高爐水泵房自動控制系統(tǒng)的設計與應用

劉斌

（唐鋼微爾自動化公司，河北 唐山 063000）

本控制系統(tǒng)采用了西門子400系列PLC，上位機采用西門子WINCC編輯畫面。通過分析高爐冷卻水循環(huán)的特點，提出水泵不間斷自動供水控制的方案，即根據高爐生產時的爐況，適時改變高爐不同系統(tǒng)的供水量，使得冷卻效果保持最佳狀態(tài)。同時每個泵組都配備有相應數量的備用泵，保證供水不間斷，從而使得高爐在正常條件下可以不間斷生產。上位機畫面同步顯示現場液位、壓力、流量、溫度等測點。同時有主要測點的報警和累計值，供操作人員判斷現場的實際情況并作出相應的操作。

圖1 水泵房分布

1 工藝介紹

水泵房分布有三個水池：TRT凈環(huán)水池、高爐凈環(huán)水池、上塔熱水池。各泵組將循環(huán)水從水泵房的兩個凈環(huán)水池送出，經外網到達高爐區(qū)的不同用戶，最后經外網另一端回到水泵房的上塔熱水池。

2 控制系統(tǒng)設計

水泵房自動化集中控制采用主控PLC+上位機的控制方式，由上、下位機組成主從控制系統(tǒng)，通過以太網進行數據交換，設自動、手動兩種基本操作模式。

下位機PLC采用西門子400系列414-3 PN/DP，完成數據采集、狀態(tài)判斷、邏輯控制和信號輸入輸出等功能；上位機能夠對各泵組、集中顯示整個泵站設備的工作狀態(tài)，各系統(tǒng)的液位、壓力等參數及故障報警，完成采集數據信息的存儲、分析處理，并用于狀態(tài)和現場操作顯示、運行參數顯示及I/O狀態(tài)顯示等功能。二者結合實現了對水泵房系統(tǒng)的實時監(jiān)控，這種控制系統(tǒng)充分利用了上位機和PLC的各自特點，實現了優(yōu)勢互補，具有較高的性價比。此設計的優(yōu)點在于：PLC控制程序采用的是模塊化結構，在系統(tǒng)的調試中可以根據分成的模塊進行分階段調試工作，然后進行分階段的試運行。這樣的程序設計清晰、方便、簡潔，不易出現混亂，運行速度較快，調試方便。

圖2 上位機操作畫面

圖3 控制流程圖

3 控制方案

畫面中包含3個水池，分別為：TRT凈環(huán)水池、高爐凈環(huán)水池、上塔熱水池。每個水池有液位顯示。TRT凈環(huán)水池共4臺泵：左側為旁濾泵2臺（一用一備），右側為TRT供水泵2臺（一用一備）。高爐凈環(huán)水池共8臺泵：左側為高壓供水泵供2臺（一用一備），中間為常壓供水泵3臺（兩用一備）及柴油泵1臺，右側為加熱爐供水泵2臺（一用一備）。上塔熱水池有3臺上塔供水泵（兩用一備）。

當要進行上位手動操作時，首先應確認該泵是否為可操作狀態(tài)，然后確認該水池沒有液位低報警，再按下手動按鈕，然后選擇每臺泵的狀態(tài)，是工作泵還是備用泵，對于已選的工作泵，可以通過起泵和停泵按鈕實現其啟動和停止，而對于備用泵則不能操作。

當要進行上位自動操作時，應先確認該泵組所有泵都為可操作狀態(tài)，確認沒有高溫報警和故障報警，然后需在手動狀態(tài)下選擇好工作泵和備用泵，再按下自動按鈕即將控制方式改為上位自動，按下啟動按鈕即可實現泵組的自動啟動（所選擇的工作泵按順序延時啟動），當按下停止按鈕時，該泵組立即全部停止。“啟動、停止”按鈕僅在上位自動條件下起作用，如果要停止某臺泵而不是全部停止，則點擊相應泵的停泵按鈕。上位自動模式下，當某臺泵出現啟動超時或運行中出現故障時該泵自動停止，備用泵自動啟動，此種情況為故障狀態(tài)，自動切換到上位手動模式，嚴禁在上位自動狀態(tài)下處理故障。

所有泵組都與對應的水池液位進行聯鎖，當液位下降到低位時，畫面中發(fā)出報警，提示操作人員及時補水，當也為下降到低低位時，所在泵組的泵全部停止運行，防止水泵空轉導致設備損壞。當系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)時，可將操作切換到現場本地，防止因系統(tǒng)異常導致供水不穩(wěn)定。通過下位記錄每臺泵的運行時間，上位機做出泵運行時間報表，根據水泵運行時間平衡原則，自動實現水泵的輪換工作，避免同一水泵長期使用，而其他水泵閑置，延長水泵運行壽命。上位機畫面可以形象、準確地通過圖形動態(tài)顯示各個設備（水泵、風機、電動閥）的運行動態(tài)，通過顯示圖形顏色的變化和閃爍來進行設備故障報警。電動閥的開關位置也能夠很直觀的表現出來。

4 結語

運用以S7400系列PLC為中心的高爐水泵房自動控制系統(tǒng)，然后進行合理的程序設計以及對原有系統(tǒng)的改良，從而實現了現場參數的實時監(jiān)控、水泵根據現場工藝參數的變化改變供水量且能夠自動切換運行泵的數量，達到資源合理化運用。這樣不僅減輕了操作工的作業(yè)強度，也實現了水泵的合理調配和運行，提高了效率還節(jié)約了資源。總之，高爐水泵房自動控制系統(tǒng)的應用很大程度上延長了高爐等設備的使用年限，為高爐生產起到了很大的助力作用。

參考文獻

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