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1、套筒石灰窑系统控制2008.9概述控制系统的设计PID调节的应用观看不锈钢分公司的几个系统画面结束语不锈钢公司原旧窑为传统焦炭混烧 竖窑，石灰的活性度过低生过烧率高达 17%20%，不能适应现代化炼钢造渣需 要。因此，不锈钢分公司引进了意大利 弗卡斯石灰套筒窑的设备与技术，新建 二座焙烧活性石灰的500t/d套筒窑，使 生产技术和技术装备达到了当今世界先 进水平，确保了产品质量，极大地提高 了劳动生产率。1 概述500t/d套筒竖窑生产线主要由原料储运筛分、套筒竖窑 煅烧、成品储运加工三个系统及与各系统相配套的除尘系统 组成、公辅系统由空压站、转炉煤气加压站、天燃气减压站 组成。1.1 原料储
2、运筛分系统原料储运筛分系统分为两部分：第一部分为翻车机 卸车线缓冲槽储运系统。第二部分为原料储运筛分系统 。二个系统所有电控设备的综合故障、状态及启停信号 均送入石灰中控室PLC并在CRT画面上进行监视和操作。1.2 套筒竖窑煅烧系统套筒竖窑通过单斗卷扬提升机将石灰石运至窑顶，经 料斗、密封闸门及旋转布料器进入环形套筒内。在窑顶入料 口处设置密封闸门，以避免外界空气进入而影响套筒竖窑的 负压操作。环形套筒是由窑钢外壳、内部耐火墙和与其同心 布置的上、下内筒组成。套筒竖窑有上、下两层烧嘴并均匀错开布置，每层 烧嘴有六个圆柱形燃烧室，每个燃烧室都有一个用耐火 材料砌筑的从窑外壳到下内筒的拱桥，高温
3、气体从燃烧 室内出来，经过拱桥下面形成的空间进入料层。两层烧 嘴将套筒竖窑分成两个煅烧带，上煅烧带为逆流，下煅 烧带为并流。并流带下部为冷却带，在冷却带石灰将自 身热量传递给冷却的空气，此处仍为逆流。冷却石灰的 空气由于废气风机作用向上抽，而石灰则在冷却带的底 部通过出料装置及出料台排出，排出的石灰进入到位于 套筒竖窑底部的石灰仓内，石灰仓内的石灰通过振动给 料槽，经一定的时间间隔被排出。上、下内筒的钢壳体上都砌有耐火材料，钢壳体环隙用 空气冷却。冷却下内筒的空气预热后，经位于上层六个拱桥 内的六个下内筒冷却空气通道汇集到冷却空气环管中，作为 助燃空气送到各个烧嘴。冷却上内筒的空气又分为两部分
4、： 一部分冷却上内筒后排入大气，另一部分用于自动吹扫烧嘴 和冷却火焰探测器观察孔。二台罗茨风机将适量空气送到换热器被预热到350左 右。预热的驱动空气从换热器出来后进入驱动空气环管，并 被送到六个喷射器，作为喷射器的动力气体。下层燃烧室中由于加入了驱动空气和循环气体，因此供给 过量空气，使燃料能够完全燃烧，燃烧后的高温气体被分成 两部分，一部分由废气风机抽到上面，进入位于上、下两层 燃烧室间的中间煅烧带。另一部分与冷却石灰的预热空气通过循环气体入口进入 到下内筒，从位于上层六个拱桥内的六个循环气体导管（陶 瓷管）中出来，由驱动空气在喷射器中产生的动力气体作用 下送到下层六个燃烧室中。并流带高温
5、气体和冷却石灰预热 空气的混合气体称为循环气体（其中含有过剩空气可以作为 燃烧二次空气），循环气体的温度为840920。并流带循环气体是整个煅烧工艺的关键，操作中通过检 测循环气体的温度来控制整个窑的煅烧状况。循环气体控制 主要通过控制驱动空气来实现，循环气体是通过喷射器产生 的作用力带动循环。在上层燃烧室中供给的空气量不足，只 有50%左右，为不完全燃烧，进入料层的气体中还含有一定的 燃料。由于废气风机的作用，不完全燃烧的气体进入上不料 层时与来自下方的含过剩空气的气流相遇，使不完全燃烧的 气体得到完全燃烧。完全燃烧的烟气在窑顶分成两部分：一部分70% 经预热带到窑顶环形烟道进入废气风机，另
6、一部分30% 经悬挂在窑顶的上内筒，进入到换热器预热驱动空气后 在进入废气管道，窑内所有的废气都经废气风机引出， 进入废气风机的温度为230240左右，然后经冷风 阀混入冷风降到160180进入布袋除尘器除尘后由 烟尘排入大气。本体工艺流程见图1所示。 图1 套筒窑本体工艺流程图 1.3 成品储运加工系统经套筒竖窑煅烧好的活性石灰，由套筒竖窑下 部石灰仓底部设置的吊式封闭型振动给料机输至带 式输送机直接卸料。 本系统所有的电控设备均可在石灰中控室和现场二 地操作，现场手动优先，现场手动不参与PLC控制。 成品料仓及粉料仓中的料位情况在CRT画面上动态显 示；低、高、超高料位，在CRT画面指示报
7、警。1.4 空压站由空压机吸入大气中的空气，再经其压缩至0.75Mpa 后，送入粗过滤器中进行过滤，然后在组合式干燥器中 经冷冻和吸附二级干燥后达到仪表用气要求并通过管道 送入各用气点。1.5 转炉煤气加压机站全厂各用户所需的转炉煤气经二台引进的主加压机 加压后，通过动力管网送至石灰区域交接点A40号转运 站，压力为81KPa，不能满足套筒竖窑正常生产，还 需在现场再设置两台加压机，在加压站进口支管上设流 量调节阀，自动调节入口流量，在加压站进口与出口总 管之间的旁通管路上设电动阀，自动调节回流量，保证 稳压供气。为了在设备检修时完全切断煤气保证安全， 在加压机进出支管上设有煤气水封电动切断阀
8、。2 控制系统的设计2.1系统组成500t/d套筒竖窑生产线主要由原料储运筛分（ PLC1）、套筒竖窑煅烧（PLC2）、成品储运加工（PLC3 ）三个子系统，与三个子系统相配套的除尘系统（PLC4 ），以及公辅系统（PLC5）组成。系统控制采用以PLC为核心的计算机控制系统。网络 采用工业以太网和设备网,通过网络进行数据通讯；通过 人机操作界面（HMI）完成工艺流程动态画面显示、传动 系统运行状态显示、工艺参数设定、操作方式的选择、生 产报表统计、打印，以及故障显示等功能。信号处理方式：a.现场开关量信号全部经过中间继电器隔离进入PLC模板 ；b.PLC继电器输出信号全部经过中间继电器隔离后控
9、制各 设备；c.现场模拟量信号需要经过隔离器后生成的420mA信号 进入PLC模板。2.2系统设计Quantum PLC产品的所有模板均采用表面封装技术， 大大提高了产品的集成化程度，且所有模板均密封安装 ，防水、防尘能力强，更加适于恶劣的工业环境。凭借 其无与伦比的处理能力，以及Concept软件丰富的指令 功能，无论是面对快速的离散量处理还是复杂的过程控 制，Quantum都能做到游刃有余。本工程的自动化控制系统具体层次结构如下： 第一层：远程I/O从站，使用同轴电缆的远程I/O网 ，其通讯速度为1.544M波特率，通讯距离可达4.5公里 。通讯协议为S908的主/从站接口通讯处理器与PL
10、C相 连进行通讯，完成数据的采集及设备控制。第二层：过程控制系统，主要是将PLC和HMI（人 机接面）通过基于TCP/IP协议的100MB工业以太网相连 ，组成以TCP/IP协议为通讯基础的工业控制以太网， 完成数据采集及设备运行状态的监视和控制。满足过 程监视、控制及管理自动化的要求。第三层：预留与厂级网络的接口，进行生产管理 所需数据的收集、处理、分析和传送。3.3系统配置 该控制系统配置见上图所示，硬件采用Quantum PLC， CPU采用140CPU53414A，它使用基于英特尔586的CPU，存储 容量最高可达4M，浮点运算协处理器的使用极大提高了过程 控制中对模拟量处理、回路调节
11、等的运算速度；以太网模块 采用140NOE77100，它内置网页服务器，可通过标准的浏览 器浏览内置的和用户自定义的网页，对控制器的数据状态进 行读写和诊断，并支持I/O扫描、全局数据、IP地址组态自 动分配、SNMP、固件下载、程序上传/下载等多项功能；远 程通讯模块采用140CRP93100（Head）和140CRA93100（Drop ），通过带有RIO接口的主/从站接口通讯处理器连接RIO从 站，完成数据采集及设备控制。所有模块均可插于任何槽位 ，底板速度高达80M。编程软件使用WindowsNT2000环境下的Concept软件 进行编程。Concept提供了模拟量处理、标准及串级
12、PID 调节、PID 整定、函数发生器等多种回路调节功能 ，可使用仪控人员熟悉的功能块图编程，还可选择高级 语言进行数学复杂算法。用户可针对特定应用自定义功 能块并反复使用。 2.4iFIX组态软件组态监控软件iFIX3.0接口开放，功能强大，图库丰富 ，能方便地进行生产过程的监视控制，并提供事件处理、报 警登录、历史趋势等多种手段对数据进行分析。组态软件是 面向监控与数据采集的软件平台工具，具有丰富的设置项目 ，使用方式灵活，功能强大。在一个自动监控系统中，投入 运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心，远程监视 中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种 控制、检测设备（如PL
13、C等）共同构成快速响应控制中心。 控制方案和算法一般在设备上组态并执行，也可以在PC上组 态，然后下装到设备中执行，根据设备的具体要求而定。监 控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成以 下6项任务。.查看生产现场的实时数据及流程画面； .自动打印各种实时历史生产报表； .自由测览各个实时历史趋势画面； .及时得到并处理各种过程报警和系统报警； .在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状 态； .与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数 据。3 PID调节的应用在工业生产过程控制中，模拟量的PID（比例、积 分、微分）调节是常见的一种控制方式，这是由于PID 调节不需
14、要求出控制系统的数学模型，至今为止，很 难求出许多控制对象准确的数学模型，对于这一类系 统，使用PID控制可以取得比较令人满意的效果。以往 对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的PID模拟 调节器来实现开、闭环控制。而现在完全可以采用PLC 控制系统，选用模拟量控制模块， 其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元 件影响，因而可靠性更高。以本工程为例，PID控制采用PID功能块，该功能块采 样周期为l00ms。PLC程序在执行中将调节器的比例系数 GAIN、积分时间常数TI、微分时间常数TD的值送入PLC 的数据寄存器中，这些参数随不同的控制对象的要求而 定。预留一定数量的数据寄存器用
15、于存放各种数据，或 运算处理的中间结果等。在本工程中，还增加了上下限 报警及输出限幅处理。在本工程中，PID控制分为启/停控制和正常控制两种模 式。正常控制模式指的是通过PLC实现的控制，分为自动和手 动两种方式:自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人 工干预；手动控制即在上位机上给定一个输出值，通过PLC对 控制对象进行控制，手动方式时设定值不与测量值比较。在正 常情况下都是在正常控制模式下的自动方式下运行，并且每个 PID控制回路的设定值(SP)、过程值(PV)、输出值（OUTPUT） 都可以在上位机上用数字显示，同时在上位机上可以修改每个 控制回路的PID参数，如SP值、GAIN
16、值、TI值、TD值，操作界 面非常友好、直观。开/停机控制模式指的是，由于系统的执 行结构线性范围受到限制，当偏差信号较大时，如系统启动、 停止，由于积分的作用会产生较大的超调量，造成系统性能变 差，因此在本工程中，当系统偏差大时由PLC强制输出来进行 控制，就可以解决这一问题。 4 请大家观看几个系统画面套筒窑原料进料画面套筒窑成品画面主排画面驱动画面冷却画面燃烧画面上料画面出料画面参数设置趋势图故障报警图参数设置5 结束语1#窑于2004年2月15日热负荷试车，生产一直正 常，2#窑自2005年4月28日开始热负荷试车以来， 石灰活性度呈明显上升趋势，已完全达到了设计要 求.二座500t/d套筒竖窑投入应用，使我公司在生产技 术和技术装备上，达到当今世界先进水平。同时，引进 的套筒窑是经国际招标引进的项目,自动化程度高,生产 工艺先进,环境保护指标高,生产产品质量高,是值得推 广与普及的新一代石灰竖窑。 谢谢大家！谢谢大家！宝钢集团一钢公司二期烧结的电气三电控制系统的 基本构成及组态摘 要 二期烧结工程于1999
