CN102492795B

CN102492795B - 一种煤粉喷吹制粉控制系统

Info

Publication number: CN102492795B
Application number: CN201110423008.5A
Authority: CN
Inventors: 刘小沙; 赵会斌
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: CN102492795A

Abstract

本发明涉及一种高炉烟煤喷吹制粉控制系统，主要由PLC控制系统、HMI构成，并通过工业以太网与原煤系统、喷煤系统通讯；PLC控制系统控制制粉系统设备的运行，并根据设定值和现场传感器的信号，控制制粉系统的原煤给煤量、烟气流量、压力、温度等工艺参数，并监测系统中一氧化碳和氧气含量；所述HMI通过人机界面输入设置包括，给煤量设定值、烟气温度设定值、磨机压力设定值、磨机进出口压差设定值、烟气流量设定值以及公辅的设定值；并在界面上显示出制粉系统的整个过程。本发明控制整个制粉系统的设备协调运行，并控制制粉系统的压力、烟气流量、温度等重要参数，保持制粉系统稳定运行，为高炉烟煤喷吹安全、高效地提供优质煤粉。

Description

一种煤粉喷吹制粉控制系统

技术领域

本发明涉及高炉烟煤喷吹制粉控制系统。

背景技术

高炉煤粉喷吹可以替代焦炭，起提供热量和还原剂的作用，降低高炉炼铁焦比和生铁成本，是调剂炉况热制度的有效手段，可改善高炉炉缸工作状态，使高炉稳定顺行。高炉煤粉喷吹也是炼铁工艺最主要的节能降耗、降低炼铁成本的措施。高炉喷煤已成为高炉技术发展的必然趋势。

制粉系统是高炉煤粉喷吹的一个重要环节。制粉系统的任务是将原煤(无烟煤或烟煤以及无烟煤和烟煤按比例的混合煤)安全地加工成符合煤粉喷吹的煤粉，并将制备好的煤粉输送到煤粉仓。制粉系统至少包括了皮带供煤、热风炉废气供给、给煤机给煤量控制、氧气一氧化碳浓度的监控、磨煤机、风机控制、升温炉温度控制、振动筛控制等等。现有系统主要靠人工控制和调节，自动化程度低，难以达到目标值。也有对煤粉喷吹制粉控制系统的研究，但是仅仅局限有某个或几个局部的控制研究，如温度控制、烟气浓度控制等等，没有形成整体的控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种煤粉喷吹制粉控制系统，控制整个制粉系统的设备协调运行，并控制制粉系统的压力、烟气流量、温度等重要参数，保持制粉系统稳定运行，为高炉烟煤喷吹安全、高效地提供优质煤粉。

为解决上述技术问题，本发明提供一种煤粉喷吹制粉控制系统，主要由PLC控制系统、HMI构成，并通过工业以太网和原煤系统、喷煤系统通讯；

所述PLC控制系统，用于控制制粉系统设备的运行，并根据设定值和现场传感器的信号，控制制粉系统的原煤给煤量、烟气流量、压力、温度等工艺参数，并监测系统中一氧化碳和氧气含量，具备灭火和设备故障连锁功能；

所述HMI，用于通过人机界面输入设置包括，给煤量设定值、烟气温度设定值、磨机压力设定值、磨机进出口压差设定值、烟气流量设定值以及公辅的设定值；并通过工业以太网读取PLC的数据，在界面上显示出制粉系统的整个过程。

所述HMI，还用于设置制粉控制系统的启动方式，所述制粉控制系统的启动方式包括：

A)联动启动--程控方式：点击主画面的启动按钮，制粉系统按照工艺要求的顺序依次启动各制粉机组设备。点击正常停止或紧急停止按钮，停依次停止制粉系统设备。

还包括：B)单机启动--机组方式：点击各机组画面的机组启动按钮，机组所包含的设备依次启动。点击停止机组按钮，依次停止机组设备。

还包括：C)手动启动--手动方式：点击各机组设备画面，弹出设备操作小画面，点击小画面的启动或停止按钮，手动启动或停止单体设备。

所述PLC控制系统，包括烟气流量控制子系统、烟气温度控制子系统、磨煤机入口压力控制子系统。

烟气流量控制子系统：包括

风煤比自动控制：根据给煤量，自动按照风煤比曲线控制烟气流量。

设定值自动控制：按设定值控制烟气流量。

手动控制：手动控制烟气流量。

进一步的，所述烟气温度控制子系统，包括

升温控制：烟气温度过低时，系统启动升温炉加热烟气，达到设定的温度。

降温控制：烟气温度过高时，调节制粉系统烟气尾气回流混合阀门，达到设定温度。必要时，开启冷风阀门或氮气阀门。

本发明的煤粉喷吹制粉控制系统，控制整个制粉系统的设备协调运行，并控制制粉系统的压力、烟气流量、温度等重要参数，保持制粉系统稳定运行，为高炉烟煤喷吹安全、高效地提供优质煤粉。该系统的投运，对保证高炉煤粉喷吹，实现高炉增产，改进冶炼工艺和促进高炉顺行，有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为制粉控制系统设备布置图。

图2为制粉系统工艺流程图。

图3为制粉系统的启动画面。

图4为引风机组、磨煤机组、给煤机组、收粉机组和落煤机组分别的启动画面。

具体实施方式

图1是制粉控制系统设备布置图，制粉系统硬件系统主要包括两套Siemens S7 400PLC，S7 300PLC(A、B系列各一套)，3台工控机、网络系统、远程I/O站及其它相关设备。

每个制粉系列包括Siemens S400PLC中央机架、Siemens S300PLC机架及相关功能模板、SITOP电源、远程站、OLM光电转换器和所需的开关、端子等配件。

SIMATIC S7-400是功能强大的PLC，适用于中高性能领域，能够满足复杂的任务要求，实现分布式系统和扩展通讯能力地都很简便，组成系统灵活自如，完全能够满足喷煤制粉系统的控制要求。

每个系列的磨煤制粉系统的S7-400使用了一个主机架和四个扩展机架。主机架和扩展机架之间通过接口模板IM460-3、IM461-3以及扩展连接电缆相连。S7-400中央控制器最多能连接21各扩展单元。

1、每个制粉系列的S7-400PLC包括以下模板：PS407：DC24V 10A电源模板；CPU 416-2 DP：CUP模板；IM460-3：扩展机架主接口模板；IM461-3：扩展机架接口模板；CP443-1：EtheNet通讯模板；DI16DC24/60V：16通道DI模板；DI32DC 24V：32通道DI模板；DO16DC125V/1.5A：16通道DO模板；AI16 13Bit：16通道AI模板；AO8 13Bit：8通道AO模板。

每个机架安装在相应的机柜里，接入UPS输出的220VAC电源，为机架和SITOP 220VAVC/24VDC直流电源供电。SITOP直流电源为DI/DO、AI/AO提供外部电源，为OLM、交换机提供工作电源。

2、制粉控制系统网络配置

SIMATIC S7-400有多种通讯方式，包括：组合式MPI和DP主接口，集成在CPU模板内；用于连接到工业以太网的通讯模板；PROFIBUS DP网：连接到系统集成配套设备配置的SIMATIC S7-300PLC；MPI网：连接到系统集成配套设备配置的SIMATIC S7-300PLC；每个主机架插有一块CP443-1 EtheNet通讯模块，通过交换机、光纤组成的通讯环网和其他的S7-400PLC交换数据。

3、制粉控制系统使用的软件

(1)制粉控制系统采用西门子的STEP7硬件组态工具进行组态和参数化，采用LAD梯形图编制应用软件。梯形图编制的控制软件，易读、易维护和易监测调试。程序分成若干个控制功能块，每个控制功能块完成相应的控制和工艺数据采集及检测任务。

(2)制粉控制系统的HMI采用WINCC V6.0系统，西门子视窗控制中心SIMATIC WINCC是最佳的HMI软件之一，WINCC V6.0采用标准Micosoft SQL Server 2000数据库进行数据归档，同时具有Web浏览器功能。

4、制粉控制系统

制粉控制系统包括PLC控制系统和PC客户机两大硬件系统，而在软件程序上则采用了WINCC画面系统和STEP7编程环境。其中STEP7编程中使用的是LAD语言，通过程序控制制粉系统设备的运行，并根据设定值和现场传感器的信号，控制制粉系统的原煤给煤量、烟气流量、压力、温度等工艺参数，并监测系统中一氧化碳和氧气含量，具备灭火和设备故障连锁功能，实现制粉系统的安全、高效生产。WINCC画面通过工业以太网读取PLC的数据，在PC客户机上直观的显示出制粉系统的整个过程。

制粉控制系统中，各种控制数据是在WINCC各相应画面中进行设定并进行控制。

(1)HMI控制设定

设置和显示的设定值包括：给煤量设定值、烟气温度设定值、磨机压力设定值、磨机进出口压差设定值、烟气流量设定值以及公辅的设定值等。

(2)制粉控制画面

制粉控制系统设有三种启动方式，如图3、图4所示：

A)联动启动--程控方式：点击主画面的启动按钮，制粉系统按照

工艺要求的顺序依次启动各制粉机组设备。点击正常停止或紧急停止按钮，停依次止制粉系统设备。

B)单机启动--机组方式：点击各机组画面的机组启动按钮，机组所包含的设备依次启动。点击停止机组按钮，依次停止机组设备。

C)手动启动--手动方式：点击各机组设备画面，弹出设备操作小画面，点击小画面的启动或停止按钮，手动启停单体设备。

制粉控制系统还控制以下设备：

1.磨煤机灭火连锁装置(FC0)

磨煤机灭火连锁装置具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；连锁启停。连锁方式下，当下列情况之一出现时，启动磨煤机灭火系统装置(充氮)

大布袋灰斗温度＞大于设定值；

磨煤机出口温度＞大于设定值；

磨煤机入口O₂含量＞大于设定值％；

大布袋出口O₂含量＞大于设定值％；

磨煤机出口O₂含量＞大于设定值％；

磨煤机进口CO含量大于设定值；

磨煤机出口CO含量大于设定值

当所有的连锁条件恢复正常时。磨煤机灭火装置关闭。

2.液力耦合器加热装置(FC1)

液力耦合器加热装置具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；连锁启停。

3.落粉机组(FC3)

落粉机组有两种启停方式：全系统联动启停和机组单独启停。机组里的各台设备都具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；机组连动启停。

当落粉机组启动时，分别对下列机组设备进行控制：

1号煤粉振动筛；

2号煤粉振动筛；

1号大布袋星型卸灰阀；

1号煤粉振动筛出口阀；

2号大布袋星型卸灰阀；

2号煤粉振动筛出口阀；

4.收粉机组(FC4)

收粉机组有两种启停方式：全系统联动启停和机组单独启停。机组里的各台设备都具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；机组连动启停。

当收粉机组启动时，分别对下列机组设备进行控制：

液力偶合器；

开启磨煤机防爆N2阀；

磨煤灭火连锁装置；

磨煤机入口切断阀；

主排烟风机入口切断阀；

大布袋清灰控制器；

主排烟风机；

5.烟气引风机组(FC5)

烟气引风机组有两种启停方式：全系统联动启停和机组单独启停。机组里的各台设备都具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；机组连动启停。

当烟气引风机组启动时，分别对下列机组设备进行控制：

烟气引风机入口切断阀；

烟气引风机进口流量调节挡板和循环调节阀；

烟气引风机；

6.升温炉机组(FC6)

升温炉机组有两种启停方式：全系统联动启停和机组单独启停。机组里的各台设备都具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；机组连动启停。

当升温炉组启动时，分别对下列机组设备进行控制：

升温炉放散阀；

助燃鼓风机；

点火烧嘴；

主燃烧器；

7.磨煤机入口压力、风量调节(FC7)

1)自动方式：依据给煤量计算出风煤比，并对磨煤机入口压力和流量进行自动调节。

2)设定方式：依据设定值，分别对磨煤机入口压力和流量进行调节。

3)手动方式：手动控制磨煤机的入口压力和流量。

8.磨煤机组(FC9)

磨煤机组有两种启停方式：全系统联动启停和机组单独启停。机组里的各台设备都具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；机组连动启停。

当磨煤机组启动时，分别对下列机组设备进行控制：

磨煤机入口冷风切断阀；

磨煤机电机及电加热器；

磨煤机密封风机；

磨煤机润滑系统；

磨煤机液压系统；

磨辊升降；

磨煤负荷自动调节投入；

防爆氮气阀门；

9.给煤机组(FC10)

给煤机组有两种启停方式：全系统联动启停和机组单独启停。机组里的各台设备都具有三种控制方式：机旁手动；HMI手动；机组连动启停。

当给煤机组启动时，给煤机根据给煤设定值，把原煤输送至磨煤机。如果检测到出煤口堵塞或给煤机給煤皮带无煤时，启动原煤仓电振。

收到给煤机组停止命令时，机组停止。

10.磨机入口压力步进式调节(FC17)

制粉系统启动时，根据风煤比等工艺参数，调节磨煤机入口阀门和主排烟风机液力耦合器，使入口压力达到工艺所要求的范围。

11.储煤仓重量计算和料位判断(FC200、)

处理储煤仓重量数据，并转换为料位数据。料位超出正常范围时，发出报警信号。

12.8#、9#带式输送机(FC206、FC207)

控制程序同原煤系统的1#～7#带式输送机。

13.1#、2#犁式卸料器(FC208、FC209)

需要向1#储煤仓输送原煤时，落下1#犁式卸料器，料线运行，原煤落入1#储煤仓中。当1#储煤仓达到65％容量时，落下2#犁式卸料器，抬起1#犁式卸料器，继续向1#料仓卸煤。当料仓达到70％容量时，或者停止料线，或者继续向2#储煤仓卸煤。

14.3#犁式卸料器(FC210)

需要向2#储煤仓输送原煤时，落下3#犁式卸料器，抬起1#、2#犁式卸料器，料线运行，原煤落入2#储煤仓中。当2#储煤仓达到65％容量时，抬起3#犁式卸料器，继续向3#料仓卸煤。当料仓达到70％容量时，停止料线。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种煤粉喷吹制粉控制系统，其特征在于，主要由PLC控制系统、HMI构成，并通过工业以太网与原煤系统、喷煤系统通讯；

所述PLC控制系统，用于控制制粉系统设备的运行，并根据设定值和现场传感器的信号，控制制粉系统的原煤给煤量、烟气流量、压力、温度参数，并监测系统中一氧化碳和氧气含量，具备灭火和设备故障连锁功能；

所述HMI，用于通过人机界面输入设置包括，给煤量设定值、烟气温度设定值、磨机压力设定值、磨机进出口压差设定值、烟气流量设定值以及公辅的设定值；并通过工业以太网读取PLC的数据，在界面上显示出制粉系统的整个过程；

A）联动启动--程控方式：点击主画面的启动按钮，制粉系统按照工艺要求的顺序依次启动各制粉机组设备；点击正常停止或紧急停止按钮，停依次停止制粉系统设备；

B）单机启动--机组方式：点击各机组画面的机组启动按钮，机组所包含的设备依次启动；点击停止机组按钮，依次停止机组设备；

C）手动启动--手动方式：点击各机组设备画面，弹出设备操作小画面，点击小画面的启动或停止按钮，手动启动或停止单体设备。

2.根据权利要求1所述的煤粉喷吹制粉控制系统，其特征在于，所述PLC控制系统，包括烟气流量控制子系统、烟气温度控制子系统、磨煤机入口压力控制子系统；

所述烟气流量控制子系统：包括

风煤比自动控制：根据给煤量，自动按照风煤比曲线控制烟气流量；设定值自动控制：按设定值控制烟气流量；手动控制：手动控制烟气流量；

所述烟气温度控制子系统，包括升温控制：烟气温度过低时，系统启动升温炉加热烟气，达到设定的温度；降温控制：烟气温度过高时，调节制粉系统烟气尾气回流混合阀门，达到设定温度；必要时，开启冷风阀门或氮气阀门。

3.根据权利要求2所述的煤粉喷吹制粉控制系统，其特征在于，所述磨煤机入口压力控制子系统对磨煤机入口压力调节包括以下方式：

1）自动方式：依据给煤量计算出风煤比，并对磨煤机入口压力和流量进行自动调节；

2）设定方式：依据设定值，分别对磨煤机入口压力和流量进行调节；

3）手动方式：手动控制磨煤机的入口压力和流量。

4.根据权利要求3所述的煤粉喷吹制粉控制系统，其特征在于，所述磨煤机入口压力控制子系统，根据风煤比工艺参数，调节磨煤机入口阀门和主排烟风机液力耦合器，使入口压力达到工艺所要求的范围。