煤气柜自动化控制系统的开发与应用

徐 蕾，杨 涛，潘忠民，白洪光

（1济钢集团有限公司，山东 济南250101；2山东省冶金科学研究院，山东 济南250014）

煤气柜自动化控制系统的开发与应用

徐 蕾1，杨 涛1，潘忠民1，白洪光2

（1济钢集团有限公司，山东 济南250101；2山东省冶金科学研究院，山东 济南250014）

济钢煤气柜自动化控制系统选用PLC作为基础自动化设备，采用RSlogix5000编程软件，运用梯形逻辑LD控制及功能块FBD相结合的编程方式来实现对高炉煤气柜、焦炉煤气柜、焦炉煤气加压机、油泵等设备的启停和安全保护。该控制系统满足了工艺需求，实现了整个工艺流程的自动检测、控制及管理监视，提高了煤气存储及输送的操作效率。

煤气柜；自动控制系统；PLC

煤气在使用过程中容易产生管网压力波动，存在不安全因素，而煤气柜是调剂煤气供应、减缓管道波动的有效方法。济钢结合自身条件投资建设2座16.5万m3煤气柜，通过自动化控制系统能准确地监控煤气柜系统各设备的运行状况，及时调整各项工艺参数，保证生产的稳定、协调和优化。

1 煤气柜自动控制系统

煤气柜系统主要分为稀油密封煤气柜的活塞系统，密封油循环系统及加压机站系统。该系统所控设备较多，控制精度要求高，且直接影响到其他工序的稳定生产。依据系统功能要求，在充分考虑系统的先进性、可靠性、易操作维护的基础上，选用Rockwell公司1756系列PLC作为基础自动化设备，高炉煤气系统和焦炉煤气系统各由1套PLC控制，数据交换采用工业以太网TCP/IP技术，提高了系统信息传输的快速性，有效地避免了信息传输的延滞及误码。每套系统各设2套HMI上位机，可实现资源信息共享，互为备用。与其他系统有关的连锁信号，通过通讯网络相互联系。

煤气柜控制系统支持多种体系结构，特点如下：1）采取统一灵活的背板总线技术，通讯速率达到80 Mbps。2）支持模板热更换，可带电更换任何模块而不损坏，电子模块ID保证用户配置与实际模块一致。3）强大的处理器功能，Flash存储器，易于升级，LED显示电源、系统就绪、运行及通讯状态。4）提供TCP/IP Ethernet模块，应用层使用事实标准的ControlNet协议。5）快速、灵活、使用方便。

2 系统实现

2.1 系统软件配置

系统采用RSlogix5000编程软件，运用梯形逻辑LD控制及功能块FBD相结合的编程方式来实现高炉煤气柜、焦炉煤气柜、焦炉煤气加压机、油泵等设备的启停和安全保护，利用功能块FBD强大的模拟量处理功能来完成模拟量的采集及处理。

上位监控软件采用服务器与客户机二合一的RSview监控软件，运行在Windows2000平台上。该监控软件建立在多层次体系结构上，综合了3种不同的功能，即数据存储功能、数据处理功能和用户接口功能。可赋予工作人员不同的操作级别，如赋予操作人员操作权限，但仅能对画面进行浏览操作；赋予维护工程师维护权限；赋予系统工程师编程组态权限，可以组态、修改、退出系统。

2.2 系统通讯的建立

根据PLC、RSview及工业以太网的技术资料，利用实验室设备通过工业以太网将上位机与PLC连起来，PLC通过远程I/O与远程设备相连，构成二级通讯网络。在工程前期充分模拟现场的通讯条件进行数据信息交换的测试，并在上位机之间通过以太网与相关系统相连，完成系统间的通讯调试。

2.3 上位监控系统主要功能

RSview监控软件是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术中性系统，提供适用于工业标准的图形显示、消息、归档及报表的功能模块；提供用于用户解决方案的开放界面；支持直接引入Windows源文件；图形组件的最终外观由设计者动态控制，图型的动态控制参数如位置、几何形状、颜色和样式，可通过程序直接控制。

操作站上可实现功能：流程图窗口画面显示功能，控制窗口画面，趋势窗口画面，报警窗口画面，报表窗口画面，系统安全权限设置商务部分。

2.4 PLC软件的编制

根据工艺要求及控制工艺流程图编制系统的控制程序，主要包括系统联锁控制、系统状态的监测、系统工作状态选择、系统故障分析及综合和系统通讯等。

2.4.1 煤气柜柜位控制

焦炉煤气柜共有3台加压机，采用2开1备方式，当焦炉煤气柜柜位低于低限L时，系统发出报警，并停掉1台加压机，待柜位高于低限L+l时，手动开启第2台加压机；当焦炉煤气柜柜位低于低低限LL时，两台加压机停止运行；进口总管压力低于500 Pa时，加压机自动停止。当焦炉煤气柜柜位高于高限H时，系统发出报警，并关闭煤气柜进口阀。

2.4.2 加压机后压力（变频）调节

加压机后压力是用户气源的主要质量指标之一，本回路为一定值单回路调节系统。其设定值为10 kPa，当加压机后出口压力升高/降低时，增大/减小变频器的输出频率，从而改变加压机的转速，以“变”求“稳”。在计算机和变频器上都设置了最低运行频率，从而保证出口压不至于太低，这两个频率运行下限是保证加压机设备安全、用户正常生产的两道防线。当加压机的转速靠变频器的调节达到最大或最小而压力值仍达不到设计要求时，这时要利用加压机入口的电动调节装置来调节。也就是说该控制方式正常情况下，阀位一直保持一定的开度，当变频器故障或变频器为极限值时，转换为自动方式，实现其自动调节。

2.4.3 油泵房电动油泵控制

每一个煤气柜共有4个油泵房，每个油泵房内设2台油泵，1用1备，设有就地机旁操作箱手动操作和HMI上的集中手动操作及自动操作3种操作方式。当浮子室内的油位达到875 mm时，第1台泵启动；达到950 mm时，备用泵启动，2台泵同时工作；达到750 mm时，备用泵停；当浮子室内的油位达到675 mm时，第1台泵停；画面累计各油泵启动次数并记录，如需清零可按清零按钮。

2.4.4 煤气加压机出口总管流量检测

煤气加压机出口总管流量检测，煤气加压机出口总管管道上的孔板和现场差压变送器的流量信号（4～20 mA，24 VDC），在进入PLC后，首先进行温度补偿，其温度补偿运算公式为：Qn=Qa×Kt。式中：Kt为温度补偿系数，Kt=（Td/Ta）/2；Qn为补偿后的实际流量；Qa为检测的过程流量；Td为孔板设计温度；Ta为实际测量温度。

温度补偿后作为系统的重要参数指导生产。

3 系统特点

1）系统采用100 M冗余环形以太网通讯，网络中任一工作站出现故障，其他工作站都可保持正常通讯和管理层网络连接；把Rsview作为一个客户端或服务器，使不同的Rsview站相互之间进行点对点通信，管理人员在办公室内就可了解工厂生产情况，提高了管理的实时性与准确性；赋予操作人员不同的操作级别，提高了系统信息传输的快速性及安全性，有效地避免了信息传输的延滞及误码。

2）系统占用计算机内存少，可高质量、高效率地完成监控操作并防止死机。

3）采用参数自调整PID控制技术。由于煤气管网压力存在波动大、扰动因素多，传统的串级PID调节难以取得满意的调节效果。根据以往的工程经验以及利用RSview提供的完整的开发环境，经过实验室反复试验和现场多次调试，在系统中采用适时调整PID参数的方法对管网压力进行调解，将压力波动控制在最小的范围内。

4）实行多点、多手段监测，将活塞系统进行四重联锁保护。对活塞系统运行相关的柜位、柜压、活塞升降速度和活塞倾斜度等重要检测点实行多点、多手段监测，利用系统对这些检测数据进行优化处理，力求数据的准确与实时，将活塞系统实行四重联锁保护，煤气柜系统的安全性和生产可持续性大大提高。

4 结语

济钢2×16.5万m3煤气柜控制系统采用先进的工控技术，软硬件成熟可靠，完全满足了工艺需求，工况稳定，实现了整个工艺流程的自动检测、控制及管理监视，提高了煤气存储及输送的操作效率，优化了生产工艺和生产调度系统，减轻了生产操作的难度与强度，提高了生产率及整体工艺装备水平。

Development and Application of The Automatic Control System for Gas Tank

XU Lei1,YANG Tao1,PAN Zhong-min1,BAI Hong-guang2
（1 Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China;2 Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

Jinan Steel’s automatic control system for gas tank made PLC as basic automation device,adopted Rslogix5000 programming software and programming mode of trapezoid logical LD control associating with function blocks FBD,realizing the start,stop and safe protection of BF gas tank,coke-oven gas tank,coke-oven gas pressure device and the oil pump.The control system met the process demands completely.The working conditions were steady,implementing automatic detection,management and monitoring for entire process flow,improving the operation efficiency of gas storage and transportation.

gas tank;automation control system;PLC

TP273

：B

：1004-4620（2011）04-0052-02

2010-12-17

徐蕾，女，1971年生，2006年毕业于北京科技大学控制工程专业，工程硕士。现为济钢装备部高级工程师，从事设备管理工作。