基于PLC的转炉除尘控制系统.docx

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基于PLC的转炉除尘控制系统

基于PLC的转炉除尘

控制系统设计

毕业设计说明书（论文）中文摘要

本文介绍了转炉除尘的基本工艺和流程，并设计了基于PLC的清灰、输灰控制系统。

首先分析烟气除尘的要求和工艺，了解国际技术现状，确定了设计方案。

采用西门子S7-300PLC与WINCC作为整个控制系统的核心控制设备。

根据实际生产和工艺要求，完成了整个控制系统的硬件组态、输入输出点分配、PLC程序编写以及监控界面设计。

最后根据控制要求设计自动运行、手动以及换模三种状态的PLC程序，并联合WINCC仿真调试，基本实现了转炉烟气除尘的功能，完成了任务书上的设计要求。

关键词除尘，清灰，输灰，PLC，WINCC

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleTheDesignoftheControlSystemforConverterdedusting

BasedonPLC

Abstract

Thispaperintroducesthebasicprocessandprocessofconverterdedusting,anddesignsthecontrolsystembasedonPLC.Firstly,therequirementsandprocessoffluegasdedustingwereanalyzed,andthedesignschemewasdetermined.AdoptSiemenss7-300plcandWINCCasthecorecontrolequipmentofthewholecontrolsystem.Accordingtotheactualproductionandprocessrequirements,thehardwareconfiguration,inputandoutputpointdistribution,PLCprogrammingandmonitoringinterfacedesignofthewholecontrolsystemarecompleted.Accordingtothecontrolrequirementsdesignautomaticoperation,manualandPLCprogramthreestatesofthemould,andjointWINCCsimulationdebugging,basicallyachievedthefunctionofthededustingofconverterfluegas,completedthetaskdesignrequirementsofthebook.

Keywordsdustremoval,dustcleaning,dusttransport,plc,wincc

1引言

1．1课题来源与课题意义

自21世纪以来，钢铁冶金行业发展飞速。

钢铁冶炼的同时会产生大量高温烟气，包含大量有毒气体和粉尘等物质，如果不加处理直接通过烟囱排放到空气中，那不仅会对大气环境造成不可逆的影响，对我们人类自身也会产生很大的危害。

然而转炉烟气也并非完全有害，因为它的成分中含有热值很好的燃料一氧化碳气体，和大量烧结很好的原材料氧化铁，若处理得当并加以利用，不仅实现了废物利用，也对环境减少了污染，对我们的生活也降低了危害，能起到一举多得的良好作用。

因此在转炉烟气净化回收过程中，转炉烟气处理技术已经受到企业和社会的重视，并有十分广泛的应用。

转炉冶炼和煤气回收进程会受到转炉除尘控制系统是否良好运行的影响。

因此，为降低污染、提高废气废渣利用率，一套安全可靠、经济环保高效率的除尘控制系统的研究将起到至关重要[5]的作用。

1．2转炉除尘技术的国内外发展状况简介与方法选择

目前主要有两种对转炉烟气净化的方法来对烟气进行处理，分别是湿法除尘技术（OG法），和干法除尘技术（LT法）。

湿法除尘最早起源于日本，凭借技术和成本优势，这种转炉烟气净化方法很快被国内外的各大钢铁生产厂商所应用，但是这类方法在实际应用过程中存在诸多缺陷，如需要消耗大量的水对高温烟气进行冷却，同时可能存在二次污染等，难以达到预期的环境之效果，造成严重的环境污染以及能源浪费。

随着冶金技术的逐渐发展和成熟，这种烟气净化方式在一定程度上很难满足企业对于环保和污染治理成本控制的需求，因此在传统的转炉烟气净化方法的基础上提出了干法除尘技术，在提升除尘效率的同时，也在一定程度上降低了除尘过程中能源的消耗，同时也降低了烟气排放，烟气也更易回收利用，这些优势得到全球众多企业的认可。

干法除尘技术至今已有四十多年的应用历史，我国最早于上世纪八十年代初期在宝钢首次引进了干法除尘技术，在国家提出十一五刮花之后，烟气除尘净化和回收利用也逐渐成为各大钢铁企业的重点研究对象，为了达到节能减排作用，我国重点贵广了干法除尘技术。

目前为止，欧洲十多个国家都已广泛使用干法除尘技术，转炉工艺的进步以及设备的发展在很大程度上提升了国内外干法除尘的水平。

从除尘技术的综合效果层面来看，干法除尘工艺具有较高的装机容量，同时在能源消耗在普遍低于其他除湿除尘方法，可以满足很多钢铁企业的生产需求[12]。

随着人们环保意识的不断增强以及国家对企业排放控制要求越来越严格，干法除尘技术已被钢铁企业所普遍应用，干法除尘技术已经被业内专家学者认为是今后转炉烟气净化技术的重要发展方向。

本次设计采用干法除尘技术，结合利用PLC技术易于编程、模块化组装、安全可靠的特点作为转炉除尘控制系统的控制中心，实现与设备之间的通讯，对转炉烟气进行除尘清灰工序，保证系统运行的安全可靠性，达到废气废渣利用、节能环保的期望。

1．3预期结果

本次设计能够完成基于PLC的转炉烟气除尘控制系统的设计，完成PLC硬件组态、输入/输出分配、梯形图编写以及联合WINCC的调试。

由此可设计出满足企业生产需求的控制系统。

2转炉除尘系统概述

2．1除尘工艺说明

2.1.1除尘工艺流程

转炉除尘系统采用排烟罩，在转炉盖处收集气体，同时设封闭罩在上料和投料系统产生尘点时完成除尘方式的布置，含尘烟气会通过烟气收集管道进入除尘设备中，并在除尘器中通过除尘工序后排到空气之中，其排放高度为30m，按照排放标准可知含尘浓度需低于35mg/Nm3。

风机可通过液力耦合器来实现调试，达到节能目的。

袋式除尘器将采集到的粉尘通过输送机和提升机将收集好的尘土运送储存处进行统一处理，再通过使用真空吸尘车，达到一同回收并处理的目的。

如下图是工艺流程图。

图1转炉烟气除尘系统的工艺流程图

2.1.2除尘系统组成

转炉除尘系统由加热、封闭罩、烟气调节阀、烟气管道以及补偿器等多个部分构成。

2．2设备简介

2.2.1袋式除尘器

在风机负压端为袋式除尘器。

其结构为下侧进风，上侧排风的外滤式，并且本系统中的6个滤袋室相互分隔。

滤袋室清灰时，通过差压或定时的方法控制装置，来开启或关闭脉冲阀，粉尘通过喷吹滤袋的方法落入灰斗中，运送粉尘至储灰仓需要通过旋转卸灰阀、通过输灰装置。

将净化之后的空气通过排风口排入管道，最终将达到国家标准和行业规定的净化空气排入大气之中，实现污染治理。

脉冲袋式除尘器清灰控制系统由清灰系统、运输系统给以及储灰仓排灰系统组成。

2.2.2除尘风机

转炉除尘风机机包含调节阀、风机、电动机以及润滑系统等组成；

风机入口调节阀由执行器驱动，操作装置以及相应的指示装置均安装在仪表柜上，操作地点为电气室，在风机启动之前，调节阀处于常闭状态。

在风机启动之后，在延时一段时间后将调节阀打开到制定位置。

风机停止后，入口调节阀将延时关闭。

风机高压电动机为机旁和除尘电气室两种控制方法，当时后者只能实现停机操作，不能启动。

2.2.3各除尘工位除尘阀门和混风阀

除尘阀门2种方式控制，分别为手动控制方式和自动控制方式，手动控制方式指的是在HMI画面上通过手动操作来实现阀门的控制。

而自动控制方式则是通过上料系统发出的信号来实现自动开启和关闭，小车在延时一段时间后自动关闭。

混风阀控制：

若除尘器入口温度过高，则系统在采集到温度信息后将混风阀打开，直到设备的温度降低后才会自动关闭。

2．3控制设备选择

S7-300PLC具有紧凑、强大、灵活的设计，视配置而定。

这些特性的结合能够解决各种控制应用所产生的问题。

与此同时，S7-300PLC的基本编程软件为PLC和简化HMI配置提供了S7-300PLC的方便用户和综合工程框架，因此S7-300PLC被选定为转炉除尘控制系统的控制设备。

另外，便捷的通信调试和编程，简单的设计和稳定的性能是S7-300PLC的优点。

2．4设计内容与步骤

1）分析转炉烟气除尘与清灰输灰工艺过程的特点、控制要求；

2）通过选择合适的控制设备，完成输入和输出的分配，并通过PLC完成硬件配置；

3）设计转炉烟气除尘控制系统的电气线路图和系统输入输出图；

4）设计转炉烟气除尘控制系统的PLC程序，实现除尘、清灰与输灰功能；

5）设计wincc监控画面和必要的程序；

6）软硬件联调，通过仿真调试排错。

3系统设计

3．1系统概述

转炉除尘控制采用西门子S7-300系列PLC，利用step7V5.5来完成编程，上位HMI采用WinCC7.0来进行组态。

3.1.1S7-300系统简介

SIMATICPLC是一个性价比相对较高的PLC系统，由德国西门子公司推出，适合自动化工程应用，特别适用于制造工艺的生产应用。

PLC的S7系列不仅具有模块化、无排风扇，除此之外其使用和编程方式也易于被用户所掌握，因此也是当前应用最为更广泛的控制产品。

S7-300提供的各种CPU和丰富的I/O扩展模块，其性能还在不断提高，也是更加方便。

各种功能模块都能很好地满足自动控制任务。

用户可按照自身实际需求选择相应的应用模块，当控制任务较为复杂时，可通过添加模块来实现功能扩展，系统灵活方便。

3.1.2HMI组态软件WinCC简介

WinCC是Siemens公司所开发的组态软件，基于Windows控制中心运行，已发展成为业界遵循的标准，中文适用，是一款专为工业而生的组态软件，在工厂实际应用中极大的提升了生产效率。

其优点为：

应用程序具有通用性，且满足用户的操作习惯，所有的工业领域都适用，可使用全球多种语言；内置了所有的操作和管理功能；进行的组态既简单又有效。

相应的PLC硬件组态如图2所示。

图2转炉除尘系统模块组态

扩展模块如图3所示。

图3扩展模块

3．2系统I/0点号表

通过对清灰、输灰工艺流程的分析，最终确定转炉烟气除尘控制系统的输入117个点，输出97个点。

I/0分配见表1。

表1转炉除尘控制系统I/O地址分配

数字量输入地址

数据类型

注释

I0.0

BOOl

MCC盘NO.1进线故障

I0.1

BOOl

MCC盘NO.2进线故障

I0.2

BOOl

MCC盘控制电源正常

I1.0

BOOl

贮灰仓H料位开关

I1.1

BOOl

贮灰仓HH料位开关

I1.2

BOOl

斗提机断链检测接近开关

I1.3

BOOl

刮板机断链检测接近开关

I1.4

BOOl

压缩空气压力检测电接点压力表

I2.0

BOOl

选择现场操作

I2.1

BOOl

选择中央操作

I2.2

BOOl

清灰启动按钮

I2.3

BOOl

清灰停止按钮

I2.4

BOOl

隔离阀开启按钮

I2.5

BOOl

隔离阀关闭按钮

I2.6

BOOl

试灯按钮

I3.4

BOOl

仓号选择指轮开关8

I3.5

BOOl

仓号选择指轮开关4

I3.6

BOOl

仓号选择指轮开关2

I3.7

BOOl

仓号选择指轮开关1

I4.0

BOOl

启动卸灰阀

I4.1

BOOl

停止卸灰阀

I4.2

BOOl

启动振动器

I4.3

BOOl

停止振动器

I4.4

BOOl

试验灯光

I5.0

BOOl

选择现场

I5.1

BOOl

选择中央

I5.2

BOOl

启动斗式提升机

I5.3

BOOl

停止斗式提升机

I5.4

BOOl

启动刮板机

I5.5

BOOl

停止刮板机

I5.6

BOOl

试验灯光2

I6.0

BOOl

启动1号卸灰阀

I6.1

BOOl

停止1号卸灰阀

I6.2

BOOl

启动2号卸灰阀

I6.3

BOOl

停止2号卸灰阀

I6.4

BOOl

启动3号卸灰阀

I6.5

BOOl

停止3号卸灰阀

I6.6

BOOl

试验灯光3

I7.2

BOOl

选择现场1

I7.3

BOOl

选择中央2

I7.4

BOOl

加热器启动

I7.5

BOOl

加热器停止

I7.6

BOOl

试验灯光4

I8.0

BOOl

M1斗提机电源正常

I8.1

BOOl

M1斗提机电机运转

I8.2

BOOl

M1斗提机电源故障

I8.3

BOOl

M1斗提机电源接地

I8.4

BOOl

M2刮板机电源正常

I8.5

BOOl

M2刮板机电机运转

I8.6

BOOl

M2刮板机电源故障

I8.7

BOOl

M2刮板机电源接地

I9.0

BOOl

M3卸灰阀电源正常

I9.1

BOOl

M3卸灰阀电机运转

I9.2

BOOl

M3卸灰阀电源故障

I9.3

BOOl

M3卸灰阀电源接地

I9.4

BOOl

M4振打器电源正常

I9.5

BOOl

M4振打器电机运转

I9.6

BOOl

M4振打器电源故障

I9.7

BOOl

M4振打器电源接地

I10.0

BOOl

M5卸灰阀电源正常

I10.1

BOOl

M5卸灰阀电机运转

I10.2

BOOl

M5卸灰阀电源故障

I10.3

BOOl

M5卸灰阀电源接地

I10.4

BOOl

M6卸灰阀电源正常

I10.5

BOOl

M6卸灰阀电机运转

I10.6

BOOl

M6卸灰阀电源故障

I10.7

BOOl

M6卸灰阀电源接地

I12.0

BOOl

主电机加热器电源正常

I12.1

BOOl

主电机加热器电机运转

I12.2

BOOl

主电机加热器电源故障

I12.3

BOOl

主电机加热器电源接地

I12.4

BOOl

主电动机高压柜：

保护装置动作

I12.5

BOOl

主电动机高压柜：

合闸

I12.6

BOOl

主电动机高压柜：

允许远方合闸

I12.7

BOOl

主电动机高压柜：

选择远方控制

I13.4

BOOl

NO.1灰斗料位计

I13.5

BOOl

NO.2灰斗料位计

I13.6

BOOl

NO.3灰斗料位计

I14.0

BOOl

混风阀准备好

I14.1

BOOl

混风阀正转运行

I14.2

BOOl

混风阀反转运行

I14.3

BOOl

混风阀故障

I14.4

BOOl

混风阀阀开过扭矩

I14.5

BOOl

混风阀阀关过扭矩

I14.6

BOOl

混风阀阀开限位

I14.7

BOOl

混风阀阀关限位

I15.0

BOOl

混风阀选择现场操作

I15.1

BOOl

混风阀选择中央操作

I15.2

BOOl

混风阀开启按钮

I15.3

BOOl

混风阀关闭按钮

I15.4

BOOl

混风阀停止按钮

I15.5

BOOl

混风阀试灯按钮

I16.0

BOOl

GV1隔离阀开启（限位开关）

I16.1

BOOl

GV1隔离阀关闭（限位开关）

I16.2

BOOl

GV2隔离阀开启（限位开关）

I16.3

BOOl

GV2隔离阀关闭（限位开关）

I16.4

BOOl

GV3隔离阀开启（限位开关）

I16.5

BOOl

GV3隔离阀关闭（限位开关）

I16.6

BOOl

GV4隔离阀开启（限位开关）

I16.7

BOOl

GV4隔离阀关闭（限位开关）

I17.0

BOOl

GV5隔离阀开启（限位开关）

I17.1

BOOl

GV5隔离阀关闭（限位开关）

I17.2

BOOl

GV6隔离阀开启（限位开关）

I17.3

BOOl

GV6隔离阀关闭（限位开关）

I18.0

BOOl

1号润滑油泵工作

I18.1

BOOl

2号润滑油泵工作

I18.2

BOOl

润滑油泵故障信号

I18.3

BOOl

1号工作油泵工作

I18.4

BOOl

2号工作油泵工作

I18.5

BOOl

工作油泵故障信号

I18.6

BOOl

高位油箱液位正常

I18.7

BOOl

耦合器选择自动

I19.0

BOOl

入口阀选择自动

I19.1

BOOl

润滑油冷却正常

I19.2

BOOl

工作油冷却水正常

I19.3

BOOl

电动机冷却水正常

I19.4

BOOl

电控柜失压信号

数字量输出地址

数据类型

注释

Q0.0

BOOl

1V1脉冲阀动作指令

Q0.1

BOOl

1V2脉冲阀动作指令

Q0.2

BOOl

1V3脉冲阀动作指令

Q0.3

BOOl

1V4脉冲阀动作指令

Q0.4

BOOl

1V5脉冲阀动作指令

Q0.5

BOOl

1V6脉冲阀动作指令

Q0.6

BOOl

1V7脉冲阀动作指令

Q0.7

BOOl

1V8脉冲阀动作指令

Q1.0

BOOl

1V9脉冲阀动作指令

Q1.1

BOOl

1V10脉冲阀动作指令

Q3.0

BOOl

2V1脉冲阀动作指令

Q3.1

BOOl

2V2脉冲阀动作指令

Q3.2

BOOl

2V3脉冲阀动作指令

Q3.3

BOOl

2V4脉冲阀动作指令

Q3.4

BOOl

2V5脉冲阀动作指令

Q3.5

BOOl

2V6脉冲阀动作指令

Q3.6

BOOl

2V7脉冲阀动作指令

Q3.7

BOOl

2V8脉冲阀动作指令

Q4.0

BOOl

2V9脉冲阀动作指令

Q4.1

BOOl

2V10脉冲阀动作指令

Q6.0

BOOl

3V1脉冲阀动作指令

Q6.1

BOOl

3V2脉冲阀动作指令

Q6.2

BOOl

3V3脉冲阀动作指令

Q6.3

BOOl

3V4脉冲阀动作指令

Q6.4

BOOl

3V5脉冲阀动作指令

Q6.5

BOOl

3V6脉冲阀动作指令

Q6.6

BOOl

3V7脉冲阀动作指令

Q6.7

BOOl

3V8脉冲阀动作指令

Q7.0

BOOl

3V9脉冲阀动作指令

Q7.1

BOOl

3V10脉冲阀动作指令

Q9.0

BOOl

4V1脉冲阀动作指令

Q9.1

BOOl

4V2脉冲阀动作指令

Q9.2

BOOl

4V3脉冲阀动作指令

Q9.3

BOOl

4V4脉冲阀动作指令

Q9.4

BOOl

4V5脉冲阀动作指令

Q9.5

BOOl

4V6脉冲阀动作指令

Q9.6

BOOl

4V7脉冲阀动作指令

Q9.7

BOOl

4V8脉冲阀动作指令

Q10.0

BOOl

4V9脉冲阀动作指令

Q10.1

BOOl

4V10脉冲阀动作指令

Q12.0

BOOl

5V1脉冲阀动作指令

Q12.1

BOOl

5V2脉冲阀动作指令

Q12.2

BOOl

5V3脉冲阀动作指令

Q12.3

BOOl

5V4脉冲阀动作指令

Q12.4

BOOl

5V5脉冲阀动作指令

Q12.5

BOOl

5V6脉冲阀动作指令

Q12.6

BOOl

5V7脉冲阀动作指令

Q12.7

BOOl

5V8脉冲阀动作指令

Q13.0

BOOl

5V9脉冲阀动作指令

Q13.1

BOOl

5V10脉冲阀动作指令

Q24.0

BOOl

GV1隔离阀关闭命令

Q24.1

BOOl

GV2隔离阀关闭命令

Q24.2

BOOl

GV3隔离阀关闭命令

Q24.3

BOOl

GV4隔离阀关闭命令

Q24.4

BOOl

GV5隔离阀关闭命令

Q24.5

BOOl

GV6隔离阀关闭命令

Q25.0

BOOl

DV1空气炮脉冲阀动作指令

Q25.1

BOOl

DV2空气炮脉冲阀动作指令

Q25.2

BOOl

DV3空气炮脉冲阀动作指令

Q25.3

BOOl

DV4空气炮脉冲阀动作指令

Q25.4

BOOl

DV5空气炮脉冲阀动作指令

Q25.5

BOOl

DV6空气炮脉冲阀动作指令

Q28.0

BOOl

M1斗式提升机启动指令

Q28.1

BOOl

M2刮板机启动指令

Q28.2

BOOl

M3贮灰仓卸灰阀启动指令

Q28.3

BOOl

M4贮灰仓振打器启动指令

Q28.4

BOOl

M5卸灰阀启动指令

Q28.5

BOOl

M6卸灰阀启动指令

Q28.6

BOOl

M7卸灰阀启动指令

Q29.0

BOOl

M8主电动机加热器启动指令

Q29.1

BOOl

M9混风阀开指令

Q29.2

BOOl

M9混风阀关指令

Q29.6

BOOl

除尘风机高压柜允许合闸联锁信号

Q29.7

BOOl

除尘风机高压柜分闸指令

Q32.0

BOOl

清灰开始信号灯

Q32.1

BOOl

清灰停止信号灯

Q32.2

BOOl

隔离阀开启信号灯

Q32.3

BOOl

隔离阀关闭信号灯

Q33.0

BOOl

启动卸灰阀信号灯

Q33.1

BOOl

启动振打器信号灯

Q33.2

BOOl

储灰仓满信号灯

Q33.3

BOOl

储灰仓非常满信号灯

Q34.0

BOOl

启动斗式提升机信号灯

Q34.1

BOOl

启动刮板机信号灯

Q34.2

BOOl

斗式提升机断链信号灯

Q34.3

BOOl

刮板机断链信号灯

Q35.0

BOOl

启动1卸灰阀信号灯

Q35.1

BOOl

启动2卸灰阀信号灯

Q35.2

BOOl

启动3卸灰阀信号灯

Q36.0

BOOl

加热器运转信号灯

Q36.1

BOOl

主风机允许启动信号灯

Q36.2

BOOl

主风机系统重故障信号灯

Q36.3

BOOl

主风机系统轻故障信号灯

Q37.0

BOOl

混风阀允许操作信号灯

Q37.1

BOOl

混风阀开启信号灯

Q37.2

BOOl

混风阀关闭信号灯

Q37.3

BOOl

混风阀过力矩信号灯

模拟量输入地址

数据类型

注释

PIW32

WORD

耦合器勺管位置1Z

PIW34

WORD

风机入口调节阀2Z开度

PIW44

WORD

电动机前轴承振速DZ1

PIW46

WORD

电动机后轴承振速DZ2

PIW48

WORD

风机前轴承Y振速FZ1

PIW50

WORD

风机前轴承X振速FZ2

PIW