燃料，經混合后，在一定的溫度下燒結成高爐需要的原料。主要工藝包括上料、配料、混合、燒結、冷卻、整粒等過程。另外還有抽風機系統(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燒結機系統(tǒng)。考慮到燒結過程是一個連續(xù)性的生產過程，環(huán)節(jié)多、控制對象較復雜、純滯后時間長、且受干擾因素多，所以必需對生產過程進行自動控制。三、 設計依據(jù)1.業(yè)主提供的工藝等資料。2.工業(yè)企業(yè)通用設計規(guī)范（gbt42-81）。3.民用工業(yè)建筑電氣設計規(guī)范（gjt16-92）。四、 設計范圍燒

2、結機系統(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、 設計原則我們經過認真研究和分析，在燒結機自動化系統(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)的設計將以先進可靠實用為原則，并根據(jù)冶金設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)揮設備的最大

3、效率。六、 設備選型說明自控系統(tǒng)設備和儀表系統(tǒng)設備的選型及設備安裝水平將按照高精度高可靠性的原則，一般檢測設備選用國內一流設備，特殊檢測選用國外引進設備。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)進行自動調節(jié)控制。）Ø 基礎自動化級系統(tǒng)的選型：基礎自動化級系統(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、化控制共設兩級：過程控制級和基礎控制級。過程控制級主要通過上位監(jiān)控機的工程師站完成燒結機系統(tǒng)生產過程的監(jiān)控和計量等功能，實現(xiàn)包括原料、配料、混合、燒結、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)采集到服務器中，該數(shù)據(jù)服務器提供和全廠生產制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。）基礎控制級主要通過plc和上位監(jiān)控機的操作員站完成燒結機系統(tǒng)生產過程的數(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備的特點和plc系統(tǒng)的特點，即：plc系統(tǒng)開關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)，造成開關量模塊的損壞，導致計算機系統(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，中間設置聯(lián)絡開關柜。采用雙回路供電是因為考慮到燒結機系統(tǒng)在生產中，如果發(fā)生意外的停頓，生產將會有比較大的損失，同時也會造成設備裝置的損壞。因此供配電系統(tǒng)、電力設備和控制系統(tǒng)必須可靠。低壓部分：（1）低壓配電室（含燒結系統(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，中間不設置聯(lián)絡開關柜。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，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)域設立各自的plc系統(tǒng)，其系統(tǒng)結構為集散式系統(tǒng)結構，以集中管理、分散控制為原則，為每一具體的工藝控制任務提供一

9、個可靠的解決方案，其優(yōu)點是系統(tǒng)結構層次清楚、簡單、任務分工明確，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)燒結機plc系統(tǒng)冷卻整粒plc系統(tǒng) n 一般在在燒結主控室配置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)燒結機生產工藝系統(tǒng)的基本情況，主要是按照生產工藝的流程順序，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，并分別進行設計。3、 設計圖

11、紙的繪制將采用現(xiàn)在比較流行的方式：標“線號”的方式或者“點端子”的方式。九、 燒結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有選擇開關，可以選擇集中控制和機旁手動控制。選擇集中控制，則該設備受主控制室集中控制。如果機旁手動控制，則該設備可以在機旁進行手動控制。（2）半自動是當選擇集中控制時，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”是檢查已經選擇好的“料線”上各設備的電氣狀態(tài)。如果有“料線”上各設備在機旁操作箱上的選擇開關未選擇集中控制，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”（生產的工藝流程線路的選擇），“料線檢

13、查”（檢查已經選擇好的“料線”上各設備的電氣狀態(tài)），如果有“料線”上各設備在機旁操作箱上的選擇開關未選擇集中控制，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告（一般預告時間為30秒60秒），并為間斷的燈光音響預告。如果此期間無異常，才允許啟動設備。按照一定的電氣連鎖條件啟動，每隔35秒啟動一臺設備。啟動期間燈光音響變?yōu)殚L亮和長響，直到啟動結束為止。如果每隔35秒啟動一臺設備沒有成功，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、臺設備發(fā)生異常停機，則后面的設備也連鎖停機，并發(fā)出間斷的燈光音響報警。l 順序停止。最上游設備首先停止，經過物料運送所需要的時間后，下游設備再停止。一般是順著生產工藝流程的方向，按順序逐臺延時停機。延時時間以能夠將該設備上的料全部運送完畢為基準。l 一齊停止或故障急停：所有運行的設備立即停止運行。可以由操作員在室內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速，高速為生產時使用，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 料量設定功能；總料量為 （xx）kg/s，各單臺配料裝置的料量設定為百分比料量設定。例如：總料量為 70kg/s，3#配料裝置的料量設定為40%。則：3#配料裝置的料量設定為：70kg/s×40%=28kg/s。l pid調節(jié)功能；l pid調節(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 配料量的給料設定值動態(tài)跟蹤方法。配料的第一目的是確保確?；旌狭系膭討B(tài)配比誤差最小，在±0.5%之內，第二目的是確保確保混合料的動態(tài)料量的誤差最小。因此我們采用“配料量的給料設定值動態(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的配料量平均值與設定值的百分比，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。在調節(jié)的動態(tài)過程中保持了空氣-煤氣的相互跟隨關系，合理控制了空燃比。這樣即使系統(tǒng)在供風故障時也能自動關閉煤氣調節(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，常用的有雷達方式的檢測裝置。在燒結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，然后調節(jié)圓輥的速度使料層厚度得到控制。由于小型燒結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。但圓輥的速度調節(jié)功能還是應該有的，可以由崗位人員采用手動的方式進行調節(jié)控制。推薦采用變頻方式進行調節(jié)控制。l 圓輥給料機速度的檢測與控制。l 燒結機電機和臺車速度的檢測與控制。l 煤氣管道快速切斷。l 燒結機風箱的控制，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，便于生產累計以及成本核算。l 臺車速度的檢測與控制（也叫燒結終點的控制）：為了使混合料到達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。這就保證了抽風面積充分利用，從而提高產量。所以必須對燒結機臺車的速度和風箱的溫度與壓力進行檢測和控制，使風箱的溫度在倒數(shù)第一風箱與倒數(shù)第二風箱之間達到最高（見燒結機風箱溫度曲線圖）。但想要達到燒結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