現(xiàn)場(chǎng)總線在焦?fàn)t自動(dòng)配煤系統(tǒng)中的應(yīng)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(dāng)比例配合成混合煤稱之為自動(dòng)配煤，它是整個(gè)焦化生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)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(duì)焦炭低硫高強(qiáng)度的要求，實(shí)現(xiàn)大型、高效、環(huán)保、節(jié)能的清潔生產(chǎn)目標(biāo)。為使焦?fàn)t煤料的配比更加準(zhǔn)確及系統(tǒng)可靠，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤裝置智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，向企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源，為此在反復(fù)比較了多套當(dāng)今市場(chǎng)流行的自動(dòng)化方案基礎(chǔ)上，最后選擇西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的解決方案。

二、系統(tǒng)工藝要求

　　1. 工藝概述

　　每個(gè)儲(chǔ)煤槽中的單種煤通過圓盤給料機(jī)均勻地落到定量給料機(jī)皮帶上，稱量和速度信號(hào)分別進(jìn)入到控制系統(tǒng)，經(jīng)過乘積運(yùn)算處理計(jì)算出實(shí)際給料量，將實(shí)際給料量與設(shè)定的給料量不斷進(jìn)行比較輸出兩路PID控制信號(hào)，分別對(duì)圓盤給料機(jī)和定量給料皮帶機(jī)進(jìn)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(tái)CFW給料流量的恒定，以確保所設(shè)定總配比的要求。自動(dòng)配煤裝置實(shí)現(xiàn)24套圓盤給料機(jī)、定量給料機(jī)的順序起停、報(bào)警以及模擬量的輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)的控制，完成不同原煤料混勻給料、煤比計(jì)算及配煤流量控制并實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)與帶式輸送機(jī)的起停連鎖。圓盤及定量給料皮帶機(jī)原理如圖1所示：

　　2.計(jì)量控制原理

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

　　稱重單元主要由計(jì)量托輥和兩個(gè)應(yīng)變式荷重傳感器組成。稱重傳感器安裝在高精度的平臺(tái)上，其測(cè)量出輸送帶上物料的單位長(zhǎng)度重量;皮帶測(cè)速單元采用高精度脈沖編碼器安裝在從動(dòng)滾筒軸端，通過滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，以上重量信號(hào)（毫伏級(jí)）及脈沖信號(hào)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(dòng)電機(jī)： 3.7KW 3φAC380V

　　圓盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)： 15KW 3φAC380V

　　給料機(jī)輸送帶寬度： 800mm

　　輸送機(jī)能力范圍： 10～100t/h

　　輸送機(jī)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(gè)自動(dòng)配煤裝置為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人化管理，所有的操作和監(jiān)視均在中央控制室中進(jìn)行，系統(tǒng)采用分布式計(jì)算機(jī)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(jī)、48套SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70工程型變頻器、24臺(tái)CFC-200回路調(diào)節(jié)控制器、3套OSM等控制單元構(gòu)成一個(gè)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(shí)時(shí)性和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求，Profibus是全球范圍內(nèi)目前唯一能夠以標(biāo)準(zhǔn)方式應(yīng)用于所有領(lǐng)域并貫穿整個(gè)過程鏈的現(xiàn)場(chǎng)總線。這種系統(tǒng)架構(gòu)充分利用發(fā)揮了西門子SIMATIC自動(dòng)化產(chǎn)品的資源，具有高可靠性，強(qiáng)抗干擾能力和靈活的可擴(kuò)充性，可獨(dú)立完成對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，精度控制，監(jiān)控連鎖。上位機(jī)WINCC V6.0組態(tài)軟件作為HMI，通過操作畫面對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，報(bào)警，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線、歷史趨勢(shì)顯示、報(bào)警記錄、配方管理、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、各類數(shù)據(jù)歸檔和安全連鎖保護(hù)，同時(shí)通過VBA編程實(shí)現(xiàn)Excel報(bào)表輸出、打印及預(yù)覽等功能。系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)重量、速度、位置、缺料、堵料、皮帶打滑、電機(jī)啟停、電流、轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速等一千多個(gè)模擬量I/O和數(shù)字量I/O控制點(diǎn),具有48個(gè)PID閉環(huán)控制回路和2套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)操作站。整套系統(tǒng)通過光纖交換機(jī)進(jìn)入Ethernet與焦業(yè)公司的其它焦化工藝段及廠級(jí)管理網(wǎng)進(jìn)行銜接，達(dá)到管控一體化水平。自動(dòng)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(tái)配煤秤分為兩個(gè)工藝段各為12臺(tái)，每個(gè)工藝段控制單元由1個(gè)S7-315-2DP CPU主站（含1個(gè)本地?cái)U(kuò)展主站）及2個(gè)ET200M從站、12個(gè)CFC-200及6SE70變頻器配帶CBP2從站所組成，兩個(gè)工藝段控制單元經(jīng)光纖工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行互連，兩臺(tái)帶有WinCC V6.0的工控機(jī)組成配煤系統(tǒng)操作員站，其中一臺(tái)兼有工程師站功能。