PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)中的應(yīng)用`
| ［摘 要］將PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)用于質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)的在線連續(xù)取樣及分析，并可按照一定時(shí)序完成兩探頭間的相互切換以及反吹再生。研究表明：PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)的連續(xù)不間斷控制，且極為可靠、穩(wěn)定和實(shí)用。 ［關(guān)鍵詞］PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)；質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)；在線分析；反吹 0 引言  對(duì)于在線過(guò)程分析系統(tǒng)，其可靠性、穩(wěn)定性極為重要。基于PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，本文研究將PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)，通過(guò)PLC及其上位機(jī)的自動(dòng)和手動(dòng)的控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集樣氣、自動(dòng)反吹再生、手動(dòng)調(diào)試、時(shí)間參數(shù)修改、各加熱元件及儲(chǔ)氣罐壓力狀態(tài)顯示、本地狀態(tài)指示燈顯示、故障預(yù)警及上位機(jī)和PLC的信號(hào)連鎖等功能，提高了質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)控制的安全性和可靠性。本系統(tǒng)應(yīng)用在萊鋼4號(hào)轉(zhuǎn)爐上，自2004年2月投入在線運(yùn)行以來(lái)，一直保持良好的工作狀態(tài)。 1 系統(tǒng)組成 1．1 硬件組成 質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)由取樣探頭、初級(jí)過(guò)濾單元、反吹再生單元、樣氣處理單元、噴射泵、PLC自動(dòng)控制單元以及飛行時(shí)間質(zhì)譜儀組成。工作站(Control Station)即為PLC的上位機(jī)(HMI)，可顯示質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)的工作狀態(tài)、控制整套系統(tǒng)的運(yùn)行和顯示樣氣成分的分析曲線。 在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，冶煉或燃燒過(guò)程中的樣氣經(jīng)噴射泵抽汲后，通過(guò)一個(gè)取樣探頭，經(jīng)初級(jí)過(guò)濾單元過(guò)濾除去85％以上的粉塵，再經(jīng)過(guò)樣氣處理單元的旋風(fēng)除塵器和精過(guò)濾器進(jìn)行除塵和除水獲取干燥潔凈的樣氣，通過(guò)引導(dǎo)管進(jìn)入飛行時(shí)間質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，得到的分析數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸給工作站進(jìn)行顯示并存儲(chǔ)，以便指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工人的操作。同時(shí)，反吹再生單元在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，按照一定的時(shí)序?qū)α硪粋€(gè)取樣探頭進(jìn)行反吹再生，當(dāng)前一取樣探頭快結(jié)束取樣時(shí)，經(jīng)過(guò)既定的時(shí)間后，對(duì)切換至反吹再生完的探頭進(jìn)行取樣，而前一取樣探頭亦進(jìn)行反吹再生，如此反復(fù)切換兩個(gè)取樣探頭，對(duì)樣氣進(jìn)行連續(xù)不斷地采集。此既定的時(shí)間可以通過(guò)PLC上位機(jī)的時(shí)間參數(shù)界面，按照不同的操作工藝在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，從而使得兩取樣探頭相互切換時(shí)所采集的樣氣趨于連續(xù)、一致且均勻。 1．2軟件組成 根據(jù)系統(tǒng)的需要，采用西門子的S7-226型PIE自動(dòng)控制系統(tǒng)。本機(jī)集成24輸入／16輸出共40個(gè)數(shù)字量I／O點(diǎn)；可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，******擴(kuò)展至248路數(shù)字量I／O點(diǎn)或35路模擬量I／O點(diǎn)；具有2個(gè)RS485通信／編程口，并具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。本系統(tǒng)共有16個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，PLC采用PPI通信協(xié)議與工作站直接通信，選擇S7-226型西門子PLC完全可以滿足本系統(tǒng)的需要。 2系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 2．1 PLC自動(dòng)控制單元 本系統(tǒng)按照轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝，編制質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)的自動(dòng)取樣和反吹再生時(shí)序，即熔煉過(guò)程的Starting時(shí)序和不熔煉過(guò)程的Waiting時(shí)序。將此時(shí)序按一定邏輯關(guān)系編寫成PLC程序，通過(guò)上位機(jī)集成到PLC自動(dòng)控制單元上，同時(shí)為10個(gè)電磁閥及各顯示狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)分配地址，實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制單元對(duì)質(zhì)譜爐氣分析系統(tǒng)中10個(gè)電磁閥的自動(dòng)／手動(dòng)開關(guān)及各節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的顯示。 2．2 PLC上位機(jī)(HMI) PLC上位機(jī)為用戶提供更加直觀的工作狀態(tài)顯示和便捷的操作。通過(guò)PLC上位機(jī)登錄本系統(tǒng)有兩種方式：普通級(jí)和高級(jí)。普通級(jí)針對(duì)用戶，高級(jí)針對(duì)專業(yè)技術(shù)人員。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，按照PLC控制單元分配的地址，啟動(dòng)各節(jié)點(diǎn)的工作，通過(guò)上位機(jī)的用戶界面可顯示和控制PLC控制單元的運(yùn)行。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)使能并被PLC自動(dòng)控制單元接收后，當(dāng)上位機(jī)自動(dòng)運(yùn)行工作時(shí)，啟動(dòng)PLC內(nèi)置的Starting時(shí)序，控制10個(gè)電磁閥的自動(dòng)開關(guān)，從而控制自動(dòng)采集樣氣、反吹再生以及啟動(dòng)質(zhì)譜分析界面并實(shí)時(shí)記錄分析數(shù)據(jù)。反之，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)非使能時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)PIE內(nèi)置的Waiting時(shí)序，按照Waiting時(shí)序?qū)ο到y(tǒng)的探頭及管路進(jìn)行反吹再生，以便在下一生產(chǎn)過(guò)程中使用。當(dāng)通過(guò)高級(jí)驗(yàn)證后，可進(jìn)人手動(dòng)調(diào)試界面，按下手動(dòng)調(diào)試按鈕，且PLC的轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)向調(diào)試擋，可手動(dòng)控制各電磁閥的動(dòng)作。在時(shí)間參數(shù)修改界面，可以修改兩探頭在相互切換時(shí)的交叉時(shí)間。 2．2．1 自動(dòng)運(yùn)行 啟動(dòng)工作站的質(zhì)譜爐氣分析軟件，通過(guò)登錄界面，進(jìn)入功能選擇界面。點(diǎn)擊功能選擇界面內(nèi)的“自動(dòng)運(yùn)行”按鈕，進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行界面，如圖2所示。圖2顯示的是系統(tǒng)應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐冶煉的情況，為轉(zhuǎn)爐正在熔煉狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，一路采集轉(zhuǎn)爐爐氣，并將其送人質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，另一路反吹再生，即內(nèi)外反吹探頭和管路，等待切換采集樣氣。圖中，處于工作狀態(tài)即有氣流的管路實(shí)時(shí)直觀地用綠色且較粗的氣路來(lái)標(biāo)明。加熱元件的紅色指示燈表示該加熱元件處于不加熱狀態(tài)，正常加熱狀態(tài)時(shí)指示燈呈綠色。加熱是通斷式的，由溫度傳感器控制，加熱時(shí)間可由溫度傳感器上的電位器來(lái)調(diào)節(jié)，防止樣氣中水蒸氣冷凝。儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氮?dú)鈮毫φＥc否，同樣可由界面上的壓力指示燈來(lái)判斷，壓力大于0.4MPa時(shí)指示燈呈綠色，視為反吹壓力正常。 2．2．2 手動(dòng)調(diào)試 輸入高級(jí)別的用戶名和密碼，通過(guò)驗(yàn)證后，選擇功能選擇界面下的“手動(dòng)調(diào)試”按鈕，進(jìn)人手動(dòng)調(diào)試界面，其結(jié)構(gòu)與自動(dòng)運(yùn)行界面相似，僅多了10個(gè)電磁閥對(duì)應(yīng)的手動(dòng)按鈕，用來(lái)手動(dòng)控制10個(gè)電磁閥的開／關(guān)。 手動(dòng)調(diào)試界面專為專業(yè)技術(shù)人員設(shè)計(jì)。由于手動(dòng)調(diào)試的信號(hào)在PLC的上位機(jī)和PLC主機(jī)之間是連鎖的，僅在PLC主機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)扳向調(diào)試擋，且PLC上位機(jī)的手動(dòng)調(diào)試開時(shí)，才可通過(guò)PLC手動(dòng)開關(guān)箱上倒扳開關(guān)來(lái)手動(dòng)控制(硬件控制)10個(gè)電磁閥的開／關(guān)，亦可通過(guò)上位機(jī)的手動(dòng)調(diào)試界面上的10個(gè)電磁閥對(duì)應(yīng)的10個(gè)按鈕來(lái)進(jìn)行手動(dòng)控制(軟件控制)，從而對(duì)系統(tǒng)的電磁閥、繼電器、氣路和接頭處的氣密性進(jìn)行檢查，為此保證系統(tǒng)的安全性。而且，如果系統(tǒng)有一氣路出現(xiàn)故障，即可手動(dòng)控制另一氣路進(jìn)行樣氣采集并分析，同時(shí)排除此氣路的故障。待故障排除后，可手動(dòng)控制反吹電磁閥的開／關(guān)來(lái)對(duì)此氣路取樣探頭及氣路進(jìn)行反吹再生，保證在氣路出現(xiàn)故障時(shí)不影響樣氣的采集和分析。 2．2．3 時(shí)間參數(shù)修改  2．2本地狀態(tài)顯示 PLC自動(dòng)控制單元內(nèi)的指示燈以及上位機(jī)人機(jī)界面內(nèi)不同顏色的變換指示，顯示系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)，可為生產(chǎn)和維護(hù)人員提供狀態(tài)信息，方便及時(shí)地判斷故障所在。 3 系統(tǒng)性能測(cè)試 系統(tǒng)自2004年2月在萊鋼4轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行至今，工作狀態(tài)一直良好，并且能指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工人的操作，在避免出現(xiàn)氧槍漏水爆炸事故和減少補(bǔ)吹次數(shù)方面取得了初步成效。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，其樣氣預(yù)處理裝置的響應(yīng)時(shí)間為13s，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的份析時(shí)間僅為0.1s,可見非常適合流程的轉(zhuǎn)合短流程的轉(zhuǎn)爐練鋼工藝使用。經(jīng)720h穩(wěn)定性測(cè)試，本系統(tǒng)在PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)下，沒有發(fā)生任何故障。 |
