40吨转炉项目三电系统技术方案书.docx
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40吨转炉项目三电系统技术方案书
第一篇用户配置需求
第二篇自动化系统配置方案
第三篇变频系统配置方案
第四篇转炉本体部分的主要设备的电气控制叙述
第五篇仪控部分方案
第六篇散装料上料系统电气控制叙述
第七篇合金上料和下料系统电气控制叙述
第八篇一次除尘风机房电气控制叙述
第九篇系统硬件、软件选用水平说明及各部分的配置说明
第一十篇卖方与设计院的分工界限说明
第一十一篇技术资料和提交进度
第一十二篇质量保证、技术规及标准
第一十三篇设备安装调试及双方责任
第一十四篇技术支持、培训及售后服务
附表1：
上位机及软件配置明细表
附表2：
自动化（PLC）配置明细表
附表3：
MCC配置明细表
附图1：
系统配置图
附图2：
倾动原理图
附图3：
氧枪升降原理图
附图4：
主从方案原理图
附图5：
MCC原理图
第一篇用户配置需求
一、工艺概述
40吨氧气顶吹炼钢转炉。
生产工艺主要设备有：
转炉本体、转炉倾动、氧枪升降、氧枪横移系统、活动烟罩、汽化冷却、一次除尘（一文、二文、风机房）和煤气回收系统。
辅助设备有：
散状料上料（从斗地下料仓开始）和散状料下料；合金料上料和合金料下料及钢包车、钢渣车等。
还有相关的吹氧、吹氮、氮封、吹氩、水冷、干烯油润滑、气动系统和电气自动化及仪表系统等。
二、设备的容和围
电气和自动化系统，主要包括上位机、PLC、网络、接口、变频柜、MCC柜、操作台、现场控制箱、UPS电源。
仪表系统的一次检查元件、传感器、变送器、执行器等，招标方已备，不在本段招标围之。
但自动化系统的软件、硬件，要统一考虑仪表系统的容、点数和功能要求。
构成机、电、仪一体化设计。
转炉自动化系统控制围是：
从转炉原材料供应（或添加）开始直到出钢溅渣护炉完成为止，实现炼钢生产全过程的基础自动化和设备控制。
投标单位责任是：
向甲方提供全部电控和自动化成套设备或装置（包括软件），并负责设备设计、系统设计、软件编程、现场调试、技术培训及指导安装。
电气和自动化系统应采用现代技术的基础上，按着实用、安全可靠、节约的原则进行设计。
系统配置方案的原则应能：
1、满足转炉的各种工艺控制要求；
2、实现新一代电、仪一体化，数据通讯网络及人机操作接口一体化；
3、操作监视集中化，采用HMI操作站，人机界面一体化；
4、具有高稳定性、高可靠性及可操作性，便于维护和扩展。
第二篇自动化系统基本配置方案
第一章概述
本方案是按照《炼钢工程40T转炉三电系统》招标书的要求，结合我们3E大量的工程经验做出的。
本方案中的自动化控制系统采用SIEMENS的S7-400PLC系统，采用集中—分布式的网络结构构成满足转炉的全过程的自动化系统，符合现代控制理论要求的标准、开放的控制思想。
方案中自动化系统中设两个S7-400（CPU414-2DP）主站，两个S7-300（CPU315-2DP）主站。
第一个400站下挂5个远程I/O（ET200M）着重于对炉体本体的控制和数据采集，第二个400站下挂4个远程I/O侧重于辅助设施；S7-300主站主要用于散装料和除尘机房的控制。
主控室设操作站（HMI）5台（其中含一台工程师站）、打印机二台，主要用于转炉本体（互为冗余）、散状料下料、汽化冷却、一次除尘和煤气回收的操作和显示。
上料操作室配置1台操作站，用于散装料上料监控。
一次除尘机房配置1台操作站，用于除尘监控。
HMI选用ADVANTANCE工控机。
打印机选用EPSONLQ1600K3
配置中还选用了西门子STEP7V5.2及SIEMENSMPI卡作编程器。
在系统方案的配置方面突出了以下几点：
1充分满足转炉各个系统的过程的工艺控制要求，采用SIEMENS最成熟的、应用最广泛的PLC系统构成容易实施的分布式结构。
具有高性能、高可靠性、容易扩展的特点。
2网络配置方面，考虑到整个系统的一致性和开放性，采用了二层网络结构：
上位机的工业以太网和现场总线的PROFIBUS-DP网。
二级自动化网络为保证其开放性和兼容性采用了功能强大的10M/100M以太网，基础自动化网络为保证其可靠性和实时性采用了最广泛的PROFIBUS-DP网络结构。
配置上考虑了各个系统之间的通讯要求，各个系统之间采用相同的网络协议，数据传输方便可靠，满足将来系统扩展所需的高通讯量的要求。
3元件的选择方面采用了SIEMENS最可靠的、应用最广泛的S7-400和ET200M，具有强大的过程处理模拟量能力以及快速的系统相应能力，同时满足冶金环境的高电磁干扰、粉尘、高温等恶劣的运行环境；各个系统选用的模块型号统一保证互换性。
4自动化系统在配置上充分考虑了与传动系统之间的兼容性，远程站和现场通讯层采用统一的PROFIBUS现场总线，传动装置可以上网控制。
5系统软件选择了基于WINDOWS2000的上位机监控软件和PLC程序开发软件，采用了与硬件完全一致的SIEMENS监控软件WINCC和编程软件STEP-7，支持中文操作模式，通讯处理和数据处理方面完全兼容。
6在系统总体配置上充分考虑了EMS导则的要求。
第二章系统总体配置方案
本方案中按照标书的要求对整个系统进行了配置，包括：
基础自动化系统、二级自动化系统。
总体系统方案的一级自动化（基础自动化）采用了SIEMENS的S7-400PLC系统作为各个系统的控制核心；二级自动化系统采用以西门子工控机为硬件、SIEMENSWINCC和STEP7作为监控软件和编程软件的上位机系统。
第一节：
基础自动化系统总体配置：
按照标书中对基础自动化系统的要求，SIEMENSS7-400系列是最优的选择。
SIEMENS公司最新研制的高性能S7-400PLC是目前在冶金企业中应用最广泛的PLC系统，高速、坚固、通讯能力强，性能优越可靠；全系列化设计，体现全集成的自动化控制思想的特点。
一．S7-400的优势主要体现在：
1．性能全面，运行速度快：
S7-400的各种档次CPU用户根据需求可以获得最佳的控制方案，包括通讯，处理速度、诊断、多重计算等，适合从简单的除尘系统到复杂的连轧系统的不同需要。
2．多方面保证可靠性：
对于S7-400来说，带电插拔输入输出、密封的模块、无风扇的运行是高可靠性的保证。
3．强有力的通讯能力：
S7-400的多种通讯功能充分满足与各级设备之间的通讯兼容性，SIEMENS的PROFIBUS现场总线已经从欧洲标准成为了IEC标准，本方案要求的10M工业级以太网是SIEMENS的标准配置；S7-400的PROFIBUS标准是12M。
同时部集成的DP通讯接口，无须另加通讯模块,可以节约硬件成本。
4．S7-400的现场PROFIBUS总线使项目的投资最优化：
在本方案的配置上我们采用了S7-400+ET200M的总线结构，即主基架和CPU采用S7-400系统，输入、输出模块采用ET200M远程站。
这种结构在结合了S7-400的高速可靠性和ET200M的性能可靠和经济实用性。
是最优的投资方案。
5．丰富的I/O模块：
本方案中的ET200型号为ET200M，其I/O模块从DI/DO到AI/AO，有DC24V、AC220V的输入输出，各种模拟量标准信号（4-20Ma）、电偶、电阻信号模块全系列，兼容性、互换性强。
6．方便直观的编程语言：
SIEMENS的编程软件SIMATIC是面向设计和维护人员的最佳编程工具，不仅有标准的梯形图（LAD）、语句表（STL）还有满足复杂需要的S7-SCL，CFC等高级语言，基于WINDOWS平台的设计，可以使用户在最短的时间掌握。
编程语言中集成了适合我们冶金行业的各种标准功能，这也是我们搞冶金自动化喜欢SIEMENS的原因之一。
7．强有力的技术支持：
SIEMENS是最早进入中国的外资企业，在中国冶金行业的市场占有率高达70%，其技术服务网络遍布全国，有广泛的熟悉SIEMENS产品的技术人员队伍，无论是最终用户还是系统集成商所遇到的技术问题，可以很方便的从各种渠道得到答案。
8．性能价格比高：
遍布全国的SIEMENS自动化销售商和透明的价格体系，使用户用最便宜的价格得到高性能产品。
二．PLC系统的具体配置：
根据标书中对PLC硬件的要求和生产工艺的具体要求和3E公司的工程经验，方案中PLC系统模块的选择分成了两部分：
1．主基架和CPU：
主基架和CPU是PLC系统的核心，担负运算，数据处理和通讯的任务，在选型上主要考虑以下几点：
●CPU的运行速度
●DI/DO和AI/AO通道的I/O映像区的容量
●过程调节的闭环回路数
●通讯处理的数据量以及与上位机通讯的回路数量
●部计数器、定时器、程序块的数量
●部程序工作存的容量等
根据工艺要求结合我们在相同工程上的应用实践，转炉系统中单台PLC的点数一般不超过1000点，在充分满足上述要求的同时，考虑到系统的经济实用，我们在本方案中采用的CPU型号为：
S7414-2DP技术规格如下：
●执行速度：
0.1μS/步
●I/O映像：
数字量：
32768；模拟量2048
●RAM：
384K
●通讯：
支持全局数据通讯、32通道IP地址、PROFIBUS现场总线速率12MBPS。
主基架其他配置：
主基架：
6ES7400-1JA01-0AA09槽
电源模块：
6ES7407-0DA00-0AA04A
通讯模块：
6GK1443-1EX11-0XE0TCP/IP和ISO协议
2．本方案中所有I/O模块都挂在ET200M远程站上，模块采集的数据通过PROFIBUS-DP总线传给S7-400主机架，主机架上只配置特殊模块。
这样有很大优点：
●结构简单、节约成本：
本方案中的ET200型号为ET200M，其I/O模块性能完全可靠。
●维护方便：
更换ET200站上的模块时，只需将该站的电源关掉，而不影响主机架上CPU的运行。
●型号统一，备件便于管理：
ET200M的模块都是通用的。
●我们在所有使用S7-400的项目中都是采用这种配置，实践证明是可靠的。
●这也是SIEMENS最先进的S7-400系统的标准配置。
本方案中模块选用在满足标书要求的基础上，充分考虑通用、互换、可靠、经济的原则，具体选型如下：
数字量输入模块：
6ES7321-1BL00-0AA0
数字量输出模块：
6ES7322-1BL00-0AA0
模拟量输入模块：
6ES7331-7KF02-0AB08通道通用型
模拟量输入模块：
6ES7331-7PF00-0AB08通道Pt电阻型
模拟量输出模块：
6ES7332-5HD01-0AB04通道通用型
3．ET200M其他配置：
导轨：
6ES7390-1AF30-0AA0530mm
电源模块：
6ES7307-1BA01-0AA0AC220V/DC24V
IM153接口模块：
6ES7153-1AA02-0XE0
总线连接器：
6ES7972-0BA11-0XA0
第二节二级自动化配置
由工业计算机、打印机和相关的监控软件组成的二级计算机是完成操作者对现场设备进行操作、控制、监视的人机对话接口，是本系统的重要组成部分。
操作站配有工控机PIV2.0GCPU、256M存、80G硬盘，置3COM网卡与西门子软件以实现网络通信，18’’TFT显示器等。
监控软件为WinCC软件。
一．二级自动化系统具备的功能：
1．显示工艺过程模拟动态画面，显示过程控制状态、检测信息等。
2．故障报警，显示打印及辅助诊断。
3．仪表测量值、过程数据的趋势曲线（重要参数记录72小时）记录及显示打印。
4．重要的历史数据的记录储存、归档、查询。
5．生产过程参数的计算、设定；生产设备的启/停控制。
6．PLC系统的编程、动态仿真调试功能等。
二．二级自动化系统具有如下的性能：
1．运行稳定可靠。
2．系统具有广泛的开放性、包括VB、VC、C++等编程功能。
3．与下位机及其他自动化系统的兼容性，开放的数据库和可开发性
4．用户友好的界面，组态编程简单易学。
等等
为完成上述功能，满足标书的要求我们的方案中二级自动化系统由西门子工控机和SIEMENS公司的画面监控软件WINCC组成。
本方案中选用的WINCC系统是SIEMENS公司与微软公司共同开发的新一代采用32位软件开发技术开发的工业监控软件。
本方案我们选用WINCC的最新版本V5.2，在最优秀的HMI画面软件中是功能最强大的：
●采用现实最先进的软件开发技术、延长软件的生命周期、保护您的投资
●支持流行的客户/服务器的体系结构和INTERNET/INTRANET的浏览器技术
●置的ODBC/SQL数据库，方便的将生产数据集成到用户的企业管理系统中
●功能强大的标准接口（例如：
OLE、ActiveX和OPC），方便的连接第三方软件
●开放的应用程序接口API，WINCC中的数据和系统功能全面开放
●含SIMATIC通讯接口，与其他制造商的控制设备的通讯以可选软件的方式提供
●体现SIMATIC全集成的自动化的概念，与PLC软件STEP7紧密结合，缩短项目开发周期
●通过WINCC技术服务中心和WINCC专业技术人员您可以得到更多的帮助
●基于WINDOWS的全中文显示的组态可以使工程人员在最短的实践掌握最多的实用技巧；操作工操作可以不用懂英文。
基于Microsoft的Windows操作系统的SIMATICWinCC可以是单用户或多用户系统，又WinCC构成的用户系统中的操作员站在运行过程中能够自动协调（例如对于报警确认）。
具有如下功能：
●图形设计器；用于用户可组态的可视化和运行。
●报警登录；按DIN19235标准和规定，采集和归档事件，以及处理配方。
●标志登录；能够实现对测量数据的压缩和文件编制。
●报告设计器；能够实现以用户规定的方式进行时间和事件控制的项目文件编制。
●全局脚本；为用户打开系统，并能够实现为对象配置动作。
●经过DLL通道（与产品一起供应式或任选）的开放式的通讯功能，WinCC数据管理器和相应的通讯驱动器之间的接口。
每个DLL通道也包含控制和通讯系统专用的接口配置，用来定义需要可视化、处理和记录的过程变量。
又由于能够在线组态，因而可在测试和起动过程中方便的进行改动。
第三节自动化网络的配置：
自动化系统中一级自动化与二级计算机之间、一级自动化相互之间的数据传输都要依靠网络手段完成，根据标书的要求，自动化系统要求具有基本的两条网络结构：
工业以太网TCP/IP10/100Mbit/s
现场工业总线PROFIBUS-DP最大12Mbit/s
1．上位机二级网络方案和特点：
整个控制系统是以PLC为核心完成各个单体设备的控制，单体设备的控制系统由设备成套商，根据工艺要求随设备成套。
对于整个控制系统来说需要将这些单体设备通过二级网络连成一个统一的系统集中管理和监控，这体现了现代控制理论的集中管理，分布控制的原则。
同时，生产和工艺也要求二级自动化系统具有这种功能。
我们考虑二级自动化网络应具备：
实时性、快速性、兼容性、高度的可靠性以及与生产特点相关的抗干扰性等等。
因此，我们采用西门子的工业以太网作为本系统的二级自动化网络，实现上位机与PLC之间的通讯。
为保证数据通讯的可靠减少网络结构的复杂性，二级网络提供与各单体PLC的终端接口，将所有单体设备上的PLC都挂在以太网上。
这样，在一条网络上能够访问所有PLC的数据，同时，各单体设备之间的连锁和数据传递可以不必通过硬件连线，就能完成实时的数据通讯。
在网络的任何一台上位机上都能对任何一台单体设备的运行工艺进行监控。
这一点既充分发挥了网络通讯的优势（所有模拟信号都是以数字方式传递，高速、可靠）又能大大节约硬件投资和相关的施工费用。
1.1网络的配置：
本方案综合考虑了系统的可靠性和性能价格比，采用了工业双绞线和光缆混合连接配置（具体配置组态请参看图1和选型方案。
）：
1.2方案特点:
本方案的工业以太网采用工业双绞线和光缆混合连接。
传输速度为100M/10M。
工业双绞线ITP标准电缆是四芯,2×2绞合在一起,每对套在塑料膜,并用两层塑料包覆的铝箔屏蔽,外部围绕一层由镀锡铜线编织成的屏蔽层,最外面是塑料（PVC）护套。
因而具有如下优点:
·无干扰的数据传输
·标准化的接地方案
·可用于10M位/秒和100M位/秒,从而可靠地保护投资
·成本低,容易安装
·性能超越ISO/IEC11801和EN50173国际电缆接线标准类型5的规定
由于车间的干扰源比较多,所以采用本方案能够更好的解决这些干扰源对通讯和数据传送的干扰。
2、现场工业总线方案和特点：
方案中选用SIEMENS的PROFIBUS-DP构成现场工业总线：
最彻底和最完善的分布式系统是开放的现场总线，PORFIBUS-DP已形成自动化世界围的标准，因为它能满足工业控制的一切要求，它符合DIN19245和EN50170标准（前者是德国标准，后者是欧洲标准），对SIEMENS和多达240个生产商的现场设备开放，因而用户有充分的选择余地。
PROFIBUS-DP允许的距离可达23KM，能容纳的节点多达125个，它相应快，工作可靠，此外，不仅每个单独的节点均能作为发送信息，且任一个网点如出现故障，所有节点能正常工作，不受影响。
关于本地信号的连接，ET200分布式I/O站是最佳的选择，采用的ET200分布式I/O能节省时间和导线，从而大幅度节省安装费用，分布参数给分布式I/O系统和I/O系统完全相同，只需通过总线的任何点访问整个，这会节约启动和服务的费用。
基础自动化级的网络采用PROFIBUS-DP构成分布式现场总线，现场信号通过现场的ET200M远程站进行数据采集，通过DP网传给S7-400主站。
这种方式的优点如下：
●本网络具有很高的可靠性:
在该系统中，PLC主机与上位机之间，PLC主机与ET200之间的数据传递和数据交换都是在网络上完成，是以数字方式进行的，其抗干扰性，实时性都非常出色。
在我们完成的十几个类似项目中都直接或间接产生了明显的经济效果。
●减少中间环节,方便直接:
每台CPU挂的L2-DP网能直接深入到现场控制点，通过网线可直接连接传感器、变送器，一次仪表以及交直流传动装置，还可以通过它的分布式I/O—ET200，对现场元件进行数据采集和控制。
●维护方便,降低施工费用:
用通讯的方式替代原来的点对点连接，原来复杂的接线被简单的屏蔽双绞线所取代。
大大提高运行可靠性，降低安装、维护费用。
据我们统计，采用网络方式，可减少3/4的电缆数量。
同时由于接线减少，故障点随之大大减少。
●采用通讯方式可减少信号衰减。
由于信号在网络上是以数字形式传递的，所以衰减较小、抗干扰能力较强。
●模块化结构，易于维修更换，备品备件通用。
●本网络结构是主机采用S7-400+ET200M（I/O模块），综合了S7-400和ET200M的优点：
S7-400系列属于比较高端的产品，CPU的性能很高，而ET200M上的I/O系列的模块稳定、可靠。
所以本项目的配置方案将S7-400CPU的高性能与ET200M的可靠性结合在了一起，这样使整个方案具有最高的性能价格比。
好像给一个聪明的人又配上了发达的四肢。
PROFIBUS-DP总线技术规格
SINECL2是西门子公司基于DIN19245Part1~3开发的中低速工业通讯网络，它的优点是具有广泛开放性及遵从DIN19245的多协议功能，可连接任何遵守此标准的任何一种产品。
PART1：
以ISOREFERENCEMODEL的层1和层2的总线物理特性和传输方法作为标准。
PART2：
使用ISO第七层作为用户协议和FMS用户接口协议。
PART3：
还是基于第七层的分布式I/OS的协议。
SINEC网上主要的数据协议框架为L2-FMS、L2-DP、S7-PROTOCOL等，它们的主要区别是包含不同的网络通讯协议即使用ISO的不同的通讯层。
●FMS（fieldsmessagespecification）：
是遵从PART2的通用通讯任务接口，主要工作在ISOreferencemodel的7b层。
●DP（distributedI/OS）：
遵从DIN19245-PART3标准，用于分布式I/OS的通讯，主要工作于7b层。
●S7-protocol：
可工作于5、6、7a、7b层，用于S7设备之间的数据传输，PG功能，以便应用程序的监控等，MPI网使用它做为全局数据通讯协议。
●FDL（fieldbusdatalink）：
工作于第一层和第七层的通讯协议结构，主要用于S7PLC之间和S5PLC与S7PLC之间的通讯。
PROFIBUS-L2的部分性能参数
传输速率：
9.6~12Mbit/S。
最多可连接站点：
使用总线，端终和总线连接器可连接32个站点，当通过中继器时最多可连接125个站点。
传输距离：
200m/15Mbit/s~1200m/187.5Kbit/s（工业双绞屏蔽线）
传输介质：
可选用屏蔽双绞线。
第三篇变频传动系统基本配置方案
一．转炉系统主传动的工艺概况及要求：
1．转炉传动的工艺要求及控制要素
1）转炉传动主要由三大部分组成，第一部分是炉体的倾动控制，第二部分是氧枪的控制，第三部分是辅助传动即上料及配料系统的控制。
三大部分的传动装置均采用ABB变频调速控制系统。
2）转炉体倾动的传动部分是由四台变频电机通过减速机与炉体连成一体，四台电机由四台变频器单独驱动，传动控制方式主、从控制方案，即规定某一台电机为主传动，其余三台电机为从传动。
3）主传动的控制方案是速度闭环系统，通过主给定的速度与电机编码器的反馈的实际速度形成速度闭环系统。
从传动的控制方式是电流闭环系统，即主传动的速度调节器的输出作为从传动的电流给定，从传动通过电流闭环以到达电机负荷平衡的目的。
4）当主传动变频器或电机发生故障时指定一台从传动变频器及电机为新的主传动变频器及电机，建立起新的主、从控制方案即用三台变频器及电机摇炉（一主二从）。
而当某一台从传动变频器或电机发生故障时，剩余二台从传动变频器及电机和原来的主传动变频器及电机仍可组成主、从控制方案，即用三台变频器及电机摇炉（一主二从）。
以上两种情况下应限制负载运行的转速，否则易造成电机及变频器过负荷运行。
关于切换问题后面有更详细的介绍。
5）转炉的倾动过程是一个四象限运动过程，存在电动状态与发电制动状态。
因此所选用的交-直-交电压型变频器必须配置足够大的制动单元及制动电阻，否则在发电制动状态时易引起变频器直流侧电压过高，造成变频器故障。
2．氧枪传动的工艺要求及控制要素
1）氧枪的负载特性是一典型的位能性负载，工作过程是一个四象限运动过程，也同样存在电动状态与发电制动状态，也需要配接是够大的制动单元及制动电阻。
否则在发电制动状态时易引起变频器直流侧电压过高，造成变频器故障。
2）氧枪传动的控制方案是速度闭环系统，通过主给定的速度与电机编码器的反馈的实际速度形成速度闭环系统。
3）氧枪传动的控制方案是一用一备方案，其切换及抱闸控制均由PLC控制完成。
3．辅助传动的工艺要求及控制要素
转炉的辅助传动如上料、配料、加料系统的控制为一般的变频调速传动，通常为恒转矩负载，对变频器无特殊要求，采用无测速机控制方案即可。
二、主要设备选用变频器的简要介绍
1．变频器的特点
1）可实现有
升级会员 