煤氣柜自動化控制系統的開發與應用

徐 蕾，楊 濤，潘忠民，白洪光

（1濟鋼集團有限公司，山東 濟南250101；2山東省冶金科學研究院，山東 濟南250014）

煤氣柜自動化控制系統的開發與應用

徐 蕾1，楊 濤1，潘忠民1，白洪光2

（1濟鋼集團有限公司，山東 濟南250101；2山東省冶金科學研究院，山東 濟南250014）

濟鋼煤氣柜自動化控制系統選用PLC作為基礎自動化設備，采用RSlogix5000編程軟件，運用梯形邏輯LD控制及功能塊FBD相結合的編程方式來實現對高爐煤氣柜、焦爐煤氣柜、焦爐煤氣加壓機、油泵等設備的啟停和安全保護。該控制系統滿足了工藝需求，實現了整個工藝流程的自動檢測、控制及管理監視，提高了煤氣存儲及輸送的操作效率。

煤氣柜；自動控制系統；PLC

煤氣在使用過程中容易產生管網壓力波動，存在不安全因素，而煤氣柜是調劑煤氣供應、減緩管道波動的有效方法。濟鋼結合自身條件投資建設2座16.5萬m3煤氣柜，通過自動化控制系統能準確地監控煤氣柜系統各設備的運行狀況，及時調整各項工藝參數，保證生產的穩定、協調和優化。

1 煤氣柜自動控制系統

煤氣柜系統主要分為稀油密封煤氣柜的活塞系統，密封油循環系統及加壓機站系統。該系統所控設備較多，控制精度要求高，且直接影響到其他工序的穩定生產。依據系統功能要求，在充分考慮系統的先進性、可靠性、易操作維護的基礎上，選用Rockwell公司1756系列PLC作為基礎自動化設備，高爐煤氣系統和焦爐煤氣系統各由1套PLC控制，數據交換采用工業以太網TCP/IP技術，提高了系統信息傳輸的快速性，有效地避免了信息傳輸的延滯及誤碼。每套系統各設2套HMI上位機，可實現資源信息共享，互為備用。與其他系統有關的連鎖信號，通過通訊網絡相互聯系。

煤氣柜控制系統支持多種體系結構，特點如下：1）采取統一靈活的背板總線技術，通訊速率達到80 Mbps。2）支持模板熱更換，可帶電更換任何模塊而不損壞，電子模塊ID保證用戶配置與實際模塊一致。3）強大的處理器功能，Flash存儲器，易于升級，LED顯示電源、系統就緒、運行及通訊狀態。4）提供TCP/IP Ethernet模塊，應用層使用事實標準的ControlNet協議。5）快速、靈活、使用方便。

2 系統實現

2.1 系統軟件配置

系統采用RSlogix5000編程軟件，運用梯形邏輯LD控制及功能塊FBD相結合的編程方式來實現高爐煤氣柜、焦爐煤氣柜、焦爐煤氣加壓機、油泵等設備的啟停和安全保護，利用功能塊FBD強大的模擬量處理功能來完成模擬量的采集及處理。

上位監控軟件采用服務器與客戶機二合一的RSview監控軟件，運行在Windows2000平臺上。該監控軟件建立在多層次體系結構上，綜合了3種不同的功能，即數據存儲功能、數據處理功能和用戶接口功能。可賦予工作人員不同的操作級別，如賦予操作人員操作權限，但僅能對畫面進行瀏覽操作；賦予維護工程師維護權限；賦予系統工程師編程組態權限，可以組態、修改、退出系統。

2.2 系統通訊的建立

根據PLC、RSview及工業以太網的技術資料，利用實驗室設備通過工業以太網將上位機與PLC連起來，PLC通過遠程I/O與遠程設備相連，構成二級通訊網絡。在工程前期充分模擬現場的通訊條件進行數據信息交換的測試，并在上位機之間通過以太網與相關系統相連，完成系統間的通訊調試。

2.3 上位監控系統主要功能

RSview監控軟件是在生產過程自動化中解決可視化和控制任務的工業技術中性系統，提供適用于工業標準的圖形顯示、消息、歸檔及報表的功能模塊；提供用于用戶解決方案的開放界面；支持直接引入Windows源文件；圖形組件的最終外觀由設計者動態控制，圖型的動態控制參數如位置、幾何形狀、顏色和樣式，可通過程序直接控制。

操作站上可實現功能：流程圖窗口畫面顯示功能，控制窗口畫面，趨勢窗口畫面，報警窗口畫面，報表窗口畫面，系統安全權限設置商務部分。

2.4 PLC軟件的編制

根據工藝要求及控制工藝流程圖編制系統的控制程序，主要包括系統聯鎖控制、系統狀態的監測、系統工作狀態選擇、系統故障分析及綜合和系統通訊等。

2.4.1 煤氣柜柜位控制

焦爐煤氣柜共有3臺加壓機，采用2開1備方式，當焦爐煤氣柜柜位低于低限L時，系統發出報警，并停掉1臺加壓機，待柜位高于低限L+l時，手動開啟第2臺加壓機；當焦爐煤氣柜柜位低于低低限LL時，兩臺加壓機停止運行；進口總管壓力低于500 Pa時，加壓機自動停止。當焦爐煤氣柜柜位高于高限H時，系統發出報警，并關閉煤氣柜進口閥。

2.4.2 加壓機后壓力（變頻）調節

加壓機后壓力是用戶氣源的主要質量指標之一，本回路為一定值單回路調節系統。其設定值為10 kPa，當加壓機后出口壓力升高/降低時，增大/減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機的轉速，以“變”求“穩”。在計算機和變頻器上都設置了最低運行頻率，從而保證出口壓不至于太低，這兩個頻率運行下限是保證加壓機設備安全、用戶正常生產的兩道防線。當加壓機的轉速靠變頻器的調節達到最大或最小而壓力值仍達不到設計要求時，這時要利用加壓機入口的電動調節裝置來調節。也就是說該控制方式正常情況下，閥位一直保持一定的開度，當變頻器故障或變頻器為極限值時，轉換為自動方式，實現其自動調節。

2.4.3 油泵房電動油泵控制

每一個煤氣柜共有4個油泵房，每個油泵房內設2臺油泵，1用1備，設有就地機旁操作箱手動操作和HMI上的集中手動操作及自動操作3種操作方式。當浮子室內的油位達到875 mm時，第1臺泵啟動；達到950 mm時，備用泵啟動，2臺泵同時工作；達到750 mm時，備用泵停；當浮子室內的油位達到675 mm時，第1臺泵停；畫面累計各油泵啟動次數并記錄，如需清零可按清零按鈕。

2.4.4 煤氣加壓機出口總管流量檢測

煤氣加壓機出口總管流量檢測，煤氣加壓機出口總管管道上的孔板和現場差壓變送器的流量信號（4～20 mA，24 VDC），在進入PLC后，首先進行溫度補償，其溫度補償運算公式為：Qn=Qa×Kt。式中：Kt為溫度補償系數，Kt=（Td/Ta）/2；Qn為補償后的實際流量；Qa為檢測的過程流量；Td為孔板設計溫度；Ta為實際測量溫度。

溫度補償后作為系統的重要參數指導生產。

3 系統特點

1）系統采用100 M冗余環形以太網通訊，網絡中任一工作站出現故障，其他工作站都可保持正常通訊和管理層網絡連接；把Rsview作為一個客戶端或服務器，使不同的Rsview站相互之間進行點對點通信，管理人員在辦公室內就可了解工廠生產情況，提高了管理的實時性與準確性；賦予操作人員不同的操作級別，提高了系統信息傳輸的快速性及安全性，有效地避免了信息傳輸的延滯及誤碼。

2）系統占用計算機內存少，可高質量、高效率地完成監控操作并防止死機。

3）采用參數自調整PID控制技術。由于煤氣管網壓力存在波動大、擾動因素多，傳統的串級PID調節難以取得滿意的調節效果。根據以往的工程經驗以及利用RSview提供的完整的開發環境，經過實驗室反復試驗和現場多次調試，在系統中采用適時調整PID參數的方法對管網壓力進行調解，將壓力波動控制在最小的范圍內。

4）實行多點、多手段監測，將活塞系統進行四重聯鎖保護。對活塞系統運行相關的柜位、柜壓、活塞升降速度和活塞傾斜度等重要檢測點實行多點、多手段監測，利用系統對這些檢測數據進行優化處理，力求數據的準確與實時，將活塞系統實行四重聯鎖保護，煤氣柜系統的安全性和生產可持續性大大提高。

4 結語

濟鋼2×16.5萬m3煤氣柜控制系統采用先進的工控技術，軟硬件成熟可靠，完全滿足了工藝需求，工況穩定，實現了整個工藝流程的自動檢測、控制及管理監視，提高了煤氣存儲及輸送的操作效率，優化了生產工藝和生產調度系統，減輕了生產操作的難度與強度，提高了生產率及整體工藝裝備水平。

Development and Application of The Automatic Control System for Gas Tank

XU Lei1,YANG Tao1,PAN Zhong-min1,BAI Hong-guang2
（1 Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China;2 Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

Jinan Steel’s automatic control system for gas tank made PLC as basic automation device,adopted Rslogix5000 programming software and programming mode of trapezoid logical LD control associating with function blocks FBD,realizing the start,stop and safe protection of BF gas tank,coke-oven gas tank,coke-oven gas pressure device and the oil pump.The control system met the process demands completely.The working conditions were steady,implementing automatic detection,management and monitoring for entire process flow,improving the operation efficiency of gas storage and transportation.

gas tank;automation control system;PLC

TP273

：B

：1004-4620（2011）04-0052-02

2010-12-17

徐蕾，女，1971年生，2006年畢業于北京科技大學控制工程專業，工程碩士。現為濟鋼裝備部高級工程師，從事設備管理工作。