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    齊敏（1976-）
女，本科，工程師，目前就職于萊鋼集團自動化部計控管理科。

摘要：萊鋼銀山型鋼130T/H鍋爐自控系統采用Schneider TSX Quantum系列PLC硬件組成基礎自動化系統，監控軟件為MP7.0，編程軟件為Concept 2.6，Windows 2000作為系統平臺界面，組成計算機操作系統，實現人機通訊。網絡系統采用了“透明工廠”設計思想，實現了設備維護及生產操作人員的遠距離訪問和監視。系統自運行以來，運行狀態穩定，很好的實現了各項控制要求和控制功能。

關鍵詞：透明工廠；Quantum；鍋爐自動控制；網絡

Abstract:  The boiler automatic control system of Lai Gang yinshan section 130T/H uses the Schneider TSX Quantum the series PLC hardware as its basic automated system. Its monitoring software is MP7.0, the programming software is Concept 2.6, and the system platform is Windows2000, which comprises the computer operation system, and achieves the man-machine communication. The network system adopts" transparent factory" design idea, which realizes the equipments maintenance and the long-distance surveillance and monitoring. The system runs stably, and control requirements and control function are well satisfied since its application.

Key words: transparent factory；Quantum；boiler automatic control；network

1 概述

    萊鋼銀山型鋼熱電廠130T/H鍋爐為大H型鋼生產線的主要配套項目之一，鍋爐主體計算機控制系統主要完成數據采集、汽包水位控制調節、爐膛負壓控制調節、鍋爐送風自動控制調節、減溫水自動調節控制、減溫減壓器出口蒸汽壓力調節控制、減溫減壓器出口蒸汽溫度調節控制熱風燒嘴和煤氣燒嘴調節控制以及報警、畫面顯示操作、實時趨勢、歷史趨勢、報警記錄和報表打印等功能。

    系統采用Schneider TSX Quantum系列PLC硬件組成基礎自動化系統，監控軟件為MP7.0，編程軟件為Concept 2.6，Windows 2000作為系統平臺界面，組成計算機操作系統，實現人機通訊。網絡系統采用了“透明工廠”設計思想，實現了設備維護及生產操作人員的遠距離訪問和監視。“透明工廠”是建立在信息技術和通訊技術的基礎上，這些技術包括OPC開放軟件標準和WEB技術等，主要包含三方面的內容：基于TCP/IP的通訊、WEB模式的網絡應用和面向對象的編程。其核心是ETHERNET和TCP/IP。

2 系統介紹

    2.1 工藝描述

    萊鋼銀山型鋼熱電廠130T/H鍋爐自動控制系統由煤氣（高爐煤氣、焦爐煤氣）系統、爐體部分、對流受熱面（汽包及冷卻壁，I、II省煤氣，I、II空氣預熱器）、點火器、送/引風機等設備，按照各部風的功能可大致分為汽水系統、風煙系統、燃燒系統、減溫減壓及公用系統幾個子系統。為提高蒸汽品質，鍋爐采用了自制冷凝水，對蒸汽進行減溫，冷凝水主要來自汽包，來自汽包的汽水混合液與給水換熱后，作為冷凝水進入減溫器，對蒸汽進行減溫。利用攝像裝置、監視器、火焰探頭實現爐頂紅外成像，監視爐頂汽包液位、爐內火焰狀況。 

    2.2 硬件使用

    2.2.1硬件性能

    Quantum系統是具有數字量處理能力的專用計算機系統，具有強大的信號處理和邏輯運算能力，具有模板化、可擴充的體系結構，適用于工業實時控制和制造過程控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用遠程的800系列）、I/O接口、通訊模板、電源和底板。典型的Quantum系統組成框圖如圖1所示。

    Quantum系列硬件具有良好的使用性能：

    （1）高吞吐量，使得更多的程序運行時間更短；
    （2）附加的數學協處理器能滿足更多的控制要求，提供更多的可能性及更高的產品質量；
    （3）不使用DIP開關，全部地址用轉換開關設定，Quantum控制器提供了所有下裝模塊的配置特征；
    （4）十進制地址方式排除了在編程，檢查系統時記憶轉換的繁瑣過程；
    （5）所有的I/O模板使用同樣的I/O接線端子，無需考慮板子與接線端子的對應關系；
    （6）運行時每塊模板都有正常信息顯示，使用戶維護更容易；
    （7）擴展總線的LED組，能夠減少診斷故障時間；
    （8）所有模板均可插入底板的任一槽中，對于除了電源模板外的所有模板，沒有對所在槽位的配置限制；
    （9）所有模板均有LED顯示燈指示操作狀態；
    （10）允許模板帶電插拔；
    （11）用于現場接線的端子排插于模板前部。

    2.2.2TCP/IP網絡

    TCP/IP網絡是一種開放式的網絡結構，使不同硬件環境，不同網絡協議的網可以互連，真正達到資源共享，數據通信和分布處理的目標 。它具有高速、高可靠和高安全性；傳輸速度快，成本低 ，是連接HMI與PLC,PLC與PLC,PLC和I/O的通用和有效的傳輸媒介。 TCP/IP協議適用于所有計算機需求的全球化網絡標準，適用于多種平臺，并能作為HTTP、MODBUS、FTP和許多其它協議的載體。

    Quantum以太網TCP/IP模板使得Quantum控制器與采用TCP/IP事實上的標準協議以太網上的設備進行通訊成為可能。以太網模板可以插入現有的Quantum系統并通過光纖或雙絞線電纜與現有的以太網絡相連。

    2.2.3硬件結構

    型鋼熱電廠130T/H鍋爐即采用TCP/IP網絡通訊協議標準進行網絡互連，實現遠程監控。具體就是在鍋爐的主控制機架上安裝一塊以太網模板140 NOE771 01，各上位機監控站上插一塊100M以太網卡，通過專用的五類雙絞線分別連接到網絡交換機上，實現上位機與PLC監控的網絡互連。主機架和各從機架之間的連接，則是通過遠程通訊模板CRP和本地通訊模板CRA之間用Tap分支器連接實現的。對各控制點的處理，Quantum模板將其分為模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出等幾類，每種信號接到專用的模板上進行信號采集，通過程序進行信號處理。

    2.2.4軟件設計

    系統編程采用Schneider 公司Concept 2.6，運用梯形邏輯（LD）和控制功能塊（FBD）相結合的方式實現對鍋爐汽包水位、爐膛負壓、鍋爐送風、減溫水、減溫減壓器出口蒸汽壓力、減溫減壓器出口蒸汽溫度、熱風燒嘴和煤氣燒嘴等的自動調節控制。

    硬件組態可以在程序創建之前、之中或之后進行。配置任務可以以在線（連接到PLC上）和本地（只在PC上）兩種方式進行。配置接受Concept檢測，并且只使用有效的組合，這樣就避免了配置錯誤。在在線模式中，配置好的硬件會立即測試有效性，而輸入錯誤將被排除。在將編程設備和PLC連接后，有效性測試將以實際使用的硬件資源的配置值為基礎進行測試，如果有錯誤將顯示錯誤信息。

    上位機采用Schneider公司Monitor Pro V7上位監控軟件的Server-Client結構，完成對數據的采集、處理和遠程操作監控。

3 主要控制回路設計

    3.1 電動調節執行器的無擾切換控制

    鍋爐燃燒的過程是一個將燃料的化學能轉變為熱能的過程，燃燒自動調節的任務是使燃料所提供的熱量適應蒸汽負荷的需要，同時保證鍋爐經濟、安全運行。為了保證鍋爐的穩定運行，就要保證鍋爐燃燒所需的高爐煤氣、焦爐煤氣和熱風都有合適的供應量。鍋爐采用電動調節執行器控制閥門開度完成對各量的合適配比。對各調節閥的控制均分為層操和角操兩種控制方式。層操時，輸入層操閥門開度，則在同一層上的高爐煤氣閥門、焦爐煤氣閥門或者熱風閥門同時動作，達到設定值，角操時，可以單獨對其中一個閥門進行操作。層操和角操可以進行無擾切換，保證在進行操作切換時，燃燒的穩定性。

    3.2 汽包水位PID自動調節

圖2   汽包水位調節控制示意圖

4 結論

    型鋼熱電廠現有130T/H鍋爐3座，系統均采用Schneider TSX Quantum系列PLC，很好的完成了各項控制功能，系統自運行以來，運行狀況穩定，人機界面清晰簡便，操作靈活，便于操作人員掌握。

其他作者：

    王猛（1982－），本科，工程師，計算機科學與技術專業，現就職于萊鋼自動化部銀山鐵區車間工作，從事自動控制方向的研究與維護工作。

參考文獻：

    [1]李奇平 , 李英華. CS1000在130t/h鍋爐自動控制系統上的應用[J]. 河北理工學院學報. 2001（23）4，34～37.

    [2]施耐德電氣，Concept 2.6 用戶手冊SCDOC606-HEC.

    編號：080530