西門子PLC系統在西南不銹鋼熱連軋退火酸洗段中的應用

張金明，倪云濤，李 波

冶金自動化研究設計院、北京金自天正智能控制股份有限公司成都分公司，四川成都 610041

西門子PLC系統在西南不銹鋼熱連軋退火酸洗段中的應用

張金明，倪云濤，李 波

冶金自動化研究設計院、北京金自天正智能控制股份有限公司成都分公司，四川成都 610041

本文介紹的是西門子PLC自動控制系統在熱連軋退火酸洗段應用。本文著重闡述了西門子PLC控制系統在熱連軋退火酸洗段的控制及應用過程，達到生產自動化控制程度設計要求。

PLC；溫度調節；可靠性；自動化

0 引言

西南不銹熱軋連退酸洗段基礎自動化PLC控制系統，本著“低投入、多功能、高效益”為前提，遵循可用性、先進性、可靠性、可維護性、安全性及開放性的原則，遵循行業標準和規范，要充分兼顧主體設備與其他系統對本系統的需求。注意借鑒相關工程成功的經驗，在引進先進技術、設備時既要堅持先進、適用、成熟、可靠的原則，又要盡量減少功能冗余。為提高熱軋連退酸洗線產品質量奠定基礎。

1 系統配置概況

基礎自動化系統采用西門子公司最新型PLC S7-300及ET200遠程站系列產品。SIEMENS S7-300系列產品功能強大，配置靈活，有如下突出特點：

1）高速：在程序執行方面，極短的指令執行時間使S7-400在競爭中脫穎而出；

2）堅固：即使在惡劣、不穩定的工業環境下，全封閉的模板依然可正常工作；無風扇操作降低了安裝費用；在運行過程中，模板可插拔；

3）功能完善、強大：允許多CPU配置，功能更強、速度更快。同時，配有品種齊全的功能模板，充分滿足用戶各種類型的現場需求；

4）強通訊能力：分布式的內部總線允許在CPU與中央I/O間進行非常快的通訊，P總線與輸入/輸出模板進行數據交換。K總線將大量數據傳送到功能 模板和通訊模板。

ET200M是一個模塊化的I/O站，具有IP20的保護等級。它可以采用S7-300可編程控制器的信號模板和功能模板進行擴展。由于它可連接的模板范圍很廣，因此，ET200M適合于完成特殊的和復雜的自動化任務。ET200M是PROFIBUS-DP現場總線上的一個從站，最大的傳輸速率是12Mbps。

這套PLC系統設計一臺S7-300的CUP，下面掛8個ET200M I/O遠程站，系統控制包括：酸洗硫酸段系統、混酸一區系統、混酸二區系統、1-4#刷洗系統、新酸站系統、脫氮系統。

2 PLC系統在本項目中實現的主要控制回路

2.1 換熱器溫度控制

酸洗用的酸溫度將通過介質流經一個換熱器來調節，并且在換熱器出口測量其溫度。根據實際溫度值和指定的設定值之間的偏差來給出控制器的輸出，操作對應的控制閥來調節進入換熱器的蒸汽或者冷卻水的流量，這也是一個經典的PID調節方式，換熱器出口酸的溫度控制對于酸洗的效果有直接的影響，其換熱器工藝決定加熱升溫較慢，1℃需要半小時，在PID的調節下能達到很好的效果并且能確保生產過程中溫度的相對恒定。

2.2 直接加熱的溫度控制（蒸汽噴射）

這里的溫度（例如：沖洗水溫度）將通過直接蒸汽噴射元件來調節。實際的溫度由一個安裝在適當位置的 Pt100 熱電阻測量。根據實際溫度值和指定的設定值之間的偏差來給出控制器的輸出，操作對應的控制閥來調節進入噴射孔的蒸汽流量。

2.3 通過添加脫鹽水控制電導率

使用配備感應式電導率探頭的微處理器分析儀表進行電導率測量，電導率（例如：最終清洗段）將通過控制閥直接添加脫鹽水來控制。根據設定值與實際過程變量之間的偏差，對應的控制閥將被連鎖打開或者關閉。

2.4 液位控制

液位計監控罐體液位并限位將用于控制泵或者閥等設備的動作，并且能夠產生足夠的報警信號，連鎖控制泵的啟/停、控制罐體的自動加料及泵的空抽保護等一系列的控制。

2.5 流量控制

通過一個電磁流量變送器測量流量來進行流量控制。分配的控制器以脈沖寬度方式控制一個開關閥或者一臺添加泵，如配酸控制。

2.6 順序控制

控制系統根據由連接儀表測量的或者內部計算的工藝條件控制的開關功能（例如：馬達的啟停，閥門的開關，酸洗三段的長、短酸循環的切換）。

2.7 脫氮系統控制

使用NOx 分析儀測量2#排氣系統煙囪中的 NOX含量。這個Nox 實測值反饋給PID 控制器，它將決定噴射到加熱還原爐中的氨氣流量的大小。還原爐通過一體式的燒嘴控制單元控制的燒嘴加熱。

2.8 燒嘴控制

燒嘴通過一個溫度控制回路和燒嘴控制單元進行控制。燒嘴控制單元控制燃氣和空氣截止閥、以及點火變壓器和火焰監視器的順序動作。根據溫度控制器的輸出信號，燒嘴的負荷由一個燒嘴定位器控制。空/燃比是通過PLC控制系統自動調節燃氣閥和空氣閥來達到正常燃燒。

2.9 氣路泄漏檢測

一個泄漏測試單元用來驗證燃氣截止閥的密封性能。這個測試單元控制著兩個氣體截止閥、以及燃氣和空氣壓力開關，使整個燃燒系統更加安全、可靠。

3 結論

1）酸洗段PLC自動化系統在可用性、先進性、可靠性、可維護性、安全性及開放性各方面都達到設計的要求；同時，作為國內自主設計調式的第一條熱軋連退酸洗線也得到了同行業的認可及好評；

2）本系統自動化水平的較高程度的應用，降低操作人員勞動強度，提高勞動生產率，最重要的是提高安全生產保障能力，特別是酸洗段都是在強酸環境下，更能體現遠程自動控制系統對操作人員的安全保障能力；

3）本酸洗段自控系統為整條提高熱軋連退酸洗線產品質量奠定了基礎，保證了帶鋼的酸洗質量。

[1]鄒正文.化工泵與風機控制[M].成都：四川大學出版社，1998.

[2]王樹清.過程控制工程[M].北京：化學工業出版社，2002.

[3]吳勤勤.智能儀表設計[M].上海：華東理工出版社，2005.

[4]S7-300可編程控制器CPU及模板規范手冊.德國西門子.

TF7

A

1674-6708（2011）48-0165-02