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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)在熱連軋退火酸洗段的控制及應用過程，達到生產(chǎn)自動化控制程度設計要求。

PLC；溫度調(diào)節(jié)；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(tǒng)，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(yè)標準和規(guī)范，要充分兼顧主體設備與其他系統(tǒng)對本系統(tǒng)的需求。注意借鑒相關工程成功的經(jīng)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(chǎn)品質(zhì)量奠定基礎。

1 系統(tǒng)配置概況

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

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

2）堅固：即使在惡劣、不穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)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(xiàn)場需求；

4）強通訊能力：分布式的內(nèi)部總線允許在CPU與中央I/O間進行非?？斓耐ㄓ崳琍總線與輸入/輸出模板進行數(shù)據(jù)交換。K總線將大量數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線上的一個從站，最大的傳輸速率是12Mbps。

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

2 PLC系統(tǒng)在本項目中實現(xiàn)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(zhì)流經(jīng)一個換熱器來調(diào)節(jié)，并且在換熱器出口測量其溫度。根據(jù)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(diào)節(jié)進入換熱器的蒸汽或者冷卻水的流量，這也是一個經(jīng)典的PID調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)下能達到很好的效果并且能確保生產(chǎn)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(diào)節(jié)。實際的溫度由一個安裝在適當位置的 Pt100 熱電阻測量。根據(jù)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(diào)節(jié)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(jù)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(jiān)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(chǎn)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(tǒng)根據(jù)由連接儀表測量的或者內(nèi)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(huán)的切換）。

2.7 脫氮系統(tǒng)控制

使用NOx 分析儀測量2#排氣系統(tǒng)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(jiān)視器的順序動作。根據(jù)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?？?燃比是通過PLC控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)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(tǒng)更加安全、可靠。

3 結(jié)論

1）酸洗段PLC自動化系統(tǒng)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(nèi)自主設計調(diào)式的第一條熱軋連退酸洗線也得到了同行業(yè)的認可及好評；

2）本系統(tǒng)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(chǎn)率，最重要的是提高安全生產(chǎn)保障能力，特別是酸洗段都是在強酸環(huán)境下，更能體現(xiàn)遠程自動控制系統(tǒng)對操作人員的安全保障能力；

3）本酸洗段自控系統(tǒng)為整條提高熱軋連退酸洗線產(chǎn)品質(zhì)量奠定了基礎，保證了帶鋼的酸洗質(zhì)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(yè)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(guī)范手冊.德國西門子.

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1674-6708（2011）48-0165-02