PLC在高炉生产及系统泵站中的应用
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【摘 要】 在炼铁高炉生产过程中应用可编程序控制器（简称plc）进行电气控制和仪表检测系统的改造已经十分普遍，随着PLC和网络技术的飞速发展，使得PLC的联网通讯功能日益强大，也对炼铁高炉自动化系统提出了更高的要求。高炉控制系统规模由原来单独一个系统控制，实现各系统之间互相通讯，多座高炉联网，为实现高炉生产过程控制和生产管理自动化提供有力的系统支持。
【关键词】 PLC 高炉生产 系统泵站
目前作为高炉的冷却水循环系统的控制一般采用的都是人工控制，这给整个系统的联网和统一管理带来了很大不便。影响整个高炉系统的效率，并且造成一定的能源和资源的浪费。
总装机容量100kW以下的小型泵站在高炉水循环占有相当大的比例。为了降低小型泵站运行费用，提高小型泵站的自动化程度，根据小型泵站的运行工艺特点，采用可编程序控制器（PLC）进行控制，通过设定运行程序对整座泵站进行运行和监控，实现半无人值守或无人值守。通过传输设备联网，可以实现无人值守泵站运行，大大降低小型泵站运行人工费用，让有限的运行费用更多的用于泵站设备改造、维修和维护，更有效提高泵站设备完好率和可用保证率。
目前国内对小型泵站自动化的研究还处于起步阶段，尤其对高炉炉冷却水循环系统的研究设计还刚刚开始。
2 系统工作原理
2.1 控制系统要求
本次设计应实现：高炉的实时性和可靠性要求；无人值守系统能正常运行，满足系统的温度、压力、流量等工艺参数要求；系统可靠性高，故障自动排除；泵站内的各泵采用互备技术，任何一个泵出故障都不影响系统正常工作；泵站系统的过载检测、故障实时报警，并实现故障紧急处理避免危险情况的发生；系统的可维护性强，发生故障能迅速定位，出现故障能快速修复；整个设计合理切合工程实际，便于施工且性价比合理。
整个系统可以与钢厂的网络系统联网，能进行通信，上位机可以监控所有设备的运行情况，能对所有设备进行管理。系统的通信总线采用RS485总线。所设计的的系统采用的硬件设备与原有的设备和系统其他设备有很好的兼容性，能在不改变其他任何硬件的情况下完成控制系统设计。本地设备通过报警检测，系统应具有一定的自诊断能力，能实现部分故障的自我修复，对于不能修复的故障，应能迅速指示出故障所在处，以便检修人员能迅速的对故障做出处理。
2.2 设计技术指标
根据高炉的实际情况，整个工厂水循环系统应满足以下指标：（1）满足1#高炉的生产用水，循环水量为60～100m3/h，自流回水；循环利用率大于90%。（2）冷却炉壁的压力不低于0.3MPa；冷却出水温度≤40℃。（3）改善供水水质，使水中悬浮物含量低于20mg/L，并采用水质稳定措施基本消除高炉冷却壁及循环水设施的结垢、腐蚀现象。（4）设置事故泵站及事故水泵，确保安全供水。
2.3 设计原则
高炉冷却水循环系统的的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。水资源循环利用，电能节约利用，降低能耗提高效率，不给环境造成不良影响。整个系统的性价比高，所选控制器及其稳定可靠，出现故障易修复。高炉冷却水循环系统的设计，必须从全局出发，工艺参数、工程特点和高炉的实际条件，结合国情合理地确定设计方案；必须坚持节约用地的原则；同时还应符合现行的国家有关标准和规范的规定。
根据系统兼容性要求冷却水循环系统采用与整个锅炉其他控制系统的PLC采用同品牌同系列的产品。通讯和组态也采用统一的标准，确保整个系统兼容性强，扩充改造方便。
3 系统的保护设计框架
由于被控对象的特性，系统需要对水池中液位的高度进行检测，防止出现由于液位下降导致水泵抽不到水。对流过空气开关的电流进行检测，防止出现大电流。对流量进行检测确定每个水泵都有水流过。当系统发生大电流时，系统发生报警，比对上位机发出信号，请求关闭当前泵站，启动其他泵站，待上位机回复确认信息后系统关闭。当水池的液位下降到比设定的液位低的时侯，有检测部分向PLC发信号系统报警，PLC请求上位机关闭该泵站，待系统回复确定信息后，系统执行相应的操作。利用流量检测来去定水泵中是否有水流过，如有流量则该泵启动正常，如果没有则该泵启动异常，需要启动备用泵。上位机能随时通过通信监测到每个泵的运行情况。整个工厂的控制层能获得系统的所有信息，有利于工厂的统一管理和资源的统一分配利用。真个系统的各个设备都支持本地控制，当系统通信系统出现问题的是可以选择本地控制。可以设定系统的各个参数，保证系统的安全可靠运行，实现冷却系统的不间断供水循环。
4 系统控制方案的确定
根据工厂的规划拟采用三个泵站对工厂冷却系统供水，本设计只是对其中的一个进行设计。系统的水压和温度要求在进行软件设计时可以实现。故障水泵的要求，设计本身采用的是各个泵之间的互备技术，任何情况下每个泵都有一个或两个泵作为其他泵的备份，个泵循环作为备用泵，确保不会因为长时间不用损坏而不能起到备用的可靠性，互备技术不用一对一的给各个泵做备份，节约了成本，也减轻了控制系统的负担。
该方案采用开关量进行逻辑控制，通过PLC对四个泵的启停进行控制实现对高炉冷却水系统实现恒压控制。通过对检测压力对泵的开启进行控制，达到稳定冷却炉输入部分压力的稳定。通过检测启动20s后每个泵有无流量信号来判断各个泵是否启动正常，通过检测电流是否过大来判断真个系统是否正常，如果有泵启动异常则通过互被技术启动备用泵。
5 系统主要工作流程
当系统启动后，首先有PLC对系统进行初始化。当主程序开始时系统做初始准备，系统首先检测是采用集中控制还是本地控制，也就是采用手动控制还是自动控制，根据系统的控制方式来确定采用的控制方法。如果采用手动的控制方式，则系统等待输入各个泵的启动信号，由于系统的特性，最多需要启动三个泵就能满足水压的要求，所以手动操作时最多只需要启动三个泵，留一个作为备用。当采用自动控制策略的时候，系统首先启动三个泵，五分钟后检测冷却炉壁处的水压，如果此时压力超过压力上限，则关闭一个运行泵，等系统运行十分钟后再进行压力检测，如果压力没有低于压力下限，则系统采用两备两用的控制策略，否则采用三用一备的控制策略。