【doc】 首钢第二耐火材料厂500m^3活性石灰套筒窑自动化控制系统的设计

【doc】 首钢第二耐火材料厂500m^3活性石灰套筒窑自动化控制系统的设计 首钢第二耐火材料厂500m 活性石灰套筒 窑自动化控制系统的设计 设计通讯20o5?.1 首钢第二耐火材料厂500m3活性石灰套筒窑 自动化控制系统的设计 寇培红 摘要:介绍了QuantumPIE和IFIXHMI组成的一套自动控制系统在首钢第二耐火材料厂500活性石 灰套筒窑上的具体应用,针对活性石灰套筒的生产工艺和自动化控制思想及其控制的方式,论述了活性 石灰套筒窑自动化控制系统的功能,特点. 关键词:自动化套筒窑控制系统 当 日 首钢第二耐火材料厂500活性石灰套筒窑 工程是首钢”十五”期间重要技改项目,是为首 钢第三炼钢厂提供优质的副原料的配套工程,其 窑体为引进德国贝肯马赫公司的专利技术,国内 建造的环型双膛竖式套筒窑,日产量为500t/d活 性炭.窑本体自动化控制系统是工程最重要的核 心组成部分,其采用先进成熟的控制新技术,实 现了对石灰套筒窑全程自动化监控. 2套筒窑主体系统工艺流程 石灰石由铁路运至石灰石储料仓,用10t抓 斗吊卸车,石灰石备料时,用10t抓斗吊从石灰 石料堆取料装入石灰石料包,按需要量由电振给 料机卸料,石灰石通过溜槽,经八棱滚筛筛分后 加入称量斗中.当需要向窑内加料时,称量斗液 压闸门打开,石灰石卸入料斗中,用卷扬提升装 置将料斗提升至窑顶,加入窑顶中间料仓,打开 中间料仓闸门将石灰石卸入旋转布料器,旋转布 料器旋转到某一特定位置后,打开料钟将石灰石 料卸入窑内.石灰石料通过在窑内的预热,煅烧, 冷却过程烧成成品活性石灰,此时的成品活性石 灰位于液压出灰机上方,通过液压出灰机将石灰 ? 29? 卸入窑下石灰仓,再由电振给料机将仓内石灰卸 到窑下输灰皮带机上.通过窑下输灰皮带机直接 将成品石灰运往第三炼钢厂散装料间进行成品分 配.石灰可以经过溜槽卸入第三炼钢厂地下料仓 或卸到通往第三炼钢厂筛分间的皮带机上.另外, 可以卸到可逆皮带机上,装入火车运往第二炼钢 厂. 套筒窑主体工艺设备为一座由双层钢板围成, 内衬耐火材料,上部设有供给石灰石进行煅烧分 解所需热量燃烧室,中部设有使高温气体通过的 内套筒.主要工艺流程详见图1. 图1套筒窑主体工艺流程图 套筒窑的生产是利用转炉煤气与一定量的空 气进行燃烧后产生的气体对石灰石进行逐步加热 和煅烧而形成白灰的过程.它与普通白灰窑的主 20o5?.1设计通讯 要区别是:通过控制上下两层燃烧室的燃烧气体 温度,以及对套筒窑内与石灰石接触的煅烧用高 温气体流向的合理组织和采用可充分利用已排出 套筒窑外废气中的余热方法,达到比较少的能源 消耗,生产出活性度高,粉末率少的白灰. 3自动化控制系统构成 套筒窑采用计算机实现主要工艺生产的自动 控制,完成原料系统,煅烧系统,成品系统的逻 辑顺序控制及生产工艺参数的数据采集,处理和 回路控制.机架之间通过CRA931和CRP931模块 互连,组成远程I/O扩展方式.人机接口采用3 台上位工控机,PLC与上位工控机之间采用 工业以太网方式互连.系统配置详见图2. 图2系统配置图 3.1基础控制层 采用美国施耐德公司ModiconQuantum系列 PLC,以太网通信模块实现监控系统通信,并组 成,I?P/口Ethemel网络.采用远程I/O扩展方式. 3.2监控层 系统设置1个主机架和2个I/O扩展机架, 主机架和扩展机架之间通过CRA931和CRP931模 块直连,组成远程I/O扩展方式.人机接口采用3 台上位工控机,PLC与上位工控机之间采用标准 工业以太网方式直连.3台上位工控机的分工是: I台作为监控操作;I台作为模拟显示;I台用来 作打印和事故报警.PLC的上位软件采用一 TELLUTION公司的IFIX大型模块化编程软件,通 过IFIX上位编程软件实现对系统的监视和控制. 4自动化控制系统的设备功能 4.IQuantumPLC设备功能 施耐德公司的新一代功能强大,性能优越和 高性能比的可编程控制器.采用Concept编程语 言,支持FBD,LD,IC,SFC等不同的IEC编程 方式,灵活方便.组态所需时间比传统编程方法 大大缩短.以太网通讯模块提供全开放的通讯接 口,方便地与其它系统进行数据交换. 4.2IFIX软件功能 丰富而强大的功能:数据采集,画面编辑, 历史趋势,报警记录大量的图库集.内嵌VBA语 言,实现与Windows及其应用和控件完美的结合. 系统采用ModbusforEtherNetI/O驱动程序,实现 与QuantumPLC之间的高速数据交换. ? 3O? 备 设计通讯20?.1 4.3数据报表系统 采用MicrosoftAccess数据库管理系统.使用 SQL语言(ODBC方式)实现IFIX与Access之间 的数据接口,完成数据库记录的添加,修改,删 除等操作.不同用户的权限等级设定,确保数据 的安全完整性.多种方式的数据查询,使用灵活 方便.根据用户的需要生成班日报表. 5自动化控制方式 套筒窑的逻辑控制部分采用全自动化联锁控 制.主要控制方式是将工艺技术各连动设备的联 锁要求,通过编程语言输入PIE,再通过逻辑编 程将各联锁条件串接在一起,形成一个整体的动 作顺序.逻辑部分所产生的事故状态,要求PIE 立即做出处理.同时将事故状态返回到上位机, 通过报警画面显示出来.对于设备参数的预置, 各单体设备的操作,操作状态的转换及手动干预 均可通过CRT完成. 套筒窑的自动化控制分为三个子控制系统, 主要包括原料系统,煅烧系统,成品系统.每个 系统可以相对独立工作,各系统之间又具有一些 相关的联锁关系. 5.1原料系统 原料系统由自动化控制的设备有:1号,2号 振动给料机,八棱滚筒筛,1号皮带机,称量斗 的称量设备及闸f-j,D250斗式提升机(上料小 车)及卷扬设备,旋转布料器,料钟,加料闸门, 料位指示器,’窑顶液压站.控制流程图详见图3. ? 31? 图3原料系统控制流程图 2005No.1设计通讯 5.1.1启动 当称量斗料空时,则供料系统启动;其顺序 为:IY250斗式提升机启动一l号皮带机启动—八 棱滚筒筛启动一l号或2号电振给料机启动. 5.1.2停止 称量斗料停止供料,I号或2号电振,振动 给料机停止——八棱滚筒筛停止一1号皮带机停 止一D250斗式提升机停止. 5.1.3原料间石灰石称量的装料程序 当下列条件满足时才可以进行石灰石正常自 动联锁称量装料的操作: (1)当有”称量料斗料空”的信号时,即计 算机称重信号显示的料斗内的料重小于20kg; (2)弥量料斗下面的闸门处于关闭状态,即 料仓闸门关闭的限位开关发出了已关闭信号; (3)八棱筒筛下的石灰石粉料的运输设备处 于运转状态时,即1号皮带机和斗式提升机处于 动转状态; 5.1.4电振给料机与称量电子称之间的联锁操作 原料间内的石灰石料仓的仓下电振给料机与 称量斗的电子称之间的控制有三种联锁操作状态. 5.1.4.1减振联锁 当称量料斗内装料已达到额定重量(2.5t) 的9o%时,计算机发出指令使石灰石料仓的仓下 电振给料机减慢振动速度,即高速振动转为低速 振动. 5.1.4.2满设定值时的联锁 当称量料斗装料达到额定重量(2.5t)时, 计算机发出停止装料信号.这时,振动给料机停 止运转. 5.1.4.3超重量联锁 一 但装料程序出现故障时,使称量斗内的石 灰石装料过量(不大于10%),计算机将停止供 料系统运行. 在石灰石料称装料时,皮带运输机和滚筒筛 都处于运转状态,石灰石料仓下的振动给料机接 受指令开始动作,当称量斗称显示”满设定值” 时,振动给料机停止工作,此后,皮带运输机和 滚筒筛将继续运转20fi,. 5.2成品系统 成品系统由自动化控制的设备有:出料推杆, 窑底振动给料机,石灰石料仓门,2号皮带机,3 号可逆皮带机,3号皮带行走小车,窑底液压站, 出料1号和2号插板阀.控制流程如图4所示. 图4成品系统控制流程图 ? 32? 设计通讯20Q5?.1 5.2.1运行条件 窑底液压站为长期工作方式,进PIE点为: 油箱温度4点,油箱液位2点,油箱油压2点, 回油过滤器堵塞1点.电加热器的控制为油温低 于2o?开始工作,油温高于50?时停止工作. 窑底液压站控制称量斗闸门液压缸,振动给料器 挡板液压缸,出灰机推杆液压缸.当称量斗闸门 液压缸和振动给料器挡板液压缸动作时,电磁溢 流阀都要求得电. 5.2.2联锁要求 该系统中窑底6个出料推杆同时动作,液压 驱动.自动时由操作人员设定推杆运动频率,动 作时间和停止时间的周期,以便控制窑的出料量. 启动:3号可逆皮带机启动一l号或2号插板 阀打开一2号皮带机启动—振动给料器档板打开 ?33? 一 窑底振动给料机启动一出灰机启动. ‘停止:出灰机停止一窑底振动给料机停止一 振动给料器档板关闭一2号皮带机停止一l号或2 号插板阀关闭—3号可逆皮带机停止. 5.3煅烧系统 煅烧系统由自动化控制的设备有: 风机部分:1号,2号驱动风机,l号,2号 冷却风机及出口闸门,废气风机及废气闸门,三 通阀,除尘风机. 燃烧部分:上下燃烧室烧嘴(外方提供设 备),煤气总管流量,压力检测及调节,冷却空 气,驱动空气检测,燃烧室,内套筒,各废气管, 换热空气和卸料台温度检测,石灰冷却入口空气 流量检测及调节,上下套筒空气放散调节,与热 交换器有关的废气调节.控制流程如图5所示. 图5煅烧系统控制流程图 2005No.1设计通讯 5.3.1冷却风机启动条件 供电系统及仪表显示系统工作正常,煤气总 管压力正常,大于15000Pa. 5.3.2驱动风机启动条件 废气风机工作正常,到除尘器去的废气管阀 门打开或到除尘器去的旁通阀打开;在足够的负 压下操作(窑顶负压:小于负300Pa). 5.3.3废气风机启动条件 冷却风机工作;冷却风机出口压力足够高, 风压大于40kPa一60kPa;下内套筒冷却风出口 温度小于180?;套筒窑料位正常,高于低限; 煤气总管压力正常,大于15000Pa;供电系统及 仪表显示系统工作正常;废气风机前蝶阀处于关 团状态(当驱动风机启动,窑顶负压小于负 3ooPa时蝶阀打开). 5.3.4点火操作条件 冷却风机,废气风机,驱动风机工作状态正 常;驱动空气总管压力足够高,大于45kPa;煤 气总管压力大于15000Pa;煤气总管切断阀已打 开;仪表系统的设备及仪表气源正常,各手动阀 处于打开状态;除垢空气环管压力正常;下内套 简冷却空气环管放散阀关闭;上内套简冷却空气 环管放散阀打开.操作期间的任何一个操作条件 有问题时,所有的烧嘴应自动关闭. 6自动化系统调节 6.1火焰调节 煤气总管切断阀,各煤气支管手动切断阀, 各空气支管手动切断阀处于全开状态;助燃空气 环管温度达到420oC,下环管温度达到180?; 开启上环管至喷射器的阀门. 6.2气体分配比例 煤气:上燃烧室煤气量890m3/h;下燃烧室 煤气量l600m3/h,调节范围为上燃烧室煤气量的 1.55倍,下燃烧室煤气量的2.20倍. 空气:上燃烧室空气量为l980m3/h一3500 m3/h;下燃烧室空气量为2900m3/h一4500m3/h. 调整值稳定后,根据所测得的窑本体各点温 度进行调节. 6.3窑体温度各测点值及其调节 再循环温度小于800cI=时,依据低出量按比 例调节下环管到下燃烧器的空气阀门,减少空气 量. 进换热器的废气温度大于750aI=,依据超出 量按比例调节煤气支管调节阀,减少煤气量. 排料平台上的石灰温度小于8O?,窑顶废 气温度小于9ocI=,则按比例调节煤气支管调节阀 及下环管到下燃烧器的空气阀门.增加煤和空气 量. 排料平台上的石灰温度小于140cI=,窑顶废 气温度大于130cI=,则按比例调节煤气支管调节 阀及下环管到下燃烧器的空气阀门.减少煤气和 空气量. 驱动空气预热后温度大于5OOcI=,进换热器 废气温度,窑顶废气总管温度,出换热器废气温 度正常,则调节窑顶废气总管阀门,增加窑顶废 气量. 废气风机的废气温度过高,窑顶废气总管温 度过高,则只调节煤气总管阀门,减少煤气量. 7结语 首钢第二耐火材料厂500m3活性石灰套筒窑 工程,投产三年,各项指标已达到设计的要求, 整个生产系统设备运行稳定,技术先进,环保效 果显着,为首钢的可持续发展和北京市环保做出 了重大贡献. - 34-