現(xiàn)場總線在焦爐自動配煤系統(tǒng)中的應用

一、引 言

　　在焦化廠配煤煉焦生產(chǎn)工藝過程中，需要將各種不同的精煤如：肥煤、氣煤、瘦煤、焦煤、貧煤等以適當比例配合成混合煤稱之為自動配煤，它是整個焦化生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)高質(zhì)量的焦炭、合理利用煤炭資源及生產(chǎn)成本控制具有重大意義。它可確保鋼廠生產(chǎn)所需優(yōu)質(zhì)鐵水對焦炭低硫高強度的要求，實現(xiàn)大型、高效、環(huán)保、節(jié)能的清潔生產(chǎn)目標。為使焦爐煤料的配比更加準確及系統(tǒng)可靠，實現(xiàn)自動配煤裝置智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化，向企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫提供準確的數(shù)據(jù)來源，為此在反復比較了多套當今市場流行的自動化方案基礎(chǔ)上，最后選擇西門子SIMATIC自動化產(chǎn)品的解決方案。

二、系統(tǒng)工藝要求

　　1. 工藝概述

　　每個儲煤槽中的單種煤通過圓盤給料機均勻地落到定量給料機皮帶上，稱量和速度信號分別進入到控制系統(tǒng)，經(jīng)過乘積運算處理計算出實際給料量，將實際給料量與設(shè)定的給料量不斷進行比較輸出兩路PID控制信號，分別對圓盤給料機和定量給料皮帶機進行雙變頻調(diào)速控制，使之精確地以恒定的期望給料速率出料，保持每臺CFW給料流量的恒定，以確保所設(shè)定總配比的要求。自動配煤裝置實現(xiàn)24套圓盤給料機、定量給料機的順序起停、報警以及模擬量的輸入、輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)全自動、半自動及手動的控制，完成不同原煤料混勻給料、煤比計算及配煤流量控制并實現(xiàn)配料系統(tǒng)與帶式輸送機的起停連鎖。圓盤及定量給料皮帶機原理如圖1所示：

　　2.計量控制原理

　　CFW定量給料機主要分為四大單元：稱重單元、皮帶測速單元、積算控制單元、驅(qū)動單元,其中稱重單元，皮帶測速單元，驅(qū)動單元作為給料機的部件安裝在機械本體上。

　　稱重單元主要由計量托輥和兩個應變式荷重傳感器組成。稱重傳感器安裝在高精度的平臺上，其測量出輸送帶上物料的單位長度重量;皮帶測速單元采用高精度脈沖編碼器安裝在從動滾筒軸端，通過滾筒轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖信號，以上重量信號（毫伏級）及脈沖信號分別傳送至積算控制系統(tǒng)。

　　3.工藝設(shè)備主要參數(shù)

　　物料粒度： 0～80mm

　　物料散密度： 800kg/m3

　　物料水分： 10～12%

　　給料方式： 圓盤給料

　　皮帶驅(qū)動電機： 3.7KW 3φAC380V

　　圓盤驅(qū)動電機： 15KW 3φAC380V

　　給料機輸送帶寬度： 800mm

　　輸送機能力范圍： 10～100t/h

　　輸送機速度： 0.1m/s～1m/s

　　配料秤系統(tǒng)精度： 優(yōu)于0.5%

三、控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　1.系統(tǒng)總貌

　　整個自動配煤裝置為生產(chǎn)現(xiàn)場無人化管理，所有的操作和監(jiān)視均在中央控制室中進行，系統(tǒng)采用分布式計算機監(jiān)控管理方式，主要由兩套西門子S7-300PLC、兩套WINCC V6.0監(jiān)控軟件及工控機、48套SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70工程型變頻器、24臺CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器、3套OSM等控制單元構(gòu)成一個基于100M光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)。其中各關(guān)鍵裝置如：PLC、變頻器、調(diào)節(jié)控制器、分布式I/O之間數(shù)據(jù)傳輸采用Profibus-DP協(xié)議通訊方式，以確保高實時性和高動態(tài)響應要求，Profibus是全球范圍內(nèi)目前唯一能夠以標準方式應用于所有領(lǐng)域并貫穿整個過程鏈的現(xiàn)場總線。這種系統(tǒng)架構(gòu)充分利用發(fā)揮了西門子SIMATIC自動化產(chǎn)品的資源，具有高可靠性，強抗干擾能力和靈活的可擴充性，可獨立完成對設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，精度控制，監(jiān)控連鎖。上位機WINCC V6.0組態(tài)軟件作為HMI，通過操作畫面對實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，報警，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程參數(shù)的實時曲線、歷史趨勢顯示、報警記錄、配方管理、產(chǎn)量統(tǒng)計、各類數(shù)據(jù)歸檔和安全連鎖保護，同時通過VBA編程實現(xiàn)Excel報表輸出、打印及預覽等功能。系統(tǒng)需要監(jiān)測重量、速度、位置、缺料、堵料、皮帶打滑、電機啟停、電流、轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速等一千多個模擬量I/O和數(shù)字量I/O控制點,具有48個PID閉環(huán)控制回路和2套遠程監(jiān)控系統(tǒng)操作站。整套系統(tǒng)通過光纖交換機進入Ethernet與焦業(yè)公司的其它焦化工藝段及廠級管理網(wǎng)進行銜接，達到管控一體化水平。自動配煤裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　2.系統(tǒng)配置

　　本系統(tǒng)24臺配煤秤分為兩個工藝段各為12臺，每個工藝段控制單元由1個S7-315-2DP CPU主站（含1個本地擴展主站）及2個ET200M從站、12個CFC-200及6SE70變頻器配帶CBP2從站所組成，兩個工藝段控制單元經(jīng)光纖工業(yè)以太網(wǎng)進行互連，兩臺帶有WinCC V6.0的工控機組成配煤系統(tǒng)操作員站，其中一臺兼有工程師站功能。