摘 要：論述了Yaskawa PLc和Yokogawa Fcs在寶鋼4BF噴煤制粉系統(tǒng)中的應(yīng)用。PLc完成電氣數(shù)字量信號的邏輯控制，Fcs完成儀表模擬量信號的調(diào)節(jié)控制，二者通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能。
0 前言
寶鋼4BF L1基礎(chǔ)自動(dòng)化級控制系統(tǒng)采用了日本Yaskawa公司和Yokogawa公司提供的三電一體化新系統(tǒng)，主要完成電氣邏輯控制和儀表調(diào)節(jié)控制。在雙重化的V—NET網(wǎng)上有4臺電氣控制的CP-317可編程邏輯控制器(PLC)、5臺儀表控制的Centum-CS3000的控制站(FCS)和2臺工程師站及7臺CP5800人機(jī)接口(HMI)，其中PLC3和FCS5應(yīng)用于噴煤制粉系統(tǒng)控制。圖l所示為高爐基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)框圖。
1 制粉工藝
制粉系統(tǒng)由原煤倉、給煤機(jī)、磨煤機(jī)、煙氣升溫爐、引風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、袋式收粉器等組成。原煤由供煤皮帶送人三個(gè)原煤倉，經(jīng)過原煤倉出口閥進(jìn)人給煤機(jī)，再經(jīng)落煤管進(jìn)入磨煤機(jī)，經(jīng)干燥和碾磨，合格的煤粉由輸送管送人袋式收粉器，將氣粉混合物中的煤粉收集下來進(jìn)入振動(dòng)篩，除去雜物，經(jīng)落粉管進(jìn)入煤粉倉。煙氣升溫爐燃燒高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，產(chǎn)生l 000℃左右的煙氣，與經(jīng)引風(fēng)機(jī)抽引進(jìn)入的高爐熱風(fēng)爐廢氣(160～280℃)混合成200～290℃的干燥氣。袋式收粉器排出的煙氣由主排風(fēng)機(jī)抽引并經(jīng)煙囪排人大氣。圖2所示為制粉工藝流程圖。
2 PLC系統(tǒng)
PLC采用日本安川電機(jī)公司的CP-317，CP-317硬件采用了cPU雙重化結(jié)構(gòu)，同一個(gè)機(jī)架中
的2個(gè)CPU，一個(gè)為在線運(yùn)行，一個(gè)為熱備。V-NET采用CP.2520通信模塊進(jìn)行通信，并采用雙重化的結(jié)構(gòu)，V-NET的通信速率可達(dá)10 Mb/s。CP-317 PLC和2000系列遠(yuǎn)程I/O站的通信采用cP-215模塊進(jìn)行通信，其通信速率可達(dá)4 Mb/s。CP-317 PLc的編程采用CP-717 EWS軟件來實(shí)現(xiàn)。HMI的畫面通過CP-5800與FCS應(yīng)用程序的開發(fā)實(shí)現(xiàn)其功能。圖3所示為CP-717軟件中PLC組態(tài)界面，用此界面可以實(shí)現(xiàn)機(jī)架、槽號、模塊、地址等硬件組態(tài)。
3 FCS系統(tǒng)
Centum一Cs3000系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站FCS采用了其適用于大型控制系統(tǒng)的增強(qiáng)型KFCS2控制站。增強(qiáng)型控制站KFCs2由以幾部分組成：現(xiàn)場控制單元、節(jié)點(diǎn)單元及通信總線。現(xiàn)場控制單元負(fù)責(zé)各種控制、計(jì)算和數(shù)據(jù)通信;本地節(jié)點(diǎn)單元和遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)單元負(fù)責(zé)現(xiàn)場信號的采集和控制輸出。HMI畫面和儀表流程控制程序均在工程師站的CS300軟件環(huán)境下編制，通過雙冗余V-NET網(wǎng)絡(luò)與控制站進(jìn)行通信。圖4為Cs3000軟件中FCS組態(tài)界面，可以實(shí)現(xiàn)配置通信節(jié)點(diǎn)，組態(tài)硬件等功能。
4 網(wǎng)絡(luò)通信
控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信種類相對較多，如：HMI與DCS、HMI與PLC、PLC主站與遠(yuǎn)程站、FCS主站與遠(yuǎn)程站、PLC與FCS及CP717與PLC等。其中HMI與PLC，PLC與DCS的通信比較復(fù)雜。
HMI的CS3000與PLC通信是通過在上位機(jī)安裝CP5800軟件，PLC編寫CP2520通信程序來
實(shí)現(xiàn)的。通過CP5800中定義各種形式名和TAG名，完成畫面的監(jiān)控報(bào)警等功能。
PLC與DCS互相通信交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其中PLC采用LINK通信方式，DCS采用GS通信方式。PLC3的VNET站號為13，FCS5的VNET站號為05，每一站可以發(fā)送接收各16 WORDS的信號。PLC3的信號發(fā)送地址為OW2070—OW207F，接收地址為:IW2040-IW204F。FCS只能收發(fā)位(bit)信號，且一個(gè)字(word)內(nèi)的位的排列次序與PLC相反，發(fā)送地址位為%GS00105一%GS25605，接收地址為%GS00113一%GS25613。
圖5為在PLC3的CP2520模塊硬件組態(tài)屬性中設(shè)置LINK通信的界面，將預(yù)先分配好的各控制站地址及字?jǐn)?shù)輸入到分配表中，其中PLC3的寄存器類型為輸出OW，是發(fā)送給其他站信號的地址，其他站寄存器類型為IW輸入，是PLC3接收其他站信號的地址。
圖6為FCS5在GS通信組態(tài)屬性中的設(shè)置界面，將相應(yīng)的通信信號寫入到表中，即可發(fā)送給其他控制站，接收其他控制站信號時(shí)，直接在FCS5程序中使用GS變量調(diào)用，格式為：GS+序號+站號。
5 系統(tǒng)功能
PLC與DCS共同完成了高爐噴煤制粉生產(chǎn)要求的全部控制功能。包括設(shè)備的操作方式選擇，手動(dòng)啟動(dòng)，自動(dòng)順序啟動(dòng)，自動(dòng)順序停車，緊急停止等電氣邏輯控制功能;也包括磨煤機(jī)入口負(fù)壓、磨煤機(jī)出口溫度調(diào)節(jié)，升溫爐燃燒控制、給煤量調(diào)節(jié)等儀表調(diào)節(jié)控制功能。
在制粉啟動(dòng)和停止過程，磨煤機(jī)出口溫度控制十分重要，關(guān)系到制粉的成敗，下面對PLC與DCS控制磨煤機(jī)出口溫度加以闡述。制粉系統(tǒng)啟動(dòng)中的PLC再循環(huán)氣切斷閥全開信號，使DCS控制再循環(huán)氣流量調(diào)節(jié)閥處在全開位置，PLC啟動(dòng)主排風(fēng)機(jī)后，將主排風(fēng)機(jī)入口切斷閥全開，此后DCS通過主排風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)最小流量，再循環(huán)氣調(diào)節(jié)閥控制磨煤機(jī)人口壓力。當(dāng)PLC送來“暖機(jī)指令”時(shí)，DCS通過控制廢氣引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥，使磨煤機(jī)出口溫度按5—
7℃/mill的速度升溫到80℃。延遲后確認(rèn)給煤機(jī)投入，同時(shí)小燒嘴進(jìn)行點(diǎn)火，保持最低負(fù)荷，磨煤機(jī)人口壓力切換到引風(fēng)機(jī)人口調(diào)節(jié)閥控制。為維持磨煤機(jī)出口溫度為80℃，再循環(huán)氣調(diào)節(jié)閥按曲線由小燒嘴控制磨煤機(jī)出口溫度。隨著給煤量的繼續(xù)增加，小燒嘴達(dá)到最大流量，循環(huán)氣調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉。此時(shí)PLC啟動(dòng)大燒嘴，大燒嘴啟動(dòng)后，小燒嘴回到最小負(fù)荷，磨煤機(jī)出口溫度由大燒嘴控制。
制粉系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，PLC發(fā)出斷煤指令，升溫爐大小燒嘴自動(dòng)關(guān)閉，打開再循環(huán)氣切斷閥，DCS控制給煤量慢慢減少。當(dāng)給煤量降至最小值時(shí)，引風(fēng)機(jī)入口調(diào)閥漸關(guān)至全關(guān)，再循環(huán)氣調(diào)節(jié)閥漸開至全開，PLC停止給煤機(jī)。磨煤機(jī)出口溫度繼續(xù)按1℃/min左右的速度下降，直到磨煤機(jī)出口溫度降至60℃，此后PLC控制其他電氣控制設(shè)備停止，恢復(fù)到初始狀態(tài)。
6 結(jié)束語
2005年4月寶鋼4號高爐制粉系統(tǒng)順利投產(chǎn)，Yaskawa PLC與Yokogawa FCS在制粉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了良好的效果，不僅滿足了高爐噴煤制粉正常生產(chǎn)的全部控制需求，而且PLC和DCS通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行信號交接，實(shí)現(xiàn)了電氣邏輯和儀表調(diào)節(jié)的獨(dú)立控制，也為現(xiàn)場電氣和儀表專業(yè)人員的維護(hù)工作創(chuàng)造了有利條件。
