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圖爾克現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品在韶鋼7號(hào)高爐布袋除塵的應(yīng)用
摘要：本文介紹了TURCK PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的特點(diǎn)及韶鋼7號(hào)高爐布袋除塵控制系統(tǒng)中如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選用不同的現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊，并對(duì)如何防止控制系統(tǒng)的通訊故障造成設(shè)備的不可控進(jìn)行了介紹。
一、前言
韶鋼7號(hào)高爐為2500m3級(jí)高爐，其除塵系統(tǒng)采用全干法布袋除塵,在甚至世界上都屬。由于高爐容量大，煤氣產(chǎn)生量大，含塵量相應(yīng)增多，除塵箱體也相應(yīng)增加，我廠7號(hào)高爐布袋除塵系統(tǒng)的除塵箱體多達(dá)28個(gè)，如果采用傳統(tǒng)控制系統(tǒng),電纜及施工量將較小高爐布袋除塵系統(tǒng)成倍增加。所以為了簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，減少施工量，采用了TURCK現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，同時(shí)為了確保布袋控制系統(tǒng)不影響高爐的生產(chǎn)，控制系統(tǒng)采用了西門子S7－414H的冗余CPU。
二、PROFIBUS -DP現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介
PROFIBUS是一種化．開放式．不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS的大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。PROFIBUS-DP用于處理控制器和輸入輸出設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，是一種主/從控制系統(tǒng)，它包括一個(gè)（或多個(gè)）主站和多個(gè)從站，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中從站數(shù)量多可達(dá)126個(gè)，主站循環(huán)掃描每個(gè)從站。主站與從站之間通過基于RS485標(biāo)準(zhǔn)的物理層的2芯屏蔽雙絞電纜進(jìn)行通訊。一個(gè)完整PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)一般同以下幾部分組成。
1．主站
（1）主站指PLC．PC或可做一類主站的控制器。主站完成總線通信控制與將從站收集的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。
2．從站
從站用于收集現(xiàn)場(chǎng)信息和將從站發(fā)出的執(zhí)行指令輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從站可以是
?。?） PLC（智能型I／O）：PLC可做PROFIBUS上的一個(gè)從站。PLC 自身有程序存儲(chǔ)，PLC的CPU部分執(zhí)行程序并按程序驅(qū)動(dòng)I／O。做為PROFIBUS主站的一個(gè)從站，在PLC存儲(chǔ)器中有一段特定區(qū)域作為與主站通信的共享數(shù)據(jù)區(qū)。主站可通過通信間接控制從站PLC的I／O。
?。?） 現(xiàn)場(chǎng)I／O模塊，用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場(chǎng)裝置。按主站指令驅(qū)動(dòng)I／O，并將I／O輸入及故障診斷等住處返回給主站。通?，F(xiàn)場(chǎng)I／O模塊由主站統(tǒng)一編址，這樣在主站編程時(shí)使用分散式I／O與使用主站的I／O沒有什么區(qū)別。
?。?） 驅(qū)動(dòng)器．傳感器．執(zhí)行機(jī)構(gòu)等帶PROFIBUS接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，可由主站在線完成系統(tǒng)配置．參數(shù)修改．?dāng)?shù)據(jù)交換等功能。
3. 網(wǎng)絡(luò)附件，包括總線電纜、電源電纜、總線T型頭、模塊總線接插件終端電阻等。
本系統(tǒng)所用的TURCK現(xiàn)場(chǎng)總線FLDP系列產(chǎn)品屬于第二類從站，即現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊具有以下特點(diǎn)：。
?。?）IP67的防護(hù)等級(jí)，能應(yīng)用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。
（2）使用快速接插件連接方式，安裝更換更加快捷，同時(shí)避免了誤接線的發(fā)生。
（3）自動(dòng)識(shí)別和調(diào)整波特率與主站一至。
?。?）具在輸入/輸出短路組診斷和組保護(hù)功能。能簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障位置。
三、工藝流程及控制設(shè)備
韶鋼7號(hào)高爐布袋除塵工藝流程如下所述：
高爐煤氣經(jīng)重力除塵后，如果溫度較低，在布袋材質(zhì)所允許的溫度內(nèi)，則荒煤氣經(jīng)閥A直接進(jìn)入4排共28個(gè)布袋箱體過濾；如果溫度較高，超過布袋材質(zhì)所允許的溫度，則關(guān)閉閥A，打開1－6號(hào)冷卻器中的1個(gè)或多個(gè)冷卻器進(jìn)、出口電動(dòng)蝶閥進(jìn)行冷卻，然后再進(jìn)入布袋箱體過濾。為了便于檢修，6個(gè)冷卻器雙分為兩組，每組前后各加一個(gè)進(jìn)出口電動(dòng)閥和眼鏡閥。每個(gè)冷卻器前后各一個(gè)電動(dòng)蝶閥和眼鏡閥。每排箱體荒煤氣總管上安裝一臺(tái)電動(dòng)蝶閥和眼鏡閥，每排凈煤氣總管上安裝一臺(tái)電動(dòng)蝶閥。每個(gè)箱體出入口蝶閥采用了氣動(dòng)蝶閥和氣動(dòng)眼鏡閥。
布袋箱體過濾方式為小布袋外濾式脈沖反吹，每個(gè)箱體的脈沖反吹電磁閥為15個(gè)。
清灰工藝流程為：先利用高壓氮?dú)饷}沖反吹，將布袋外表面積塵吹下，利用塵土自身的重力下降到高位灰倉，打開高位灰倉，將灰卸到中間灰倉。然后啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)，再打開中間灰倉，將中間灰倉的灰卸到正在運(yùn)轉(zhuǎn)的螺旋輸送機(jī)將灰運(yùn)至運(yùn)灰小車。為了確保高位灰倉和中間灰倉的灰能順利下降，高位灰倉和中間灰倉各安裝了兩臺(tái)倉壁振動(dòng)器。
四、各設(shè)備控制方式選擇
整個(gè)干法布袋除塵的設(shè)備主要有電動(dòng)蝶閥、氣動(dòng)蝶閥、電動(dòng)眼鏡閥、氣動(dòng)眼鏡閥、振動(dòng)器、氣動(dòng)球閥、螺旋輸送機(jī)。根據(jù)電動(dòng)眼鏡閥、氣動(dòng)眼鏡閥操作機(jī)率小，而且大多是檢修時(shí)才操作的特點(diǎn)，二者的操作均未納入操作室操作，僅在現(xiàn)場(chǎng)安裝控制箱。
電動(dòng)蝶閥的輸入點(diǎn)有現(xiàn)場(chǎng)開、現(xiàn)場(chǎng)停、現(xiàn)場(chǎng)關(guān)、閥門開到位、閥門關(guān)到位、閥門開過轉(zhuǎn)矩、閥門關(guān)過轉(zhuǎn)矩等7個(gè)，輸出點(diǎn)有閥門開、關(guān)到位指示、閥門開、關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)批示、閥門故障指示、現(xiàn)場(chǎng)操作指示等6個(gè)。因此每個(gè)閥門用一個(gè)8輸入8輸出的TURCK現(xiàn)場(chǎng)模塊FLDP－88IOM。為施工方便和減少現(xiàn)場(chǎng)操作箱，每個(gè)冷卻器的出、入口電動(dòng)蝶閥所用的現(xiàn)場(chǎng)模塊共用一個(gè)操作箱。
每個(gè)箱體有脈沖反吹電磁閥15個(gè)，用1個(gè)16點(diǎn)輸出的TURCK現(xiàn)場(chǎng)模塊FLDP－16OM，4個(gè)箱體的電磁閥所用輸出模塊共用一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)安裝 箱。
布袋箱體進(jìn)出口氣動(dòng)蝶閥只有1個(gè)輸出和兩個(gè)輸入，而且較為分散，不易采用現(xiàn)場(chǎng)模塊，因此布袋箱體進(jìn)出口電磁閥的輸入、輸出均送入中控室的PLC輸入輸出模塊。每個(gè)箱體清灰部分有開高位灰倉、開高位灰倉振動(dòng)器、開中間灰倉、開低位灰倉振動(dòng)器、高位灰倉開到位、高位灰倉關(guān)到位、低中間倉開到位、中間灰倉關(guān)到位等8個(gè)輸入信號(hào)，有高位灰倉開、關(guān)到位指示，中間灰倉開關(guān)到位指示，高位、中間灰倉振動(dòng)器運(yùn)行指示、高位、中間灰倉振動(dòng)器運(yùn)行、上下球閥運(yùn)行等8個(gè)輸出信號(hào)，剛好1個(gè)箱體用1個(gè)TURCK現(xiàn)場(chǎng)模塊FLDP－88IOM。
螺旋輸送機(jī)輸入、輸出點(diǎn)僅各1上，而且螺旋輸送機(jī)距控制室近，所以示采用現(xiàn)場(chǎng)模塊。
五、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
1系統(tǒng)硬件構(gòu)成
控制系統(tǒng)如圖一所示，系統(tǒng)采用了西門子S7－414H型冗余CPU，6個(gè)西門子擴(kuò)展機(jī)架用于安裝模擬量采集模塊和少量數(shù)字量模塊，每個(gè)擴(kuò)展機(jī)架上安裝兩個(gè)冗余型IM153用于將采集到的信號(hào)分別送入兩個(gè)CPU，1個(gè)擴(kuò)展機(jī)架用于安裝Y－LINK，Y－LINK再與現(xiàn)場(chǎng)模塊相連。本系統(tǒng)共用TURCK現(xiàn)場(chǎng)模塊達(dá)84個(gè)，（如圖一左側(cè)虛線框內(nèi)部分為現(xiàn)場(chǎng)模塊）由于1個(gè)Y－LINK只能接64個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊，所以用了兩個(gè)Y－LINK。另外為編程和操作方便，配備了一個(gè)工程師站，一個(gè)操作員站。
2、系統(tǒng)安全特點(diǎn)
由于7號(hào)高爐是韶鋼大的高爐而純干法布袋除塵是大高爐上采用，因而不僅要從硬件上保證系統(tǒng)的可靠性，而且軟件編程也必須考慮其可靠性。韶鋼7號(hào)高爐布袋除塵控制系統(tǒng)充分考慮了軟硬件的可靠性。
?。?）系統(tǒng)采用了冗余模式，當(dāng)一臺(tái)CPU故障時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)切換到另外一臺(tái)CPU運(yùn)行。
（2）電動(dòng)蝶閥在采用現(xiàn)場(chǎng)模塊的同時(shí)，其主回路接觸器放在配電房而不用現(xiàn)場(chǎng)模塊，接觸器的控制仍由控制室內(nèi)的輸出模塊控制。在軟件編程時(shí)不僅有到位信號(hào)和過力矩信號(hào)保護(hù)，同時(shí)加入了同向運(yùn)行時(shí)間累積保護(hù)，即如果電動(dòng)蝶閥一次或連續(xù)多次同方向運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間不允許超過設(shè)定值，這樣避免了由于可能存在的由于現(xiàn)場(chǎng)模塊通訊問題造成電動(dòng)蝶閥的不可控。
?。?）各箱體進(jìn)出口蝶閥為氣動(dòng)閥，韶鋼1－6號(hào)布袋均采用電開式，而7號(hào)布袋采用電關(guān)式，這樣布袋正常生產(chǎn)時(shí)，電磁閥不帶電，只有當(dāng)箱體停運(yùn)時(shí)電磁閥才帶電，加長(zhǎng)了電磁閥壽命，同時(shí)由于閥門為電關(guān)式，當(dāng)控制系統(tǒng)故障時(shí)，閥門仍然處于開狀態(tài)，不會(huì)影響高爐的生產(chǎn)。
六、結(jié)束語
自投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實(shí)踐證明，TURCK PROFUBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線與中控室的CPU之間未出現(xiàn)過通訊問題，其自身也未出現(xiàn)過故障，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障點(diǎn)查找通過現(xiàn)場(chǎng)模塊的指示燈來查找，非常方便，應(yīng)用很成功。不足之處是設(shè)計(jì)時(shí)模擬量的采集未采用TURCK現(xiàn)場(chǎng) PROFUBUS總線產(chǎn)品，造成*控室內(nèi)電纜數(shù)量仍然較多。