高爐噴煤空壓站電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化

李曉慧

（山東萊蕪萊鋼集團(tuán)有限公司設(shè)備檢修中心 山東萊蕪）

一、問題的提出

空壓機(jī)已連續(xù)運(yùn)行數(shù)年，核心控制器件PLC模塊長(zhǎng)期在高溫下運(yùn)行損壞頻繁，且PLC生產(chǎn)廠家已停產(chǎn)，加之空壓機(jī)廠家對(duì)控制程序進(jìn)行技術(shù)保密，維護(hù)困難。14臺(tái)空壓機(jī)安裝比較分散，生產(chǎn)工無法及時(shí)了解空壓機(jī)運(yùn)行狀況，操作不集中，崗位人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。一旦空壓機(jī)出現(xiàn)異常沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就有可能將空壓機(jī)故障擴(kuò)大，造成高爐減風(fēng)甚至被迫休風(fēng)等重大損失。

二、空壓機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)改造

1.硬件

（1）開關(guān)量信號(hào)的采集。空壓機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，必須具備良好的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)，避免運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量損壞機(jī)器。因此首先要考慮，采用壓力開關(guān)采集水壓和油壓信號(hào)，并連接到數(shù)字量輸入模塊。

（2）模擬量的采集。采集用于測(cè)試儲(chǔ)氣罐的壓力，以控制空壓機(jī)運(yùn)行。使用壓力傳感器將0～1.3 MPa壓力轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流信號(hào)送到模擬量輸入模塊AIW0。溫度變送器將兩個(gè)用于測(cè)量主機(jī)A、主機(jī)B排氣溫度的溫度傳感器0～200℃信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流信號(hào)送到模擬量輸入模塊AIW2、AIW4。

2.軟件

（1）PLC程序設(shè)計(jì)。為改變空壓機(jī)PLC程序被動(dòng)的現(xiàn)狀，自主開發(fā)控制程序。程序包括模擬量處理子程序、空壓機(jī)停機(jī)保護(hù)連鎖程序、手自動(dòng)加載卸荷程序、排污閥控制程序和保養(yǎng)記錄程序，在保證實(shí)現(xiàn)控制邏輯功能的前提下完善空壓機(jī)安全停機(jī)保護(hù)功能。包括單機(jī)程序設(shè)計(jì)和多機(jī)聯(lián)調(diào)程序設(shè)計(jì)。單機(jī)程序設(shè)計(jì)包括工藝動(dòng)作（啟動(dòng)，排氣閥動(dòng)作和冷卻系統(tǒng)動(dòng)作判斷等）、報(bào)警及警報(bào)處理、模擬量采樣（溫度和壓力）、畫面更換、通信等幾部分設(shè)計(jì)；聯(lián)調(diào)程序設(shè)計(jì)主要根據(jù)目標(biāo)壓力需求通過RS-485通信口處理多臺(tái)設(shè)備的邏輯增減。

（2）人機(jī)界面設(shè)計(jì)。對(duì)于空壓機(jī)自身控制，除對(duì)氣量調(diào)節(jié)要能自動(dòng)控制，更主要的是對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)要能控制，運(yùn)行的參數(shù)要能顯示和設(shè)置，運(yùn)行的安全（即故障、超載等）要有可靠控制。使用 TD400C，可以查看、監(jiān)視和更改應(yīng)用程序固有的過程變量，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用程序的交互。其文本消息的顯示以及與其他數(shù)據(jù)的組態(tài)使用“Keypad Designer”和“文本顯示向?qū)А蓖瓿伞?/p>

三、整個(gè)空壓站的集中監(jiān)控

在各空壓機(jī)從站加裝西門子Profibus DP通信模塊EM277，使得各空壓機(jī)西門子S7-200 PLC與主站S7-300 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在上位機(jī)安裝西門子組態(tài)軟件Wincc，進(jìn)行相關(guān)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)主站S7-300 PLC與上位機(jī)的通信。這樣就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)流程系統(tǒng)的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)通信及上位機(jī)管理，整個(gè)空壓機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)情況得以完整監(jiān)控。

1.S7-200 PLC與S7-300 PLC的Profibus DP通信實(shí)現(xiàn)

經(jīng)改造，所有空壓機(jī)均采用S7-200 PLC。為實(shí)現(xiàn)整個(gè)空壓機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制，決定增加1臺(tái)S7-300 PLC作為空壓機(jī)控制系統(tǒng)主站，將14臺(tái)空壓機(jī)S7-200 PLC作為從站，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有空壓機(jī)數(shù)據(jù)的采集與處理。通信實(shí)現(xiàn)方法：硬件方面，除了需要EM277通信模塊外，還需要敷設(shè)DP通信電纜。同時(shí)要選擇帶DP通信端口的S7-300 PLC，本次PLC選型為315-2DP，既能實(shí)現(xiàn)MPI通信，又能實(shí)現(xiàn)DP通信。軟件方面，需要分別對(duì)S7-200 PLC與S7-300 PLC進(jìn)行編程。

2.S7-300 PLC與上位機(jī)Profibus Dp通信實(shí)現(xiàn)

硬件方面，需要將DP通信電纜連接至上位機(jī)CP5611通信卡，并將總線連接器開關(guān)撥到ON位。

軟件方面，安裝SIMETIC NET通信設(shè)置軟件和西門子監(jiān)控軟件Wincc。通過SIMETIC NET軟件設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信端口，利用Wincc軟件對(duì)14臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行畫面組態(tài)與變量通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)14臺(tái)空壓機(jī)的運(yùn)行工況、設(shè)備狀況、故障狀態(tài)等的實(shí)時(shí)監(jiān)控（圖1）。

四、結(jié)語

采用自主開發(fā)的空壓機(jī)自動(dòng)控制程序，突破了空壓機(jī)廠家的技術(shù)保密，結(jié)束了長(zhǎng)期向廠家高價(jià)購(gòu)買PLC備件的歷史，提高了空壓機(jī)在運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性，采用WINCC上位機(jī)監(jiān)控畫面直接觀察空壓機(jī)的工作狀況，減少了空壓機(jī)運(yùn)行過程中操作人員到現(xiàn)場(chǎng)的巡回次數(shù)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的異常情況發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，可做出快速反應(yīng)，大大降低了操作人員的工作量，人員配置減少。