烧结厂三电系统方案说明.docx

1、烧结厂三电系统方案说明烧结厂三电系统设计方案一、方案设计说明及工艺简介1.1 系统概述本系统完全适应烧结厂烧结技术要求，并在同等规模的工厂具有成功运行经验。本设备采用先进的计算机控制系统，适用于烧结厂300m2烧结系统的检测、控制和监视管理。1.2 系统设计指导思想钢铁工业需要大量铁矿石，经长时间开采，天然富矿越来越少，高炉不得不使用大量的贫矿，但贫矿直接入炉，无论在经济上还是操作上都是不合适的，必须经过选矿才能使用。但贫矿富选后得到的精矿粉以及富矿加工过程中产生的富矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造成块，常用造块方法有烧结和球团，而烧结是最重要的造块方法。目前常用的烧结机是带式抽风烧结机

2、（即DL烧结机）带式抽风烧结机的主要流程是：铁矿粉、溶剂和燃料按一定的配比，并加入一定的返矿以改善透气性，配好的原料按一定配比加水混合，送给料槽，然后到烧结机，由点火炉点火，使表面烧结，烟气由抽风机自上而下抽走，在台车移动过程中，烧结自上而下进行。当台车移动接近末端时，烧结终了，在大型烧结机上，为了保持表面温度和防止急冷，采用延长点火炉和放置保温炉，烧结完了的烧结块由机尾落下，经破碎成适当块度，筛分和冷却，筛上物送高炉，筛下物作为返矿和铺底料重新烧结。 (生产工艺见下图)本烧结自动化过程主要包含原料进料、原料烘干、破碎系统（燃料破碎）、配料系统、烧结冷却系统；烧结矿筛分系统、成品烧结矿系统、水

3、处理系统和除尘系统（配料除尘、主抽除尘、机尾除尘、成品除尘）等。烧结自动化的目的，主要是保证烧结操作的四个主要问题：在粉状铁物料中配入适当数量的溶剂和燃料，正确配料并以自动设定好的顺序，经过一、二次混合添加水、铺底料槽及混合料槽系统后，将料装入烧结机内；在烧结机上点火燃烧，借助燃料燃烧的高温作用产生一定数量的液相，把其他未融化的烧结料颗粒粘接起来，冷却后成为10 25mm的多孔质块矿。烧结自动化系统主要包括仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统由PLC完成。 烧结生产必须要求计算机控制系统能够很好地保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量最多，

4、所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集周期短，刷新速率快，特别对通讯网络而言，数据传输速率、网络稳定性和正确性尤为重要。 对检测仪表而言，也即对温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测，要求PLC数据的采集精确度0.01%，采集速率0.5S。 1.3 系统特点烧结的自动化控制方案，首先在于系统的可靠性、实用性和先进性，并在此基础上提高系统的性价比。 本系统所集成的主要设备全部采用符合国际标准、技术成熟、并在国内外众多行业有成功应用先例的国际名牌产品。控制站采用西门子的S7-400系列产品。工程师站、操作员站采用研华工控机，监控软件采用西门子公司的WINCC。此系统配置上下位机软件在相

5、同平台中，且软件具有很强的自诊断性并能在线仿真测试。控制站负责现场I/O信号采集、回路控制、联锁顺序控制,现场所有的信号通过电缆引到控制站。操作员站负责设备运行的状态监控、生产信息处理、打印、系统起停命令发送、回路调节、设定值给定等功能。工程师站负责整个系统软件的开发和维护。控制站、工程师站及操作员站通过以太网相连，组成环网结构，网络介质采用光缆，具有较长的传输距离和很强的抗干扰能力。通过网络完成它们之间的信息和数据交换，真正体现了分散控制、集中管理的原则。1可靠性 烧结在钢铁厂生产中处于十分重要的位置，它要及时稳定的给炼铁工序提供合格的烧结矿。由于烧结矿供应不足导致的高炉生产的短时间中断都会

6、给整个炼铁的生产流程带来不可估量的损失。 因此，必须把系统的可靠性也即安全性放在烧结控制系统设计的第一位。在设备控制方面，要满足烧结设备及工艺的特定要求，完善必要的软硬件连锁，实现最可靠的逻辑顺序控制，以及可靠的处理突发性事件的应急处理方案，确保整个烧结生产系统的安全性。 为保证这些设备安全可靠运行，除了系统硬件之外，还必须在软件编程上增加多种保护、系统连锁功能，以进一步提高系统的安全性和可靠性。2实用性 为适应中大型规模钢铁厂在生产管理的技术基本点面上要求循序渐进、逐步提高的多数情况，对烧结生产的过程控制，设有机旁手动操作方式和集中联锁操作方式两种操作状态，两种操作状态之间，可实现无扰动切换

7、。 由工业计算机和PLC系统、计算机网络、控制软件组成在线计算机应用系统，下位机通过各检测仪表，采集矿槽料位、配料运行数据、烧结机速度、料层厚度、点火炉温度、压力、流量，除尘系统等工艺参数。 经过计算机综合分析和建立数学模型，作为人工操作或自动调节的依据，并充分利用计算机储存信息量大的优点，为烧结的操作提供更准确、更合理的控制策略。 3先进性 采用智能控制技术，以改变控制策略去适应对象的复杂性和不确定性。具有更好的适应性、容错性、鲁棒性、自组织功能，具有自学习能力、更强的实时性和人机协同功能。不仅依靠单纯的数学模型，而是能够根据知识和经验的积累，进行在线推理，做出非线性和多因素的判断，从而优选

8、出能随动实时变化的最佳控制策略。 通过记录、分析烧结的历史生产数据，可采用“优选图法”，指导操作人员，使之确定的每一步动作更加精确和科学。在这种状况较之传统人工操作模式下，烧结各操作参数的离散程度将明显缩小，向着最佳区间，甚至最佳点靠拢的趋势将非常明显。 在系统更进一步优化后，可实现多种“趋势分析”，计算机能够做出趋势预报，及时为操作者提供更多的手段，相当于真正做到了类似于传统操作模式下，工艺管理上经常会提出“早调、勤调、少调”的要求。烧结机在生产过程中应用本系统后将更加趋向稳定。4. 系统的兼容性、可扩充性本系统的建立遵循开放性原则，采用结构化体系，并对将来的发展具有完全的兼容性和可扩充性。

9、5. 系统的简便性、经济性控制系统主机设备采用性能价格比很高的西门子的S7-400系列产品,可靠性高，维护工作量小，并且都是模块化结构，更换简单，在任何情况下，所有模块和系统组件都能带电插拔，不影响生产的连续性。6. 系统扩展性工程师站及操作员站通过光缆构成以太网,便于与生产调度管理信息系统（MES系统）和企业管理系统（ERP系统）连接，为MES和ERP系统准备了大量的且是必要的数据，以供高层领导管理、决策。二、烧结自动化仪表系统 2.1 烧结自动化系统2.1.1 概述 300m2烧结机自动化系统按工艺划分为原料烘干、原料进料、破碎系统（燃料破碎）、配料系统、烧结冷却系统；烧结矿筛分系统、成品

10、烧结矿系统和除尘系统（配料除尘、主抽除尘、机尾除尘、成品除尘）等。2.1.2 计算机控制系统的功能2.1.2.1电气顺序联锁控制系统功能2.1.2.1.1控制方式的选择控制设备的控制方式有两种：机旁操作方式和集中联锁操作方式。机旁操作方式用于生产设备的检修或单体试车，由机旁操作箱上的控制按钮启动和停止设备。该方式适用于参与联锁的所有设备。仅在单个设备的维修及试运行时才使用该方式。操作方式 ：机旁操作方式应用：维修及试运行操作地点：机旁操作箱或控制箱操作条件：操作箱上选择开关在机旁位置操作按钮：操作箱上的正转、反转、停止，开阀、关阀、停止等按钮动作：不需考虑其它设备的状况便可独立地操作想要操作的

11、设备。只有用硬线连接到配电屏或设备的保护开关上的安全联锁，如跑偏、打滑、撕裂、过负荷跳闸等起保护作用。指示：设备运行、设备停车、过负荷跳闸及方式选择开关位置在OPS监控站上显示。集中联锁操作方式集中联锁操作方式用于正常生产。两种方式的切换靠生产机旁操作箱上的工作制转换开关的转换位置确定。正常生产时，机旁操作箱的工作制转换开关处于集中联锁位置，集中联锁是在设备现场的机旁操作箱上，将“集中-机旁” 选择开关选择在“集中”位置，由PLC控制系统通过运行用户应用程序及执行监控站的指令对控制系统的设备进行集中联锁控制，这是正常生产时所采用的方式，设备按照控制系统运行的用户程序实现自动运行和停机。在控制系

12、统监控站上对必要的生产设备还设有远方操作方式，以保证生产进程的连续性和可靠性。集中联锁操作方式即自动控制方式。该操作方式需有OPS及PLC 正常工作的保证。设备操作在OPS监控站上进行，由OPS监控站发出指令来完成控制功能。这种方式在正常生产中使用，在这种操作方式下，所有全厂的联锁设备可以根据生产过程的需要对监控站的操作画面操作，通过PLC对不同的系统工艺流程进行选择、启动、停车，并加上必要的安全及联锁保护。OPS可根据不同的事故状态生成不同级别的报警。在启动皮带机及其他重要生产设备前，需发出启动预报电铃，以保证现场设备以及人员的安全。操作方式 ：集中联锁方式应用：正常生产操作地点：机旁操作箱

13、，OPS监控站操作条件：机旁操作箱选择开关选择为集中操作按钮及开关：设备的机旁操作箱选择开关OPS监控画面检查按钮、控制系统启动、停止启动、顺序停车、紧急停车等。动作：集中联锁控制。在这种方式下，安全联锁如跑偏、打滑、过负荷跳闸等及过程联锁均可通过PLC发出故障报警并起保护作用。指示：设备运行、设备停车、过负荷跳闸及方式选择开关位置在OS的监控站上显示。报警：在这种操作方式下，启动预报电铃、接入PLC的安全报警以及系统故障报警均有效。2.1.2.1.2控制原则根据工程生产工艺流程和电气联锁关系的特点,生产控制系统划分为：原料燃料进料系统;燃料破碎系统；配料混合系统；烧结冷矿系统；筛分系统;成品

14、烧结矿系统；除尘系统；返矿铺底料系统。每个生产控制系统均按照以下控制原则：A 系统料线选择生产控制系统在起动之前，按照生产的需要，必须对构成该系统生产工艺流程的料线分支进行选择，料线的选择在控制系统监控站上进行起点、中间点、终点选择.B 系统检查料线选择完毕，应对所选料线的工艺流程正确与否进行检查，通过控制系统监控站的检查键完成，其目的是： 确定工艺流程的正确 确定生产予告电铃系统正常 确定构成该料线的设备具备起动条件，当料线选择路由不合理或条件不具备时，系统自动发出误选择报警信号；起动条件包括：设备供电主回路电源上电设备供电保护回路正常设备机旁操作箱上工作制转换开关处于集中联锁位置设备事故开

15、关处于非事故状态皮带机处于非跑偏状态 其他准备条件当以上条件均满足时，监控画面的料线指示亮 ，显示料线正常，系统具备起动条件。检查方式是靠按动监控站上的“系统检查”按钮手动地完成的。选择好料线，按下“系统检查”按钮后，准备就绪的设备红色指示灯快闪，未准备就绪的设备所有指示灯都不亮。C 系统起动系统具备起动条件后，通过监控画面的起动按钮进行起动；系统起动时，首先发出系统予告电铃，设备处于起动过程，按电气联锁方向设备间隔数秒时间顺序起动，按逆料线方向顺次起动设备（防止堆料），以躲过电动机尖峰电流为目的确定起动间隔时间（高压电机除外）;直至系统进料头部设备，停止系统予告电铃，系统起动完毕，进入正常生

16、产过程。当起动条件不够时，超过规定的时间，系统将自动报警。 为保证物料配比的一致性，配料称系统起动分正常起动和带料起动两种起动方式： 正常起动：当配料称下皮带上不带料时，选用该方式，即配料系统皮带起动后，沿物料方向依此起动配料称。 带料起动：当配料称下皮带上带料时（事故停止配料系统时），选用该方式，即配料系统皮带起动后，当配料称下皮带起动的同时立即起动配料称。当一个控制系统准备就绪后，该系统才能在监控站上用系统启动命令启动。一旦这个命令给出，系统将按照应用逻辑开始系统启动过程，按顺序产生下列动作：- 发出系统启动命令后，现场的启动预报电铃将响两秒、停两秒，并重复动作，一直持续60秒，通知现场的

17、人员，预示设备已经准备启动。- 在启动命令发出60秒之后，该系统的第一台下游设备启动，然后前面的设备间隔5秒后启动。这个过程一直重复到该系统最后一台上游设备启动完毕。- 在启动命令发出之后，该系统的设备在监控站上的绿色指示灯亮，一旦某一台设备启动，该设备的绿色指示灯熄灭，红色指示灯亮。- 该系统最后一台上游设备启动成功之后，“系统”红色指示灯亮，启动预报电铃停止。一旦“系统”红色指示灯亮，说明该系统已经顺利地启动了。所有的系统都以这种方法启动，一旦所有的控制系统都顺利地启动，全厂正常的生产过程就开始了。 D 事故报警生产设备设有轻事故报警及重事故报警。轻事故报警只提示设备的事故状态，只是操作人

18、员对设备进行必要的维护。如皮带机轻跑偏等生产设备可继续保持工作状态。重事故报警是对生产设备的必要保护。如皮带机重跑偏及打滑等重事故，引起设备按电气联锁方向联锁停车。E系统顺序停车这个操作由来自监控站的“系统顺序停车”命令来执行。这是一个正常的设备停车过程。在这种方式下，所有设备都正常停车，即除了烧结机和环冷机以外，所有设备都不带料。不过在这种方式中，所有设备都是按照与启动顺序相反的顺序停车的。任意一台下游设备与其上游设备的停车时间间隔都是根据其上游设备完全卸空所需的时间来确定的。当监控站上系统停车命令发出后，将发生下列动作：- 系统停车命令发出后，第一台上游设备立即停车。- 然后下一台设备必须

19、在足以使上一台设备卸空物料的时间间隔后停车 。- 一台设备一旦停车，其监控站上的“停车”指示灯变为稳绿 。- 这个过程一直重复到该系统最后一台下游设备停车。- 一旦该系统最后一台下游设备停车，监控站上的“系统”指示灯熄灭。一旦“系统” 指示灯熄灭，说明该系统的停车已经成功地进行完毕，其它系统的停车或该系统的维修工作可以开始了。F 系统紧急停车这个操作在任意一个或几个预先规定的紧急条件出现时执行。当这种条件出现时，该系统将立即停车。以下是紧急停车操作动作的条件：- 来自监控站上的“紧急停车”命令给出。- 该系统任意一台设备过负荷引起过负荷继电器动作，或检测到过电流信号。- 该系统任意一台设备的主

20、电源或控制电源故障。- 该系统任意一台设备的安全开关动作。- 该系统任意一台设备就地操作箱选择开关选择就“地位”。- 皮带机的任意一个保护开关动作。- 某些设备的其它异常，这种异常可能严重影响该设备或该系统正常运行。这些异常将在每个单个设备的有关章节详细说明 。在以上这些条件中，除第一条外，其它条件均使上游设备紧急停车。 如果发出“系统紧急停车”命令，将发生以下动作：- 监控站上的“系统”指示灯熄灭- 该系统的所有设备将立即停车，监控站上这些设备的红色指示灯将熄灭，绿色指示灯亮- 将生成必要的报警，这些报警将在后面的章节中说明一旦发出这个命令导致系统终止运行，该系统则不能再自动按顺序启动，除非

21、所有引起异常的故障已经处理完毕。2.2烧结仪表控制部分过程控制是对产品生产的全过程进行控制。它是生产企业提高产品质量，降低生产成本的根本保证。实现过程控制，就是要对烧结生产的全过程进行监控，随时调整生产状况，控制必要的生产环节，使产品生产始终处于最佳状态。它主要具有以下几种功能： 数据采集及处理； 重要参数趋势曲线; 动态模拟图形监控画面; 生产过程参数报警、记录； 重要生产设备事故报警、记录; PID 自动调节; 控制系统异常状态自诊断及报警显示; 具有安全系统,防止非工作人员进入.主要是对工艺生产中的主要工序和流程采用自动控制和对生产过程中的主要工艺参数进行检测或报警，对各种物料、产品、能

22、源进行计量和累计。A 燃料破碎室的过程检测和控制系统该车间主要是对料位的监控。如：燃料缓冲矿槽料位指示、记录、报警。B 配料室的过程检测和控制系统为保证在配料皮带上所配出的混合料流在生产系统启动（料头）与停止时（料尾）都有相同的配比，要求各给料机严格按物料到达的顺序启停。顺序启动时，要求在料头到达参与配料的那台给料机时，该机才启动。顺序停车时，则要求料尾到达该机时才停车。在出现事故时，要求各给料机同时停车，当事故消除后，各给料机又能同时启动。即自动配料系统应具有顺启、顺停、同停和同启四种工作方式。 配料室设有原矿、熔剂、燃料等矿槽，为满足烧结矿产量和各种原料配比的要求，因此要对各种原料按需要量

23、进行物料配比控制，对各料槽的料位实行监控。具体的检测和控制项目有： 高炉返矿、混匀矿、熔剂、生石灰、燃料、返矿量比例配料的自动控制； 高炉返矿、混匀矿、熔剂、生石灰、燃料、返矿、冷返矿、混合料量的指示、记录、累计； 高炉返矿、混匀矿、熔剂、生石灰、燃料、返矿矿槽料位指示、记录、报警；C 一、二次混合的过程检测和控制系统由配料室来的混合料需经该室的混合机再度两次混合，为保证混合料的湿度满足烧结造块的要求，因此，在此道工序中每次混合都要加一定的水用以控制混合料的水份。混合室检测和控制项目有： 一、二次混合料水份的自动控制； 一、二次混合料的水份指示、记录； 一、二次混合料量的指示、记录、累计； 一

24、、二次混合料添加水量的指示、记录、累计；D烧结室的过程检测和控制系统烧结系统是烧结厂的关键工序，混合料槽中的物料通过圆辊给料机和带自动清扫机的布料溜槽均匀地布到已铺有铺底料的台车上。物料由台车点火炉，保温炉经表面点着，热风保温，进入烧结过程。混合料在此经过高温烧结成高炉所需要的原料。烧结矿的产量和质量受许多因素的影响，烧结系统工艺过程的检测和控制是提高产量、保证质量的必要手段。 具体的控制项目见如下内容： 铺底料矿槽料位的自动控制；该系统主要功能是监视和控制铺底料矿槽料位，根据料位计检测出料位信号LI，控制LS皮带机，保证矿槽既不空又不满。由于有较大的运输滞后，采用常规PID调节很难实现其控制

25、功能， 位式控制。位控信号分三种：LI70%（相对于满量程）,控制输出AO0%。或根据料位高低实行间断控制。 混合料矿槽料位的自动控制；该系统主要功能是监视和控制混合料矿槽料位，根据料位计检测出料位信号LI，改变配料系统的总料量，从而改变给料设备所对应的控制系统的设定值，来保证矿槽既不空又不满。该系统的物料经配料室给料设备、 皮带机、 混合机、 制粒机、 皮带机、梭式布料机等，才输送到混合料矿槽，由于有大的运输滞后（大约十几分钟），采用常规PID调节很难实现其控制功能。 点火炉燃烧温度的自动控制；该系统通过调节煤气和空气的流量，控制点火炉温度并保证其按恒定的比例燃烧。点火炉控制系统是一个串级比

26、例调节系统。点火炉有两个温度检测点，其测量值分别为T1, T2, ，煤气管道流量的测量值为F1，空气管道流量的测量值为F2。首先，算出点火炉 温度 TA的平均 ：TA = （T1+T2）/2将TA与温度设定值TS进行比较，然后由主PID调节器运算后得到煤气流量的设定值。该设定值将分别送到两个子调节器。该信号送到煤气流量调节器之前先经过交叉限幅处理，处理后的信号与煤气流量测量值F1比较，并经过PID运算后，将结果输出到FV。该信号送到空气流量调节器之前先经过交叉限幅处理，处理后的信号乘以空气与煤气的比例系数（在本项目中，K大约为2）作为空气流量调节器的设定值，将其与空气流量测量值F2比较，并经过

27、PID运算后，结果输出到FV-304。交叉限幅的原理描述如下：当点火炉温度 TA低于设定TS时，主PID调节器的输出增加，此时必须先增加空气流量，以防止煤气燃烧不充分。将主PID调节器的输出值与空气流量F2/K进行比较，选择低的值作为煤气流量的设定值。这样，只有当空气流量增加之后煤气流量才能增加。反之，当点火炉温度 TA高于设定TS时，主PID调节器的输出减少，此时必须先减少煤气流量，以防止煤气燃烧不充分。将主PID调节器的输出值与煤气流量进行比较，选择高的的值作为空气流量的设定值。这样，只有当煤气流量减少之后空气流量才能减少。以上过程可以用下图简单表示：TATS COT COT K F2S

28、F2 F2/K F1S TA TS COT F1S F1 F1/K F2S TA 点火炉的平均温度TS 温度设定值COT主调节器的输出 K 空煤比F2S空气流量设定值F2空气流量 测量值F1S煤气流量设定值F1 煤气流量测量值 圆辊给料机、烧结机台车、环冷机台车速度的自动控制; 煤气压力低紧急关断的自动控制;为了点火炉的安全运行，当点火炉的煤气压力或空气压力低于安全压力（1.5kpa）时，要立即切断煤气阀和空气阀。 烧结机大烟道烟气温度的自动控制； 环冷机卸料槽料位的自动控制; 具体的检测项目见如下内容： 铺底料矿槽料位指示、记录、报警； 混合料矿槽料位指示、记录、报警； 带冷机卸料槽料位指示

29、、记录、报警； 点火炉燃烧温度、压力指示、记录； 圆辊给料机速度指示、记录； 辊式布料机速度指示、记录； 烧结机台车速度指示、记录； 带冷机台车速度指示、记录； 煤气压力指示、记录、报警； 烧结机大烟道烟气温度指示、记录、报警； 混合料温度指示、记录； 混合料用蒸汽压力指示、记录、报警； 铺底料量指示、记录； 水冷隔热板冷却水压力指示、记录、报警; 助燃空气压力、流量指示、记录、报警； 煤气流量指示、记录、调节； 风箱温度、压力指示、记录； 烧结机终点温度指示、记录； 烧结机终点位置计算； 单辊破碎机冷却水压力指示、记录、报警; 机尾液压站油压指示、记录、报警； 烧结矿冷却前温度、冷却后温度指

30、示、记录、报警； 烧结机主电机功率指示、记录； 带冷机NO.1风罩内废气温度、压力指示、记录； 带冷机鼓风机出口压力、风量指示、记录； 带冷机鼓风机电机定子温度电机功率、指示、记录、报警； E 机头电除尘、主抽风机室的过程检测和控制系统在台车运行过程中,主抽风机通过风箱、排气管抽风。进入主排气管的烟气分别经过各自的电除尘（ESCS）净化，然后汇合，由烟囱排放。在主排气管内沉降下的粉尘通过双层漏灰阀，汇同台车散落料送至烧结矿灰尘系统。 机头电除尘进口、出口废气压力指示、记录； 主抽风机风量指示、入口温度、出口温度、出口压力记录、累计； 主抽风机状态（轴承温度、轴承震动、轴承位移）温度指示、记录、

31、报警、连锁停机； 主抽风机电机状态（轴承温度、定子温度、轴承震动、轴承位移、功率）指示、记录、报警、连锁停机； 润滑油温度、压力指示、油箱油位记录、报警、连锁； 润滑油站油冷却器冷却水温度、压力指示、记录、报警； 主抽风机电机空气冷却器冷却水温度压力指示、记录、报警；F 筛分、成品系统的过程检测和控制系统 筛分机工作时间指示、记录、累计； 成品矿槽料位指示 、报警； 成品烧结矿量指示、记录、累计。H 配料除尘的过程检测和控制系统 除尘进口、出口废气温度、压力指示 ； 除尘进口、出口废气量指示、记录、累计； 除尘进口、出口废气浓度指示、记录、累计；I 机尾电除尘的过程检测和控制系统 电除尘进口、出口废