西门子6ES7368-3CB01-0AA0接线方式

1 引言

在焦碳生产工艺过程中，需要将气煤、肥煤、焦煤、瘦煤四种煤按一定比例配成混合煤，然后送入焦炉进行高温炼焦。配比的准确性以及配料系统的可靠性将直接影响焦碳产品的质量。因此，通过提高焦化配煤系统的可靠性、稳定性、准确性来提高焦碳的质量具有非常重要的社会效益和经济效益。

目前，武钢焦化厂备煤车间担负着公司燃煤接卸、炼焦和输送的工作。原配煤设备共配置了14套，经过多年使用，已老化严重，该设备有如下缺陷:

系统调节精度差，影响配煤比的精度;主要附件电子秤可靠性差，且易损坏;

抗干扰能力差;电子秤标定复杂，工作量大;调速性能差，设备运行可靠性差，现场维护工作量大;岗位工人的劳动强度大，环境差，无自动配料功能。

因此，必须对配煤系统进行改进:用核子秤进行计量，设置上位机进行配料自动控制，建立配料模型，统计打印，下位机采用PLC进行电机、皮带顺序控制、料流计量、圆盘速度的控制。圆盘给媒机采用变频器驱动控制，确保系统配煤误差<2%。|

2 系统结构

在系统中我们将采用PLC可编程控制器加上核子秤配料系统，并在系统结构上采用主皮带配料方式(一条龙配料方式)，这样新的配料系统可不加小皮带，使该项目投资及用户日后的维护量达到小、少。该配煤系统可分为物料计量、微机操作、控制、变频调速四大部分。

2.1 控制系统组成

PLC可编程控制器采用MODICON公司的产品，它的CPU模块为CPU11303、电源模块CPS11400、8通道模入模块ACI03000、4通道模出模块14ACO02000、开关量输入模块 DDI35300、继电器模块DRA84000、高速计数模块DRO84000，编程软件采用MODSOFT软件。 上位机为IPC研华工控机(包括显示器、打印机)，采用FIX组态软件编程。电机的变频器为日本安川G5A40111A。工作流程图如图1所示;控制系统原理图如图2所示。

2.2 上位机功能

上位机采用先进可靠的研华工控机作为管理机，工艺流程动画显示美观大方，友好的操作界面简单易学，其功能如下:

图1 工作流程图

图2 控制系统原理图

⑴ 各种配煤操作界面、数据显示及打印管理，用户可方便的在上位机上进行各种数据的修改操作，运行数据的图形显示及打印各种报表;

⑵ 通过网卡与控制部分的配料模块和开关量控制模块相联，能够下载计量、控制、系统参数，以及核子秤命令、精度测试命令等，同时能够上传各模块当前状态和参数。

2.3 控制系统功能

控制部分是由开关量控制模块和配料控制模块组成，核子秤内部控制模块之间的信号传输采用差分频率信号传输技术，具有极强的抗干扰能力和远传能力，从而保证了系统信道的可靠性和准确性，在反馈控制上采用新型的人工智能PID调节算法，无振荡，无超调。各模块功能如下:

⑴ 开关量输入模块

该模块能实现系统总流量、配比、水分的选择，各种皮带启停信号的输入和配料模块启停信号输出，控制信号及大屏显示接口，连锁及配料控制和上位机的通讯，并留有备用选择器。

⑵ 配料控制模块

配料控制模块能实现信号的采集、计算并与给定流量比较将误差量按照控制算法进行计算，转换成4~20mA模拟量信号，发送给变频调速器，调节电机转速从而改变当前下料量，确保精度。

从控制方案实施可见:新配料系统在上位机系统出现故障时，系统除打印报表功能无法实现外，其它控制部分均能正常工作，对整个配料系统无影响。由于在设计时将控制分散到控制模块而将管理集中在工控上位机中，因此系统不仅保证了高可靠性的控制功能，而且又具有良好的用户界面和管理功能，在硬件设计中考虑了配料控制模块的可维护性，用户只需要较少的微机及控制理论知识、维护经验，就能及时方便地确保整个自动配煤系统连续可靠的运行。

2.4 报警功能

当系统各测量单元出现故障时，工艺流程主画面将以警示色提醒用户，按下相关键后，可由CRT显示故障代码;当系统出现空仓或圆盘给料机堵料而无法下料时，工艺流程画面也以警示色提醒用户，同时出现声音报警，提醒用户及时处理。

2.5 其他功能

能对变频器进行自动/手动切换及机旁自动/手动选择。

3 控制原理

3.1 配比控制

由于给煤量的大小取决于多种工艺参数和检测结果，所以给煤任务来自于上位机的配比计算，计算机采用配比数学摸型，它是根据配煤总量和各种煤所占的比例，及所含有的水份等参数，结合配比专家知识和现场经验，计算各种煤的流量设定值，作为进行指导和校正的手段。这里可输入各种煤的成份，检验结果等信息，制定配煤方案，下达配煤命令。

3.2 自动调节过程 

它是通过取消小皮带，并在集料皮带下直接安装核子秤，可实时取得各种给煤流量反馈值的电压信号(0~30mV)，经变送器放大，并转换为4~20mA的电流信号，送至可编程控制器的A/D转换接口，经采样后，与上位机设定的各种配煤给定值进行比较，然后进行调节运算，其控制量经D/A转换接口送至变频调速器，以此来改变变频器的输出值，从而改变圆盘给煤机的转速，调整给煤量，使之与设定值相等，完成自动配煤过程，下煤量设定值的大小决定了圆盘转速，圆盘转速与下煤量成正比。

3.3 控制规则

(1) 若控制误差的值太大，则增加输出量，加强控制作用，实现快速跟踪调节;

(2) 若控制误差及其变化率均在允许范围内，则输出量不变，维持原控制作用;

(3) 若控制误差与其变化率的符号相反(如控制误差为正，而其值却在减少)，且误差变化率相对于误差较小，则要加强控制作用;

(4) 若控制误差与其变化率的符号相反，且误差变化率相对较大，则加入“微分控制”;

(5) 若控制误差与其变化率符号相反，且二者值相近时，维持原有控制;

(6) 若控制误差与其变化率符号相同，误差增大趋势，则采用“比例、积分、微分”控制，增强控制作用。

4 系统实现的功能

4.1 PLC实现的功能

实现各配煤机的启动和停止;电机、皮带的顺序控制;配煤流量的瞬时、累计流量的计量;圆盘速度的自动控制,实现配料自动控制。

4.2 上位机功能

它能与PLC之间实现数据、信号传输通讯;每个圆盘下煤量设置;每台秤的称量值显示;配煤称量系统画面监视;圆盘运行情况监视;故障显示及报警;可作为PLC的编程器使用;根据配料模型实现配比自动计算功能;历史趋势显示,可查看任意时间段的生产数据曲线,分析生产情况;生产报表;从动态数据库中提取数据,生成各种报表,进行打印。

5 核子秤计量部分

根据焦化厂备煤车间现有的配煤计量设备PDS-7微机电子皮带秤已使用十多年，存在着设备老化，可靠性差等若干问题，直接影响着配煤比的精度。因此，这里应采用目前国际上比较流行的核子皮带秤，核子皮带秤与传统的电子皮带秤相比具有许多优点，其中主要的是不受皮带磨损、张力、振动、跑偏、冲击等因素影响，能长期稳定可靠地工作，值得一提的是它可在高温、多尘、强电磁干扰、强腐蚀等恶劣环境下可靠运行。

5.1 核子皮带秤工作原理简介

核子皮带秤的工作原理如图3所示，放射源在上方稳定地放射出g射线，在支架构成的平面内呈扇形照射至输送机上，输送机上的物料吸收一部分g射线，其余的射线照射至g射线探测器上，因射源发出的g射线为一常数，因此探测器探测出的g射线的多少，可反映出输送机上物料的多少，由此再根据相关的计算公式便可计算出某一时刻输送机输送物料的流量。

此方案的特点是核子秤的测量信号没有经过运算处理直接送入PLC系统，PLC系统需将核子秤的测量信号0~5V，或者是频率信号加以转换，然后进行相应的运算处理，才能得出秤重值，它的主要优点是省掉了二次仪表，降低了费用。

图3 核子皮带秤的工作原理图

5.2 技术要求及防护要求

(1) 秤体采用不锈钢体，秤体的安装对皮带传输装置的运转水平不生产任何影响，不改变其结构;

(2) 每台核子秤的每次配煤精度优于1%;

(3) 本系统一机带14台核子秤的硬件配置方式，必须满足多物料、多品种配煤工艺，提供料选、配比等人机对话，自动切换等功能。具有统计配煤量、报表、打印、校准、故障诊断等功能;

(4) 工控机必须设有专用接地极且接地电阻<4W。

6 结束语

本系统实现了14台圆盘配煤机的启停、联锁保护、称量及调节的自动控制，实现配煤生产自动化。控制方式采用自动和手动操作两重方式，在自动方式下，各配煤回路的设定及控制，配煤的在线更改等都由计算机自动完成;在手动方式下，根据核子秤测量的值手动调节圆盘转速，进行配煤控制、人工启停设备，在这两种方式下，都设有主要设备紧急停运按钮。通过改变变频器输入信号方式，可方便地进行手动/自动切换，切换冲击小，生产进行顺利。

该系统在实际生产中取得良好的经济和社会效益，能够满足各项经济技术指标，满足控制精度要求，具有广阔的应用前景

1 引言

近几年随着我国经济建设的快速发展，在能源供应上很多地区都出现电力资源紧缺的状况，因此许多电厂纷纷进行新建或扩建改造。深圳西部电厂原有4台(#1-#4)300MW 机组，为提高发电能力又续建#5、#6机组(2×300MW)。西部电厂原有两列化学水处理系统，续建工程的化学水处理系统扩建一列100~140m3/h化学除盐系统，其余设备与已有化学水处理系统共用。原有化学水处理系统使用传统的模拟屏方式进行监控，自动化水平不高并且效率很低。续建2台机组后，废除原有化学水处理系统的控制系统，将原有化学水处理系统和扩建的一列化学水处理系统统一采用一套冗余PLC控制系统进行集中控制。

2 化学水处理系统工艺流程

2.1 化学水处理系统流程

原有化学水处理系统流程为:自来水→蓄水池→升压泵→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。通过对现有系统运行状况的现场调查和对水质分析报告分析，自来水中的悬浮物含量较高，严重地污染了活性炭和离子交换树脂。因此，续建工程增加3台高效纤维过滤器对自来水进行深度过滤处理。

续建化学水处理系统流程为:自来水→蓄水池→升压泵→高效纤维过滤器→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。

2.2 续建工程与原有系统的连接及运行方式

原有120t/h出力的一级除盐+混床设备2列，续建工程仅再扩建1列出力为120t/h的同样设备。除盐水泵、再生水泵、压缩空气系统、酸碱再生系统和废液处理系统与原有系统共用。

3台高效过滤器采用并联运行方式，正常工况2台运行，1台备用。高效过滤器不仅对续建工程所需的自来水进行预处理，而且对原有系统的自来水也进行预处理。

2台活性炭过滤器和一级除盐设备构成一个系列，采用串联运行方式，正常工况2列运行，一列备用。其中每系列的2台活性炭过滤器，当水质好时1台运行(去除游离余氯)，1台备用;当进水水质恶化时2台同时运行(去除有机物)。

混床采用并联，正常工况2台运行，1台备用。

3套一级除盐单元与3台混床之间设有切换阀门，受已有系统的限制，仅#1一级除盐设备和#1混床与#2一级除盐设备和#2混床可以同时交叉运行，#1一级除盐设备和#1混床与#3一级除盐设备和#3混床可以同时交叉运行。机组启动时，上述3列设备同时投入运行，满足大的补给水量。

3 系统配置

系统由两台上位计算机和一套冗余PLC系统构成。上位计算机系统采用工业级计算机构成功能强大的监测与控制系统，计算机上安装Inbbblution公司的FIX7.0工业监测与控制系统软件，通过合理的系统设计和系统组态，实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。通过上位计算机系统和强大的工业控制传输网络，实现对整个生产工艺工程的自动化管理和控制。

PLC选用Siemens公司S7400冗余控制器，控制系统采用双机热备冗余方式，通过远程I/O的方式连接现场需要监测与控制的点，远程I/O由EM200通讯处理器和S7300系列I/O模块组成。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零，大限度的减少人对系统的干预。主控制系统热备系统和远程I/O控制站之间采用高性能的冗余Profibus工业总线传输网络，实现信息的可靠、安全、稳定的传输。Profibus是一种高速和便宜的现场总线，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用，大传输速率可达12Mbps。

上位计算机系统安装CP1613通讯卡，与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属，工业以太网已达到高传输安全性和可靠性要求，现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。工业以太网具有高传输速率(目前达到100Mbps)、集线器技术的确定性、不需考虑网络的拓扑结构、传输物理介质多样(双绞线、光纤、同轴电缆)、集线器的应用可不考虑网络的扩展等优点。 

通过以太网络将上位计算机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体，构成一个完整的系统。在这样高速传输网络上，可以很方便的利用PLC系统所特有的功能，实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。图1为系统网络结构图。

图1 系统网络结构图

4 控制功能

水处理系统所有控制阀采用就地和远程控制方式，即使在程控系统完全故障的情况下还可以通过就地控制实现手动制水，保证机组锅炉的可靠用水。控制箱上选用3位选择开关，分别为就地开、就地关、远程控制。选择远程控制时，控制阀由操作员在操作站上控制。操作员可以在操作站对控制阀进行状态监视和动作控制，对控制阀的控制可分选择自动和手动方式。在自动方式时控制阀受PLC逻辑程序控制，在手动方式时控制阀由操作员直接在操作界面上点击控制。

一级除盐设备的投运和再生由PLC实现自动控制，也可通过键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。一级除盐设备的出水导电率超过规定值或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。混合离子交换器的投运和再生由PLC实现自动控制，或者通过键盘和鼠标进行远方操作。当混合离子交换器出水导电率和二氧化硅超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。高效过滤器和活性碳过滤器由PLC实现自动控制，也可采用键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。当其进出口压差超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入反洗程序。以上操作以前都由操作人员执行，执行新系统后上述操作都可以不需要操作人员干预。图2示出操作界面。

图2 操作界面

中间水箱水位由PLC实现自动控制(通过调节阳床入口调节阀)，使一级除盐系统投运时中间水箱水位稳定在正常位置。中间水泵启停与中间水位联锁，低液位启泵、高液位停泵，保证中间水泵的安全使用。

阀门、泵等的控制状态显示，自动/手动/就地操作和选择联锁。系统所有流量、压力可在操作界面上实时监视，原水流量、阴床出口流量、混床出口流量显示积算并作历史纪录，可分别查看一级除盐、混床再生制水量。

系统控制每列除盐装置的投运、停止和再生程序、自动加酸加碱程序、自动/半自动启动另一列除盐装置程序等。对于顺控设置必要的分步操作、成组操作或单独操作等，并有跳步、中断或旁路等操作功能。系统投运以及活性炭清洗、一级除盐再生和混床再生可由系统自动完成或操作员步延、步进手动干预，在操作站界面上显示各步骤设定时间和剩余时间以及步进、步延指示等。

5 结束语

深圳西部电厂化学水处理系统全部改造完成后于2003年7月正式投运，经过改造后自动化控制水平明显提高，制水量由原先的平均每小时120m3提升到平均每小时140～160m3，完全保证了6台发电机组的用水需要。由于控制水平的提高，制水过程中产生的废水量明显减少，起到了一定环保节能效果。系统高度的可靠性和直观简易的操作性使得控制中心值班室由原来的2人值班该为1人值班，大大节约了人力成本。该系统建成后运行可靠，生产效率明显提高，因此受到用户的好评，并经常成为其它电厂同行参观效仿的对象