西门子PLC系统在西南不锈钢热连轧退火酸洗段中的应用

张金明，倪云涛，李 波

冶金自动化研究设计院、北京金自天正智能控制股份有限公司成都分公司，四川成都 610041

西门子PLC系统在西南不锈钢热连轧退火酸洗段中的应用

张金明，倪云涛，李 波

冶金自动化研究设计院、北京金自天正智能控制股份有限公司成都分公司，四川成都 610041

本文介绍的是西门子PLC自动控制系统在热连轧退火酸洗段应用。本文着重阐述了西门子PLC控制系统在热连轧退火酸洗段的控制及应用过程，达到生产自动化控制程度设计要求。

PLC；温度调节；可靠性；自动化

0 引言

西南不锈热轧连退酸洗段基础自动化PLC控制系统，本着“低投入、多功能、高效益”为前提，遵循可用性、先进性、可靠性、可维护性、安全性及开放性的原则，遵循行业标准和规范，要充分兼顾主体设备与其他系统对本系统的需求。注意借鉴相关工程成功的经验，在引进先进技术、设备时既要坚持先进、适用、成熟、可靠的原则，又要尽量减少功能冗余。为提高热轧连退酸洗线产品质量奠定基础。

1 系统配置概况

基础自动化系统采用西门子公司最新型PLC S7-300及ET200远程站系列产品。SIEMENS S7-300系列产品功能强大，配置灵活，有如下突出特点：

1）高速：在程序执行方面，极短的指令执行时间使S7-400在竞争中脱颖而出；

2）坚固：即使在恶劣、不稳定的工业环境下，全封闭的模板依然可正常工作；无风扇操作降低了安装费用；在运行过程中，模板可插拔；

3）功能完善、强大：允许多CPU配置，功能更强、速度更快。同时，配有品种齐全的功能模板，充分满足用户各种类型的现场需求；

4）强通讯能力：分布式的内部总线允许在CPU与中央I/O间进行非常快的通讯，P总线与输入/输出模板进行数据交换。K总线将大量数据传送到功能 模板和通讯模板。

ET200M是一个模块化的I/O站，具有IP20的保护等级。它可以采用S7-300可编程控制器的信号模板和功能模板进行扩展。由于它可连接的模板范围很广，因此，ET200M适合于完成特殊的和复杂的自动化任务。ET200M是PROFIBUS-DP现场总线上的一个从站，最大的传输速率是12Mbps。

这套PLC系统设计一台S7-300的CUP，下面挂8个ET200M I/O远程站，系统控制包括：酸洗硫酸段系统、混酸一区系统、混酸二区系统、1-4#刷洗系统、新酸站系统、脱氮系统。

2 PLC系统在本项目中实现的主要控制回路

2.1 换热器温度控制

酸洗用的酸温度将通过介质流经一个换热器来调节，并且在换热器出口测量其温度。根据实际温度值和指定的设定值之间的偏差来给出控制器的输出，操作对应的控制阀来调节进入换热器的蒸汽或者冷却水的流量，这也是一个经典的PID调节方式，换热器出口酸的温度控制对于酸洗的效果有直接的影响，其换热器工艺决定加热升温较慢，1℃需要半小时，在PID的调节下能达到很好的效果并且能确保生产过程中温度的相对恒定。

2.2 直接加热的温度控制（蒸汽喷射）

这里的温度（例如：冲洗水温度）将通过直接蒸汽喷射元件来调节。实际的温度由一个安装在适当位置的 Pt100 热电阻测量。根据实际温度值和指定的设定值之间的偏差来给出控制器的输出，操作对应的控制阀来调节进入喷射孔的蒸汽流量。

2.3 通过添加脱盐水控制电导率

使用配备感应式电导率探头的微处理器分析仪表进行电导率测量，电导率（例如：最终清洗段）将通过控制阀直接添加脱盐水来控制。根据设定值与实际过程变量之间的偏差，对应的控制阀将被连锁打开或者关闭。

2.4 液位控制

液位计监控罐体液位并限位将用于控制泵或者阀等设备的动作，并且能够产生足够的报警信号，连锁控制泵的启/停、控制罐体的自动加料及泵的空抽保护等一系列的控制。

2.5 流量控制

通过一个电磁流量变送器测量流量来进行流量控制。分配的控制器以脉冲宽度方式控制一个开关阀或者一台添加泵，如配酸控制。

2.6 顺序控制

控制系统根据由连接仪表测量的或者内部计算的工艺条件控制的开关功能（例如：马达的启停，阀门的开关，酸洗三段的长、短酸循环的切换）。

2.7 脱氮系统控制

使用NOx 分析仪测量2#排气系统烟囱中的 NOX含量。这个Nox 实测值反馈给PID 控制器，它将决定喷射到加热还原炉中的氨气流量的大小。还原炉通过一体式的烧嘴控制单元控制的烧嘴加热。

2.8 烧嘴控制

烧嘴通过一个温度控制回路和烧嘴控制单元进行控制。烧嘴控制单元控制燃气和空气截止阀、以及点火变压器和火焰监视器的顺序动作。根据温度控制器的输出信号，烧嘴的负荷由一个烧嘴定位器控制。空/燃比是通过PLC控制系统自动调节燃气阀和空气阀来达到正常燃烧。

2.9 气路泄漏检测

一个泄漏测试单元用来验证燃气截止阀的密封性能。这个测试单元控制着两个气体截止阀、以及燃气和空气压力开关，使整个燃烧系统更加安全、可靠。

3 结论

1）酸洗段PLC自动化系统在可用性、先进性、可靠性、可维护性、安全性及开放性各方面都达到设计的要求；同时，作为国内自主设计调式的第一条热轧连退酸洗线也得到了同行业的认可及好评；

2）本系统自动化水平的较高程度的应用，降低操作人员劳动强度，提高劳动生产率，最重要的是提高安全生产保障能力，特别是酸洗段都是在强酸环境下，更能体现远程自动控制系统对操作人员的安全保障能力；

3）本酸洗段自控系统为整条提高热轧连退酸洗线产品质量奠定了基础，保证了带钢的酸洗质量。

[1]邹正文.化工泵与风机控制[M].成都：四川大学出版社，1998.

[2]王树清.过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，2002.

[3]吴勤勤.智能仪表设计[M].上海：华东理工出版社，2005.

[4]S7-300可编程控制器CPU及模板规范手册.德国西门子.

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1674-6708（2011）48-0165-02