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1、目录1 绪论31.1 选题意义及课题来源31.2 国内外现状简介31.2.1 PLC在高炉中的应用31.2.2 PLC在泵站系统中的应用41.3 课题意义及论文的主要工作41.3.1 选题意义41.3.2 本次设计的主要工作52 系统工作原理62.1 控制系统要求62.1.1 控制系统功能要求62.1.2 设计技术指标62.1.3 设计原则72.1.4 系统的保护设计框架72.2 系统控制方案的确定82.2.1 方案概述82.2.2 方案确定82.3 系统工作原理102.3.1 系统整体结构模型102.3.2 系统组成及框图112.3.3 系统主要工作流程123 系统硬件设计143.1 系统硬
2、件总体组成143.1.1 系统硬件组成143.1.2 系统机械流体部分组成143.1.3 系统电气部分组成153.2 泵的选型和设计153.2.1 系统要求153.2.2 拟选用的元件153.3 PLC控制部分的的设计163.3.1 PLC的I/O需求和分配163.3.2 PLC的选型和主要技术指标173.4 转换部分设计203.4.1 转换部分方案的确定203.4.2 单片机PIC18F2480简介223.4.3 单片机PIC18F2480电路设计253.5 检测部分设计283.5.1 铂热敏电阻PT-1000283.5.2 JLS40压力传感器293.5.3 AD靶式流量开关293.5.3
3、 三达德KH32型电流互感器303.6 抗干扰处理、保护设计313.6.1系统避雷措施313.6.2系统抗电磁干扰措施323.7 系统组要元件334 系统的软件设计344.1 软件设计概述344.2 控制主程序的梯形图设计384.3 单片机部分C语言设计445 通信部分设计495.1 系统联网和通信部分框架495.2 系统与上位机通信部分方案设计516 组态部分设计536.1 组态方案概述536.2 组态设计536.2.1窗口设计536.2.2 变量设计566.2.3 主要脚本程序586.3 组态仿真647 结论677.1 本设计完成的主要工作677.2 优化设计可以进行的工作677.3 设计
4、心得68致 谢69参 考 文 献701 绪 论1.1 选题意义及课题来源目前我国经济正处于高速发展阶段，钢材的市场需求也平稳增长，钢铁产品依然呈现供不应求态势，导致价格连续上涨，企业销售收入、利润等指标大幅提高。目前我国钢铁行业的高炉循环水泵房低压冷却水泵系统采用的大部分都是人工控制，这造成了大量的人力物力以及水资源和电能的浪费，这与国家十一五规划的节能降耗相悖甚远。国内钢铁业在高价格的刺激下加大了对钢铁的投资力度，在建或准备新建高炉数量急剧增加，为此正确、合理选择高炉的冷却水循环系统控制方式对提高我国炼铁工业的节水降耗水平，延长高炉寿命具有重要的指导作用和现实意义，将对我国的钢铁业产生深远影
5、响。沧州纵横四个高炉建成于60年代，整个高炉系统已经不能满足当前自动化发展的需要，为提高高炉的效率，准备对沧州纵横1#高炉进行重建。本次设计结合沧州纵横1#高炉的实际情况对其冷却水循环泵站自动化系统进行控制设计。1.2 国内外现状简介1.2.1 PLC在高炉中的应用在炼铁高炉生产过程中应用可编程序控制器(简称PLC)进行电气控制和仪表检测系统的改造已经十分普遍，但是通常只进行单个系统上如上料系统或热风炉系统的控制，或者一座高炉部分的改造控制。随着PLC和网络技术的飞速发展，使得PLC的联网通讯功能日益强大，也对炼铁高炉自动化系统提出了更高的要求。高炉控制系统规模由原来单独一个系统控制，发展到包
6、括槽下上料、炉顶装料、高炉本体、热风炉、煤气除尘、煤粉喷吹等高炉全套控，并实现各系统之间互相通讯，多座高炉联网，实现系统冗余、数据共享，系统整理并统计生产数据，从而为实现高炉生产过程控制和生产管理自动化提供有力的系统支持。但是目前作为高炉的冷却水循环系统的控制一般采用的都是人工控制，这给整个系统的联网和统一管理带来了很大不便。影响整个高炉系统的效率，并且造成一定的能源和资源的浪费。1.2.2 PLC在泵站系统中的应用总装机容量100kW以下的小型泵站在高炉水循环、农田水利、防洪排涝泵站中占有相当大的比例。为了降低小型泵站运行费用，提高小型泵站的自动化程度，根据小型泵站的运行工艺特点，采用可编程
7、序控制器（PLC）进行控制，通过设定运行程序对整座泵站进行运行和监控，实现半无人值守或无人值守。通过传输设备联网，可以实现无人值守泵站运行，大大降低小型泵站运行人工费用，让有限的运行费用更多的用于泵站设备改造、维修和维护，更有效提高泵站设备完好率和可用保证率。目前国内对小型泵站自动化的研究还处于起步阶段，尤其对高炉炉冷却水循环系统的研究设计还刚刚开始。1.3 课题意义及论文的主要工作1.3.1 选题意义针对目前PLC在高炉冷却水循环系统自动化控制的的研究还处于空白阶段，结合沧州纵横1#高炉改造的实际情况进行本次设计。将国内外对小型泵站的研究的成果和技术方案转化到高炉冷却水循环系统中。通过本次设
8、计要做出高炉低压冷却水循环泵站自动控制系统的合理设计方案，使整个泵站系统的总体成本大幅下降，系统运行时节能降耗、且稳定可靠。通过本次设计要探索出一种小型泵站的PLC自动控制方法，得出性价比较高的控制器选型方案，得出合理的软硬件设计方案。针对高炉的冷却水循环系统采用PLC对其进行泵站控制是一种新的尝试，通过本次设计要探索一种实用的高炉冷却水循环系统泵站控制方法。1.3.2 本次设计的主要工作冷却水循环系统是整个炼钢高炉的重要环节，由管道设备及水泵和控制电路按一定的组织方式所构成，原沧州纵横1#高炉冷却水循环系统水源为地表水，冷却对象主要为高炉冷却壁，其冷却强度对高炉寿命起着决定性的作用。原供水方
9、式一直采用人工控制，使用后的水未经循环，直接外排，浪费很大，同时还存在水质差、水量不足、水压低等问题。考虑到原供水方式已暴露出如上很多弊端，且无事故供水措施，严重制约了炼铁厂生产的发展和经济效益的提高。因此在新建1#2340m3高炉之际同步建设高炉水循环泵站自动控制系统势在必行。系统从水池中抽水，通过管道传输，利用对压力、流量、电流等参数的检测来决定泵站的水泵的控制策略和各个泵站间的切换。通过对泵站的改造可以提高循环利用率，能缓解公司生产用水紧张的局面，同时也能确保炼铁厂各个高炉用水的安全性和可靠性，各项供水指标能比直接使用河水时明显改善，悬浮物浓度下降且基本稳定。根据实际工程中工艺参数的要求
10、，设计出泵站控制系统的软硬件结构，可编程控制器做为整个系统的中心，完成对泵站内各泵启动、停止的控制、上传本站运行情况至上位机和上位机对本站的控制。实现泵站的无人值守，自动控制满足工艺参数要求，故障发生时自动处理防止意外发生。整个泵站系统相对于人工控制系统在可靠性、实时性有很大的提高。给出不同的设计方案，根据可靠性和工艺要求以及性价比的综合考虑确定最终的控制方案。2 系统工作原理2.1 控制系统要求2.1.1 控制系统功能要求本次设计应实现：沧州纵横1#高炉的实时性和可靠性要求；无人值守系统能正常运行，满足系统的温度、压力、流量等工艺参数要求；系统可靠性高，故障自动排除；泵站内的各泵采用互备技术
11、，任何一个泵出故障都不影响系统正常工作；泵站系统的过载检测、故障实时报警，并实现故障紧急处理避免危险情况的发生；系统的可维护性强，发生故障能迅速定位，出现故障能快速修复；整个设计合理切合工程实际，便于施工且性价比合理。整个系统可以与钢厂的网络系统联网，能进行通信，上位机可以监控所有设备的运行情况，能对所有设备进行管理。系统的通信总线采用RS485总线。所设计的的系统采用的硬件设备与原有的设备和系统其他设备有很好的兼容性，能在不改变其他任何硬件的情况下完成控制系统设计。本地设备通过报警检测，系统应具有一定的自诊断能力，能实现部分故障的自我修复，对于不能修复的故障，应能迅速指示出故障所在处，以便检
12、修人员能迅速的对故障做出处理。2.1.2 设计技术指标根据高炉的实际情况，整个工厂水循环系统应满足以下指标：（1）满足1#高炉的生产用水，循环水量为60100m3/h，自流回水；循环利用率大于90。（2）冷却炉壁的压力不低于0.3MPa；冷却出水温度40。（3）改善供水水质，使水中悬浮物含量低于20mgL，并采用水质稳定措施基本消除高炉冷却壁及循环水设施的结垢、腐蚀现象。（4）设置事故泵站及事故水泵，确保安全供水。2.1.3 设计原则高炉冷却水循环系统的的设计应根据工程的510年发展规划进行，做到远近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。水资源循环利用，电能
13、节约利用，降低能耗提高效率，不给环境造成不良影响。整个系统的性价比高，所选控制器及其外围稳定可靠，出现故障易修复。高炉冷却水循环系统的设计，必须从全局出发，工艺参数、工程特点和高炉的实际条件，结合国情合理地确定设计方案；必须坚持节约用地的原则；同时还应符合现行的国家有关标准和规范的规定。根据系统兼容性要求冷却水循环系统采用与整个锅炉其他控制系统的PLC采用同品牌同系列的产品。通讯和组态也采用统一的标准，确保整个系统兼容性强，扩充改造方便。2.1.4 系统的保护设计框架由于被控对象的特性，系统需要对水池中液位的高度进行检测，防止出现由于液位下降导致水泵抽不到水。对流过空气开关的电流进行检测，防止
14、出现大电流。对流量进行检测确定每个水泵都有水流过。当系统发生大电流时，系统发生报警，比对上位机发出信号，请求关闭当前泵站，启动其他泵站，待上位机回复确认信息后系统关闭。当水池的液位下降到比设定的液位低的时侯，有检测部分向PLC发信号系统报警，PLC请求上位机关闭该泵站，待系统回复确定信息后，系统执行相应的操作。利用流量检测来去定水泵中是否有水流过，如有流量则该泵启动正常，如果没有则该泵启动异常，需要启动备用泵。上位机能随时通过通信监测到每个泵的运行情况。整个工厂的控制层能获得系统的所有信息，有利于工厂的统一管理和资源的统一分配利用。真个系统的各个设备都支持本地控制，当系统通信系统出现问题的是可
15、以选择本地控制。可以设定系统的各个参数，保证系统的安全可靠运行，实现冷却系统的不间断供水循环。系统可能出现的的故障和指示报警以及对故障的处理办法可以用表2-1来表示。表2-1 常见故障及处理方法可能出现的报警指示解决办法上电后系统不工作，且无指示检查电源泵起异常指示灯亮检查该泵及其相关电路是否正常温度过高指示灯亮换用其他泵站或给站水循环系统加冷水液位过低指示灯亮换用其他泵站或给站水循环系统加水电流过大报警逐个关闭水泵并换用其他泵站2.2 系统控制方案的确定2.2.1 方案概述根据工厂的规划拟采用三个泵站对工厂冷却系统供水，本设计只是对其中的一个进行设计。系统的水压和温度要求在进行软件设计时可以实现。故障水泵的要求，设计本身采用的是各个泵之间的互备技术，任何情况下每个泵都有一个或两个泵作为其他泵的备份，个泵循环作为备用泵，确保不会因为长时间不用损坏而不能起到备用的可靠性，互备技术不用一对一的给各个泵做备份，节约了成
