摘要:为了满足制粉过程中喷煤系统对烟气温度的要求，设计了一种烟气温度自动控制系统。该系统以触摸屏为人机界面，以西门子S7-200系列PLC CPU226为控制核心，以电机、电动阀门和电动执行器为控制对象，通过Modbus通信协议与远程控制系统进行通信，实现了点火后焦炉煤气向高炉煤气的切换和烟气温度的控制。应用表明，该系统操作简单，控制可靠，既满足了工艺要求，又保证了设备安全。关键词:烟气炉；烟气温度；可编程控制器；触摸屏；通信图分类号:TP273文件识别码:B文号:1004-4620(2004)05-0026-02 1前述的烟气炉控制系统是济钢集团公司第二钢铁厂(简称济钢第二钢铁厂)煤粉喷吹系统的一个子系统。该系统使用的高炉煤气含尘量大，纯度低，尤其是净化过程中的水含量。但由于焦炉煤气成本较高，要求系统在点火成功后自动切换到高炉煤气并停止焦炉煤气。同时要求系统能根据制粉需求自动控制烟气出口温度，并能对各设备独立动作，能显示阀门开度、风量、高炉煤气和热风炉煤气的压力和流量等。所设计的烟气温度控制系统以触摸屏为人机界面，以西门子S7-200系列可编程控制器为控制系统，具有Modbus通信接口，可作为喷煤系统的从站，实现与远程喷煤控制系统的通信。2系统组成2.1系统硬件组成整个电气控制系统分为主控系统PLC和富士UG221H-LE4触摸屏。PLC是喷煤控制系统的从站。系统的硬件配置如图1所示。
图1系统硬件配置
考虑到烟气炉系统的安全性，主控系统的PLC采用西门子S7-200系列PLC CPU226。CPU集成了24输入/16输出的40个数字I/O点，可连接7个扩展模块、6个独立的30kHz高速计数器和2个独立的20kHz高速脉冲输出。它具有PID控制器、2个RS485通信/编程端口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由模式通信能力，可用于要求较高的控制系统。西门子S7-200系列PLC CPU226输入/输出点多，模块扩展能力强，运行速度快，内部集成功能强大，完全可以适应复杂的中型烟气炉控制系统。【下一步】2.2系统软件控制系统采用STEP 7-Micro/Win32 v3.1，使用该软件的组态向导可用于TD 200文本显示器、PID控制器、CPU之间数据传输的通讯功能。3系统可实现的功能3.1控制功能控制系统主要实现烟气炉的点火和烟气炉出口温度的控制。操作模式有本地操作和远程操作。在本地操作模式下，用户可以通过触摸屏设置系统参数和控制系统设备。在远程控制模式下，喷煤主控系统采用Modbus通信协议和RS485接口实现系统的远程控制。系统参数包括:烟气炉出口温度、报警温度、前后吹扫时间、焦炉煤气点火时间、点火成功后切换高炉煤气时间。具体控制过程如下:系统收到点火指令后，启动助燃风机吹扫炉膛，焦炉煤气达到设定时间点。点火成功后，高炉煤气打开，焦炉煤气关闭。由于该系统对烟气炉出口温度有严格的要求，温度过高可能会给制粉带来安全隐患，而温度过低则会影响制粉生产过程。在实践中，通过PID调节调节高炉煤气的流量来控制温度。然而，在控制烟气出口温度方面存在很强的滞后性。在实际控制过程中，如果检测到的出口温度与设定温度相差过大，系统在较大范围内调节高炉煤气流量，实现出口温度的快速响应。当检测出口温度与设定温度在20℃范围内时，通过PID调节实现系统的稳定控制。将气体停止到允许的温度，吹扫炉子，然后停止风机。考虑安全因素。如果温度超过设定的上限，关闭燃气并启动空气冷却器，以确保系统的安全。系统启动过程如图2所示。系统关闭过程如图3所示。
图2系统启动流程图3系统关闭流程[下一步]
3.2与主控系统的网络通信。由于本系统是喷煤系统的一个子控制过程，所以配置为Modbus RTU从站。通过RS485通信接口，可以与Modbus主站进行通信，从而完成喷煤系统的远程控制。考虑到烟气炉出口温度对系统的危害，在实际应用中采取了双保险措施。一方面，所有的系统参数和控制参数都通过Modbus接口与主控系统进行通信；另一方面，在实际网络通信过程中，由于现场环境恶劣，无法保证通信数据交换的安全性和实时性，经常出现网络通信故障，使系统无法获取远程系统的控制参数，出口温度失控，给系统带来巨大的安全隐患。因此，在应用中，除了加强对通信故障的判断外，重要的通信信号采用屏蔽电缆直接连接，当通信故障发生时，可以自动切换到硬线连接，从而保证系统的安全可靠运行。3.3触摸屏控制和通讯在本地操作模式下，系统可以通过触摸屏进行控制。触摸屏完全图形化，简单易懂，易于操作。同时，您可以通过触摸屏选择操作模式。操作模式为单动作和自动。在单动作模式下，可以逐个控制单个设备。在自动模式下，系统实现自动控制。具有触摸屏报警指示和报警记录，通过报警窗口，可以查看系统故障原因，方便系统维护。结论:以触摸屏为人机界面，西门子S7-200(CPU226)PLC为控制系统，采用Modbus通讯协议，可实现远程和本地自动控制。该系统自2003年10月投入使用以来，温度控制可靠稳定，满足了工艺要求，保证了设备安全。
