高爐防灌渣撥風控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　設計（論文）題目：高爐防灌渣撥風控制系統(tǒng)</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　學 號：</b></p><p><b>　　專業(yè)班級： <

2、;/b></p><p><b>　　學 部： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　2012年05月20日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著國家工業(yè)的發(fā)展，在冶金企業(yè)

3、中煉鐵技術的提高，高爐容積的不斷大型化，對高爐的穩(wěn)定性的要求越來越高，而作為高爐煉鐵系統(tǒng)中的鼓風系統(tǒng)是高爐煉鐵當中重要的輔助工藝之一，鼓風系統(tǒng)中的撥風系統(tǒng)的自動化設置又是關系到整個鼓風系統(tǒng)穩(wěn)定的關鍵因素，在高爐冶煉過程中如果一旦出現(xiàn)高爐鼓風機故障停機，供風中斷等情況，就極易會造成高爐“坐料”、“風口灌渣”等惡性事故，嚴重影響高爐生產(chǎn)，不僅會造成設備的損失，也會對高爐的使用壽命、高爐的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響，阻礙整個企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，直接和間接

4、損失巨大,因此，自動撥風控制系統(tǒng)的開發(fā)對于整個高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)和企業(yè)高效率的運轉(zhuǎn)具有重大安全保障和經(jīng)濟效益。</p><p>　　本論文所設計高爐防灌渣自動控制系統(tǒng)的設置的目的是當一臺風機出現(xiàn)故障斷風，影響高爐生產(chǎn)時，自動控制系統(tǒng)及時動作，利用撥風系統(tǒng)判斷出符合撥風要求的風機，通過控制撥風閥的開啟，將滿足條件的正在向其它高爐供風的風機的風量調(diào)撥一部分分給故障停風的高爐，以保證出現(xiàn)故障的風機所供應的高爐不至于灌渣從

5、而維持高爐正常生產(chǎn)，同時不影響提供撥風的機組的正常工作。</p><p>　　本文首先介紹了組態(tài)軟件的發(fā)展和組態(tài)軟件的基本組成、特點及組態(tài)軟件體系結構進行了較全面的闡述,通過分析,肯定了組態(tài)軟件作為生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)編程工具的意義.其次介紹本文西門子WinCC組態(tài)軟件應用的系統(tǒng) – 撥風控制系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)設計、閥門的選擇和撥風量的控制機算.此外,本文從撥風控制系統(tǒng)出發(fā),應用西門子組態(tài)軟件來設計并制作撥風控制畫面.

6、最后,將所設計的撥風控制系統(tǒng)及監(jiān)控畫面投入實際生產(chǎn)來檢驗其是否符合生產(chǎn)需求,并作出總結.</p><p>　　關鍵詞：高爐；組態(tài)；可編程控制器；撥風控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with the development of national industries, in metal

7、lurgical enterprise in the improvement of the ironmaking technology, the stability of the blast furnace of demand is higher and higher, and as a blast furnace ironmaking system of airing system of blast furnace ironmakin

8、g is one of the important auxiliary process, the automation of airing system relates to the stability of the system, wind supply interruption, extremely easy will cause the blast furnace malignant accident, the serious i

9、n</p><p>　　The purpose of the setting of the switch control system designed in this paper is a timely action when a wind turbine failure off the wind, influence the blast furnace production, use of airing sy

10、stem to determine the requirements of the the fan. By control dial wind valve opening, to ensure that the fault blast furnace can maintain the normal production . The safety and stability of blast furnace production and

11、enterprise high efficiency of the operation system has the great security and econom</p><p>　　Firstly, the development of configuration software, the fundamental constitution for configuration software and c

12、haracteristics are analyzes, and the configuration software system construction is also introduced. This paper considers that building a process control system with configuration software is important. Secondly, the syst

13、em using Wincc control software ,which principle ,design ,choice of valve and the control calculation of volume of the wind. furthermore, on the basis of air intake sy</p><p>　　Keywords the blast furnace; on

14、figuration; Programmable Logic Controller; air intake control system </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>&l

15、t;b>　　引 言IV</b></p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1高爐煉鐵工藝概述1</p><p>　　1.2高爐供風系統(tǒng)概述2</p><p>　　1.3本論文選題的背景及意義4</p><p>　　1.4本論文完成的

16、主要工作5</p><p>　　第二章 撥風系統(tǒng)原理及設計6</p><p>　　2.1 撥風裝置的原理設計6</p><p>　　2.2 撥風系統(tǒng)的設計8</p><p>　　2.3 撥風管道與閥門的設計選擇10</p><p>　　2.4 撥風系統(tǒng)撥風量的控制機算12</p><p&

17、gt;　　第三章 西門子PLC_S7-300配置18</p><p>　　3.1 應用PLC的優(yōu)點18</p><p>　　3.2 S7-300硬件組成19</p><p>　　3.3工程設計選型20</p><p>　　第四章 撥風裝置組態(tài)及控制畫面設計26</p><p>　　4.1組態(tài)軟件的發(fā)展26&

18、lt;/p><p>　　4.1.1 組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景26</p><p>　　4.1.2主要組態(tài)軟件產(chǎn)品介紹27</p><p>　　4.2 組態(tài)軟件的任務及功能特點發(fā)展方向29</p><p>　　4.2.1 組態(tài)軟件的應用前景29</p><p>　　4.2.2 組態(tài)軟件的功能特點32</p>

19、<p>　　4.2.3 組態(tài)軟件的發(fā)展方向33</p><p>　　4.3 WinCC 組態(tài)軟件34</p><p>　　4.4 撥風裝置計算機控制邏輯條件的確定及檢測點分布36</p><p>　　4.5 撥風裝置計算機控制邏輯的設計38</p><p>　　4.5.1 工程圖形界面的設定40</p>&

20、lt;p><b>　　結 束 語43</b></p><p><b>　　謝 辭44</b></p><p><b>　　參考文獻45</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　經(jīng)過四年時間的學習，隨著對測控技術

21、與儀器這門專業(yè)的深入認識、學習，我們已經(jīng)具備了一定的獨立的工業(yè)設計基礎，在學業(yè)的最后部分：畢業(yè)設計 當中，為了將我們四年所學的知識與真正的工業(yè)生產(chǎn)相聯(lián)系起來，正確的應用到工業(yè)的生產(chǎn)生活當中去，我選擇了高爐防灌渣自動控制系統(tǒng)的設計這個題目，結合實際應用來鍛煉自己全面的分析問題、解決問題的能力，深入的了解當前工業(yè)控制當中所必須的基本的專業(yè)素質(zhì)、專業(yè)技能，從而為自己步入社會提供良好地機遇。</p><p>　　高爐冶煉

22、生產(chǎn)過程中，撥風系統(tǒng)通過管道風口進入高爐，為冶煉提供必要的燃燒空氣，同時對爐料起到支撐作用，如果冷風突然降低或者消失，高爐內(nèi)部的壓力將致使鐵、爐料倒灌甚至堵住風口，必須停產(chǎn)更換新的風口，這樣不但造成設備的損失，對工廠的連續(xù)化生產(chǎn)也產(chǎn)生巨大的阻礙，如果在風機停機造成高爐煤氣的倒流發(fā)生爆炸，對人身和設備的安全產(chǎn)生巨大影響，因此，高爐防灌渣系統(tǒng)的設計對于改善高爐穩(wěn)定生產(chǎn)具有重大意義。</p><p>　　西門子的Ste

23、p7 SIMATIC Manager 與SIMATIC WinCC Explorer組態(tài)軟件在工業(yè)上應用很廣，該軟件是自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層面的軟件控制與開發(fā)平臺，STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinCC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和

24、菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設計周期，而且提高了工作效率。</p><p>　　這次設計采用Step7 與WinCC進行編程與組態(tài)，通過上位機對現(xiàn)場實時操作和監(jiān)控，及時的將現(xiàn)場的信息反饋到管理人員，方便管理人員管

25、理、控制。</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　1.1高爐煉鐵工藝概述</p><p>　　高爐生產(chǎn)是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1

26、300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏海脤С龅牟糠置簹獍l(fā)電。</p

27、><p>　　圖1.1 高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　高爐冶煉過程: 高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。 </p><p>　　高爐冶

28、煉工藝--爐前操作:1.利用開口機、泥炮、堵渣機等專用設備和各種工具，按規(guī)定的時間分別打開渣、鐵口，放出渣、鐵，并經(jīng)渣鐵溝分別流人渣、鐵罐內(nèi)，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)進行。2.完成渣、鐵口和各種爐前專用設備的維護工作。</p><p>　　3.制作和修補撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。4.更換風、渣口等冷卻設備及清理渣鐵運輸線等一系列與出渣出鐵相關的工作。 </p>&l

29、t;p>　　高爐冶煉主要工藝設備簡介高爐 ： 　　橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹 、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術經(jīng)濟指標良好，工藝 簡單 ，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經(jīng)預熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油

30、、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂排出，經(jīng)除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵 ，還有副產(chǎn)高爐渣和高爐煤氣?！　?lt;/p><p>　　高爐熱風爐介紹 :　　熱風爐是為高爐加熱鼓風的設備，是現(xiàn)代高爐

31、不可缺少的重要組成部分。提高風溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風爐及送風管道結構、預熱煤氣和助燃空氣、改善熱風爐操作等技術措施來實現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實踐表明，采用優(yōu)化的熱風爐結構、提高熱風爐熱效率、延長熱風爐壽命是提高風溫的有效途徑。鐵水罐車:　　鐵水罐車用于運送鐵水，實現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。</p><p>　　1.2高爐供風系統(tǒng)概述 </p>

32、<p>　　一、高爐鼓風機的定義</p><p>　　高爐鼓風機定義：它是能將一部分大氣匯集起來，并通過加壓提高空氣壓力形成具有一定壓力和流量的高爐鼓風，再根據(jù)高爐爐況的需要進行風壓、風量調(diào)節(jié)后將其輸送至高爐的一種動力機械。從能量的觀點來看，高爐鼓風機是把原動機的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機械。</p><p>　　鼓風機的作用：向高爐送風，以保證高爐中燃燒的焦炭和噴吹的燃料所需

33、的氧氣。另外，還要有一定的風壓克服送風系統(tǒng)和料柱的阻損，并使高爐保持一定的爐頂壓力。</p><p>　　高爐鼓風設備是為冶煉高爐提供足夠的含氧空氣，它是高爐生產(chǎn)的重要組成部分。由于高爐冶煉的連續(xù)性，要求鼓風機均勻地供給一定量的空氣，另外還應有一定的風壓，以克服送風系統(tǒng)和料柱阻力，并使高爐保持一定的爐頂壓力，在整個冶煉過程中，由于原料、燃料、操作等條件的變化，引起爐況經(jīng)常改變，也相應地要求供風參數(shù)也要變化，所以要

34、求高爐風機具有一定的穩(wěn)定調(diào)節(jié)范圍和可靠的安全控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　鼓風機的工作原理</b></p><p>　　常用的高爐鼓風機有三種類型:固定靜葉角度軸流式鼓風機:帶有中間冷卻器的多級離心式鼓風機;可調(diào)靜葉角度軸流式鼓風機高爐鼓風機的驅(qū)動裝置多選用變轉(zhuǎn)速汽輪機(純凝式或抽凝式)或同步電機，也有采用定轉(zhuǎn)速汽輪機及小功率異步電機的機組。</p&g

35、t;<p>　　常見鼓風機工作原理見下：</p><p>　　㈠離心式鼓風機工作原理</p><p>　　鼓風機在原動機帶動下高速旋轉(zhuǎn)，它利用旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，使流體獲得能量，使流體通過葉輪后的壓能和動能都能得到升高，從而能夠?qū)⒘黧w輸送到高處或遠處。</p><p>　?、孑S流式鼓風機工作原理</p><p>　　風機在原動機

36、帶動下，利用旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓，推進力使流體獲得能量，升高其壓能和動能。氣體從進風口軸向進入葉輪，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)，葉片對氣體作功，使氣體能量升高，然后流入導葉。導葉的作用一方面將偏轉(zhuǎn)的氣流變?yōu)檩S向的流動方向；另一方面將氣流的動能變?yōu)閴毫δ堋４撕?，氣體流過擴散筒及整流體，隨著過流斷面擴大，進一步將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。軸流泵的流動情況也與此類似。由此可見，在軸流式風機中流體都是沿軸向流動的，它們沒有沿葉輪半徑方向的流動。</p>&

37、lt;p>　?、缛o葉可調(diào)式軸流式鼓風機工作原理</p><p>　　目前大型高爐鼓風機采用的是進口全靜葉可調(diào)。如：4＃，5＃，6＃，7＃機。</p><p>　　利用調(diào)節(jié)進口靜葉角度開關大小來改變風機的性能參數(shù)，當進口角度開度小時，軸流式鼓風機性能參數(shù)隨角度的關小而變小，反之變大。因為鼓風機的原動機是定轉(zhuǎn)速運行，故只有改變進口條件，才能滿足用戶要求經(jīng)濟運行。</p>

38、<p>　　全靜葉可調(diào)的調(diào)節(jié)原理：靜葉可調(diào)有較大的風量變化范圍，可達到設計流量的 72~135％。當開大角度時，流量大幅度增加，壓比上升，效率提高，開始喘振的流量增大，穩(wěn)定范圍擴大，最大軸功率正向大流量區(qū)方向移動；當關小角度時，流量大幅度降低，壓比下降，效率降低，開始喘振的流量減小，但小流量區(qū)穩(wěn)定范圍擴大，最大軸功率向小流量區(qū)移動。</p><p>　　鼓風機的防喘保護的作用：</p>&

39、lt;p>　　鼓風機正常運行中，由于機組本身或外部原因可造成風壓升高，風量下降，為防止風機的運行點進入不穩(wěn)定工況區(qū)發(fā)生喘振，特設定了防喘振保護器，當風壓、風量達到放風線后，防喘保護器動作，適當開啟放風門，保持風壓、風量在放風線的右下方運行。</p><p>　　喘振、逆流保護的作用：</p><p>　　鼓風機的喘振、逆流是鼓風機最危險的事故之一，如果不及時的消除，就會造成機組的損壞

40、。喘振、逆流保護的作用就是當鼓風機發(fā)生喘振逆流時（逆流時是指逆止閥失靈產(chǎn)生逆流，此時逆流保護動作，發(fā)出信號將放風閥打開），保護器立即動作，迅速開啟放風門，降低風壓，以防止再次喘振。</p><p><b>　　高爐供風統(tǒng)的結構：</b></p><p>　　高爐供風統(tǒng)的結構主要有兩種:單機單爐制和母管制。單機單爐制即一臺鼓風機單獨對應一座高爐;母管制，即通過閥門切換控

41、制實現(xiàn)任意一臺風機可以給任意一座高爐供風的形式。采用母管制在供風選擇上可以更加靈活，更能適應大型冶金企業(yè)的設備檢修和正常生產(chǎn)的需要。</p><p>　　高爐鼓風機所送出的冷風主要用于高爐冶煉，高爐鼓風機所產(chǎn)生的壓縮空氣通過幾十個風口進入高爐爐膛內(nèi)，提供冶煉所需要的氧氣，同時具有一定的風壓，用于克服送風阻力和料柱阻力，并維持一定的爐頂壓力。在高爐內(nèi)，冷風通過熱風爐被加熱到1000℃以上形成熱風，使鐵礦石、焦炭、石

42、灰石三種原料進行充分的還原反應，生成鐵水并產(chǎn)生爐渣，沉入爐缸內(nèi)。到一定的時間,利用爐渣比重輕于鐵水，分別出鐵水和爐渣一次。如果未到出鐵時間，由于鼓風機出現(xiàn)故障而停止送風時，將導致冷風壓力急劇下降，未分離的鐵水和爐渣的混合物將下沉灌入風口并凝結，即為風口灌渣。尤其在高爐即將出鐵前(或出鐵后40分鐘后)，風機突然停風往往導致高爐風口、直吹管、彎頭大灌渣等重大生產(chǎn)事故。一旦風口灌渣，處理一次灌渣事故約10多個小時，加大高爐恢復正常的時間，以及

43、恢復風口的費用，將使企業(yè)產(chǎn)生重大損失。</p><p>　　高爐供風系統(tǒng)的供風是否正常將直接影響高爐的正常生產(chǎn)。如果冷風供應系統(tǒng)可靠，滿足高爐頂壓需求，那么高爐利用系數(shù)將增加，高爐將穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。</p><p>　　如果高爐供風系統(tǒng)工作失常，即向高爐供應的冷風由于事故突然中斷，那么高爐必將發(fā)生風口灌渣的嚴重事故，給企業(yè)造成巨大損失，并對高爐木身產(chǎn)生很大的損傷。因此對高爐供風系統(tǒng)工作的可靠性

44、要求較高。</p><p>　　1.3本論文選題的背景及意義</p><p>　　隨著國家工業(yè)的發(fā)展，在冶金企業(yè)中煉鐵技術的提高，高爐容積的不斷大型化，對高爐的穩(wěn)定性的要求越來越高，而作為高爐煉鐵系統(tǒng)中的鼓風系統(tǒng)是高爐煉鐵當中重要的輔助工藝之一，鼓風系統(tǒng)中的撥風系統(tǒng)的自動化設置又是關系到整個鼓風系統(tǒng)穩(wěn)定的關鍵因素，在高爐冶煉過程中如果一旦出現(xiàn)高爐鼓風機故障停機，供風中斷等情況，就極易會造成

45、高爐“坐料”、“風口灌渣”等惡性事故，嚴重影響高爐生產(chǎn)，不僅會造成設備的損失，也會對高爐的使用壽命、高爐的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響，阻礙整個企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營，直接和間接損失巨大,因此，自動撥風控制系統(tǒng)的開發(fā)對于整個高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)和企業(yè)高效率的運轉(zhuǎn)具有重大安全保障和經(jīng)濟效益。</p><p>　　為盡量減少和避免由于風機故障而造成的高爐灌渣事故，本論文選擇了兩高爐鼓風機供風系統(tǒng)撥風裝置及其自動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)為論文選題

46、。</p><p>　　設置撥風系統(tǒng)的目的就是:當一臺風機出現(xiàn)風機故障斷風情況時，利用撥風系統(tǒng)將正在向其它高爐供風的風機的供風量調(diào)撥一部分供給故障停風的高爐，以保證該故障風機所供風的高爐不致灌渣，而維持該高爐的極限生產(chǎn)。</p><p>　　所選高爐鼓風機基本技術參數(shù)表：</p><p>　　表1-1 所選高爐鼓風機基本技術參數(shù)</p><p&g

47、t;　　1.4本論文完成的主要工作</p><p>　　本論文是運用所學的自動控制理論基礎，結合針對當前中小型鋼鐵廠的生產(chǎn)實際中存在的高爐灌渣事故而設計的一套可行的防灌渣撥風控制系統(tǒng)，采用西門子系列組態(tài)軟件對其生產(chǎn)過程進行自動化控制。以WinCC開放式體系結構的組態(tài)軟件為開發(fā)工具，設計形象直觀，實時有效的人機接口，實現(xiàn)畫面、信息、控制理論的集中組態(tài)與管理，控制分散的過程控制系統(tǒng)。</p><p

48、>　　第二章 撥風系統(tǒng)原理及設計</p><p>　　2.1 撥風裝置的原理設計</p><p>　　在現(xiàn)代化冶金企業(yè)中，高爐供風系統(tǒng)是非常重要的系統(tǒng)，高爐供風系統(tǒng)的可靠性直接影響高爐的正常生產(chǎn)。當運行的風機突然發(fā)生故障緊急停機時，如果此時正處在高爐出鐵前，則會引起高爐風口灌渣的惡性事故，高爐被迫緊急休風。然后，更換被灌渣的風口、風管等送風裝置，一般需要8至16h，還要經(jīng)過二至四天的

49、爐況恢復，高爐才能恢復正常生產(chǎn)，如果因風機跳閘引起高爐煤氣倒流發(fā)生爆炸，則直接威脅人身和設備安全。</p><p>　　由于風機故障停機往往具有突然性和不可預見性，一般在幾十秒鐘之內(nèi)就會使風壓降至0.1M pa以下，而汽輪鼓風機的啟動，從啟動到正常需時90分鐘左右，所以不可能預先采取開啟備用機等有效措施來防止高爐斷風，為避免高爐灌渣的惡性事故，結合鋼廠的實際，我決定在三座高爐供風管道之間設計撥風裝置，對所增設的撥

50、風裝置既要保證動作的靈敏性，又要確保供風的可靠性，最終達到既保護高爐、又能使鼓風機安全運行的目的。</p><p>　　本章針對鋼廠高爐供風系統(tǒng)的實際情況，對撥風裝置的原理及撥風系統(tǒng)進行設計，并對撥風管道與閥門的設計與選擇進行了討論最后對如何控制撥風量進行了詳細的論述。根據(jù)我們對高爐正常運行時工況的統(tǒng)計，目前各高爐的正常運行時所需冷風情況如下表：</p><p>　　表2-1 各高爐所需冷

51、風情況</p><p>　　通過上表我們可以看出，在正常情況下,4個風機的出力都能滿足彼此的需求，所以,在其中任意一臺風機出現(xiàn)故障的情況下,另一臺都能為其撥風.</p><p>　　撥風系統(tǒng)的工作原理設計</p><p>　　本撥風系統(tǒng)采用S7-300為三座高爐的四臺鼓風機（一臺備用）進行撥風的控制。在各鼓風機之間設撥風系統(tǒng)，實現(xiàn)各鼓風系統(tǒng)風量及風壓的調(diào)配，三臺在線

52、運行的鼓風機分別獨立為三座高爐送風母管供風，為避免鼓風機故障停機而造成高爐斷風事故，在三座高爐供風母管上特設雙向快速撥風閥組。當其中一臺正常運行機組出現(xiàn)故障而造成突然斷風時，通過管內(nèi)風壓、流量的測定，PLC經(jīng)過檢測后，控制快速撥風閥組將另一個正常工作的供風母管的部分風量送入故障機組提供給供風母管，從而使得兩座高爐風壓維持在可導致冶高爐灌渣的風壓之上，最大程度減少經(jīng)濟損失。</p><p>　　我所設計的撥風裝置結

53、構是在送風管道之間，兩兩安裝一條聯(lián)絡管道，并在其上安裝三個閥門，左右兩側(cè)為電動蝶閥(該閥不參與撥風控制)，正常處于開啟狀態(tài);在進行撥風閥檢修或試驗時，兩側(cè)的電動蝶閥關閉。中間為快速開啟撥風閥，正常處于關閉狀態(tài);當風機故障停機時撥風閥迅速開啟。</p><p>　　圖2.1 撥風裝置結構</p><p><b>　　撥風系統(tǒng)需求分析</b></p><

54、;p>　　高爐與鼓風機在正常工作運轉(zhuǎn)過程中對各項性能指標的要求比較嚴格，因此，撥風系統(tǒng)的設計既要滿足當高爐鼓風系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能及時通過PLC調(diào)配風量，也要考慮到各個參數(shù)的正常，一個鼓風機出現(xiàn)故障緊急停機后，為故障風機提供風量的鼓風機自身不能因為向另外供風母管供風而超負荷運轉(zhuǎn)，杜絕因為超負荷運轉(zhuǎn)而停機，造成事故的擴大化。</p><p>　　高爐不灌渣要求風壓不低于0.18Mpa，風量不低于2500N。當風機

55、故障停機后，高爐進風口壓力自正常生產(chǎn)壓力降至判斷供風系統(tǒng)故障風壓的時間為，再進一步降至維持極限生產(chǎn)的供風風壓的時間為，這就要求撥風系統(tǒng)的啟動設計限定時間內(nèi)完成撥風。</p><p>　　對于高爐爐容為2200立方米及以下的高爐，要避免高爐灌渣，根據(jù)煉鐵高爐冶煉工藝專業(yè)技術人員提出的要求，必須滿足以下三個條件:</p><p>　　a 高爐在10秒鐘以內(nèi)復風</p><p

56、>　　b 入爐風量不得小于1200 m3/min</p><p>　　c 入爐風壓大于等于 0.12Mpa</p><p>　　這三個條件為“與”條件，即必須同時滿足才能保證正常運行的高爐避免灌渣。</p><p>　　風機具備鼓風的最低條件必須具備才允許對故障風機進行鼓風即：提供鼓風的母管風壓大于0.3Mpa，風量大于4000N，壓力變送器工作正常，流量變送

57、器工作正常。除此之外，風機正常運行時可能處于定風量或定風壓模式，當撥風后為避免風機快速追趕設定的風量或風壓而引起喘振或逆流，在開始撥風前必須先將風機模式由自動模式切換到手動模式。</p><p>　　在實際運行中，其中一臺高爐鼓風機發(fā)生故障時，由于供風管道容積較大，入爐風壓下降至0.12Mpa尚需一定時間。因此只要我們所選擇的撥風閥(快切閥)能夠在一定的時間內(nèi)打開給系統(tǒng)充壓，就可以保證入爐風壓大于等于0.12Mp

58、a。風機在正常運行時吸入風量一般為4500N以上，折算到0.12Mpa風壓所對應的風量為3060 ，即使撥出1200 的風，剩下的冷風依然可以基本滿足原高爐的生產(chǎn)需要。</p><p>　　綜上所述 ，如果設計合理，使用撥風裝置既可以保證事故高爐不灌渣，又可以保證原授風高爐的極限生產(chǎn)，也就是說上述撥風原理可行。</p><p>　　2.2 撥風系統(tǒng)的設計</p><p&

59、gt;　　鼓風車間管道布置較為集中，根據(jù)實際現(xiàn)場工藝情況，我決定在鼓風車間高爐冷風供出管道上施工、安裝撥風裝置，實施所設計的撥風系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)兩臺高爐鼓風機的配置及其供風能力的介紹，以及兩座高爐的爐容量和正常運行時對冷風的需求等情況，在正常生產(chǎn)工況下，1#,2#,3# 風機分別獨立給1#,2#,3#三座高爐供風,若出現(xiàn)故障,兩兩之間可以互相撥風以維持極限生產(chǎn)。 圖2.2 增設了撥

60、風控制系統(tǒng)的鼓風機供風系統(tǒng)</p><p>　　圖中 V13表示1# 高爐送風母管與2# 高爐送風母管之間的撥風閥，V23表示2#高爐送風母管與3# 高爐送風母管之間的撥風閥，V33表示3# 高爐送風母管與1# 高爐送風母管之間的撥風閥。V12、V14、V22、V24、V32、V34表示撥風閥兩側(cè)的電動蝶閥; 系統(tǒng)中 V13、V23、V33這個撥風閥為快速開啟閥，設開、關、停三個位置，動作時間小于10秒，正常工作

61、時處于全關位置，可以分別在控制室內(nèi)實行遠程操作和在閥門旁實行就地操作。V12、V14、V22、V24、V32、V34這6個關斷閥，設開、關、停三個工作狀態(tài)，系統(tǒng)正常工作時依據(jù)所要控制的冷風流量將閥門鎖定在指定開度位置。在撥風閥動作后，該開度將保證所需要的冷風流量通過;系統(tǒng)正常工作時，為防止誤操作，而將開、關操作電源拉掉。這樣我們就可以根據(jù)高爐及風機生產(chǎn)實際情況的需求使撥風閥V13、V23、V33的動作，以滿足在某一風機故障時，將預定的某

62、一正常運行的風機給故障風機所對應的高爐撥一部分風，來滿足該高爐的極限生產(chǎn)，保證該座高爐不灌渣。4#備用風機采用V41、V42、V43與三個撥風管道相連，當1#、2#、3#風機其中一臺休風時，可</p><p>　　2.3 撥風管道與閥門的設計選擇</p><p><b>　　1、撥風管道的設計</b></p><p>　　我們選用D630 X

63、8螺旋卷焊鋼管作為撥風管道聯(lián)通管，管子表面不得有裂縫、結疤、毛刺、壓痕和深的劃痕存在，氧化鐵皮、毛刺等必須清除。</p><p>　　管道采用焊接連接，管子焊縫不得有以下缺陷:</p><p>　　(1)焊縫高度、寬度不均勻</p><p>　　(2)夾渣、氣孔、裂紋等</p><p>　　(3)焊縫表面應光滑，不允許有飛邊和尖角</p

64、><p>　　(4)焊縫進行5%射線探傷</p><p>　　為減少撥風管系對原有送風管道的推力，我采用了兩個SPT6-600型旁通式直管壓力平衡型補償器，要求補償器軸向剛度小于350N/m/m。在安裝時，必須防止其損壞，如壓痕、劃傷、引弧和焊接飛濺物，焊接管道時，應用無氯濕石棉保護。</p><p>　　圖2.3 撥風管道結構示意</p><p&g

65、t;<b>　　2、撥風閥門的選擇</b></p><p>　　在此項設計中，工作介質(zhì)為空氣，介質(zhì)溫度為180－260℃之間，而且在工藝上嚴格要求閥門的嚴密性，以防各高爐之間的竄風，從而保證各座高爐的安全生產(chǎn)。因此撥風閥的選擇極為關鍵。</p><p>　　通常所涉及的系統(tǒng)較多，因而所使用的閥門也較多，尤其是在風系統(tǒng)上使用的閥門，常常由于質(zhì)量不過關而發(fā)生卡澀現(xiàn)象，如果

66、這個閥門為兩座高爐冷風管道之間的連通閥門（例如撥風閥)，這樣在檢修故障閥門時常常最少要涉及兩座高爐和兩臺風機，就會嚴重影響高爐的生產(chǎn)，因此供風系統(tǒng)閥門的選擇非常重要。以往在送往各高爐的配風門上，我們使用最多的是閘閥，其優(yōu)點是關閉嚴密，但其缺點是開關時間太長、而且需要旁路門，這樣就會使系統(tǒng)更加復雜，維護起來更加麻煩。隨著閥門制造工藝水平的提高，蝶閥以其開度線性好、密封嚴、維護簡便逐漸成為我們的首選。</p><p>

67、;　　通過技術及經(jīng)濟性比較，我選用德國阿達姆斯生產(chǎn)的MAK雙向零泄漏三偏心硬密封電動快啟蝶閥，在結構上，其三偏心斜置錐形基座密封系統(tǒng)中，軸與閥體中心線相對偏心;軸與閥板平面相對偏心，蝶板相對閥體斜置:軸與圓錐形密封基座中心線相對偏心。</p><p>　　而最重要的一點，該閥門全開可在6秒之內(nèi)完成，完全符合煉鐵工藝所提出的10秒內(nèi)給系統(tǒng)充壓的需求。</p><p>　　由于需要該閥具有快速

68、開啟的功能，因此，對于閥門的執(zhí)行機構也有特殊的要求。另一方面，在本撥風系統(tǒng)中，要實現(xiàn)閥門的計算機自動控制，執(zhí)行機構是控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，它的作用是接收計算機發(fā)出的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機構的動作。因此各撥風閥門執(zhí)行機構的功能與技術指標直接關系到自動控制的成功與否。</p><p>　　執(zhí)行機構分為氣動、電動、液壓三種類型。氣動執(zhí)行機構的特點是結構簡單、價格低、防火防爆;但其缺點是需要較高壓力的氣體作為

69、原動力，因此需設外部系統(tǒng)，系統(tǒng)結構復雜，維護量大。液壓執(zhí)行機構的特點是推力大，精度高，以其開關快捷、準確、時間短而在很多重要部位使用，例如某廠高爐鼓風機組的防喘振閥門基本選用此種閥門，其全開時間在3秒之內(nèi)。但是由于其為液壓控制閥，需要液壓介質(zhì)和油泵，這樣造價比較高，而且又附加了許多設備，維護工作量大。電動執(zhí)行機構的特點是體積小、種類多、使用方便，而且附屬設備少，維護起來比較簡單。</p><p>　　因此在滿足撥

70、風系統(tǒng)6-8秒全開的工藝要求下，我們選擇了Rotork 1Q型執(zhí)行機構。</p><p>　　該執(zhí)行機構有很多優(yōu)點，可以滿足撥風系統(tǒng)計算機自動控制所需要的功能:</p><p>　　(1) 該執(zhí)行器具有現(xiàn)場/停止/遠程操作選擇器。</p><p>　　(2) 該執(zhí)行器可在接線完成后，不必打開電氣端蓋即可進行調(diào)整。用紅外線設定器可實現(xiàn)力矩、限位以及其他功能的設定。&l

71、t;/p><p>　　(3)IQ執(zhí)行器帶有一個可接受4個輔助輸入(AUXI- A11X4) 的裝置。用于對帶有Modbus模塊、并需增加遠程控制或數(shù)字輔助輸入的控制和反饋功能的執(zhí)行器，也可同時提供遠程控制和無源輸入信號。在PF功能下顯示的卜六進制數(shù)字可以被認為是一個“軟件掩碼”。這個掩碼可以告訴Modbus模塊所期望的輸入形式，控制或輸入信號，以及輸入觸點的形式(即常開或常閉)。</p><p&g

72、t;　　所以通過技術性能和經(jīng)濟性比較，我們選擇德國阿達姆斯生產(chǎn)的MAK雙向零泄漏三偏心硬密封電動快啟蝶閥作為撥風閥。</p><p>　　在撥風系統(tǒng)使用過程中，撥風閥處于全開或全關狀態(tài)，而兩邊不參與控制的電動蝶閥的作用主要為限制撥風量為所需值，及在進行撥風閥檢修或試驗時，用來切斷撥風管與原系統(tǒng)的聯(lián)系。</p><p>　　2.4 撥風系統(tǒng)撥風量的控制機算</p><p&

73、gt;　　撥風系統(tǒng)正常運行要求其既要保證事故機組供風的高爐不斷風，維持其極限生產(chǎn)，又要在撥風后對撥風機組所供高爐影響最小。這就要求我們對撥風量進行控制，即通過控制兩邊電動蝶閥的開度來控制撥風量。</p><p>　　根據(jù)高爐的需求，入爐風量為1200 3m/min，風壓不低于0.12Mpa,高爐就能維持極限生產(chǎn)。所以必須通過計算才能確定兩邊電動蝶閥的閥門開度與風量的對應關系，從而通過控制撥風閥兩邊蝶閥的開度來控制

74、撥風量。實際流體在管內(nèi)流動時，由于存在阻力，要損失一部分機械能，稱為能量損失。管流的能量損失由兩部分組成:一部分是由于流體的粘性力所引起的，發(fā)生在整個流程上的“沿程損失”，這種損失的大小與流體的流動狀態(tài)有著密切的關系;另一部分是發(fā)生在局部管段上的，由流動狀態(tài)急劇變化所產(chǎn)生的旋渦和速度分布變化所引起的“局部損失”。</p><p>　　通常管道流動中單位重量流體的沿程損失用下式表示:</p><

75、p><b>　?。?－1） </b></p><p>　　式中為沿程阻力系數(shù)，它與流體的粘度、流速，管道內(nèi)徑以及管壁粗糙度等有關，是一個無因次系數(shù)，由實驗確定; 為管道長度;d為管道內(nèi)徑;為單位重量流體的動壓頭(速度水頭)。由式(3-1)可以看出，在同樣條件下，管道越長，損失的能量越大，這是沿程阻力的特征。</p><p>　　管流中單位重量流體的局部能量損失

76、用下式表示:</p><p><b>　　(3-2) </b></p><p>　　式中為局部阻力系數(shù)，是一個無因次的系數(shù)，根據(jù)不同的管件由實驗確定。工程上的多數(shù)管道系統(tǒng)既有許多等直管段，又有許多管件(例如變管、接頭閥門等)連接著。這時整個管道的能量損失顯然應該分段計算，而后把它們疊加起來，</p><p><b>　　即：<

77、;/b></p><p><b>　?。?－3）</b></p><p>　　空氣在不同的壓力和溫度下其密度是不同的，根據(jù)不同工作狀況，空氣的密度可根據(jù)下式計算:</p><p><b>　?。?－4）</b></p><p>　　式中，－某溫度t與壓力p狀態(tài)下干空氣的密度，kg/m3<

78、/p><p>　　－0oC、壓力為0.1013MPa狀態(tài)下千空氣的密度，</p><p>　　P - 絕對壓力 MPa</p><p>　　t - 攝氏溫度 ℃</p><p>　　在工程上一般氣體被看作可壓縮流體，如果忽略氣體流動時的位能變化，則可壓縮氣體絕熱流動伯努利方程為：</p><p>　　（3－5）式中，k

79、－絕熱系數(shù)，對于空氣k=1.4</p><p>　　P1、P2－截面1, 2處的壓力 Pa</p><p>　　、-截面1, 2處流體的密度 </p><p>　　V1、V2-截面1, 2流體的平均流速 m/s</p><p>　　根據(jù)流體的連續(xù)性方程，流體在管道中作穩(wěn)定流動時，在同一時間內(nèi)流過管道每一截面的質(zhì)量流量相等，即</p

80、><p><b>　　（3－6）</b></p><p>　　式中，、-截面1, 2處流體的密度 </p><p>　　V1、 V2 - 截面1、2 流體的平均流速 m/s</p><p>　　A1、 A2 - 截面1,2 處的截面積 m2</p><p>　　管道容積流量計算公式如下:&l

81、t;/p><p><b>　　（3－7）</b></p><p>　　管道面積計算公式如下：</p><p><b>　?。?－8）</b></p><p>　　式中，d-管道直徑 </p><p>　　閥門生產(chǎn)廠家提供了蝶閥局部阻力系數(shù)與蝶閥開度的關系(表3-5): <

82、/p><p>　　表2-2 蝶閥局部阻力系數(shù)與蝶閥開度的關系</p><p>　　另外，閥門廠家還提供了流量閥門開度的特性曲線圖5：</p><p><b>　　流量系數(shù)C %</b></p><p>　　圖2.4 蝶閥流量特性</p><p>　　圖中縱坐標為閥門開啟程度(角度)，即閥門全關對應于蝶

83、閥開度為0度，閥門全開對應于蝶閥開度為90度;橫坐標為流量系數(shù)C值，它的定義為對應于閥門一定的開度所通過的流量與閥門全開時所通過的流量的比值百分數(shù)。</p><p>　　從該圖我們可以看出，流量與閥門開度的關系基本呈線性關系，而對于定常流動，流量與通流面積成正比，這樣我們就可以計算出閥門開度同流量及面積的關系。</p><p>　　在撥風閥未動作前，風機正常給高爐送風，根據(jù)上文高爐正常工作

84、時風量、風壓的統(tǒng)計，可知風機吸入風量一般為4500m3/min，排風壓力為0.325MPa(表壓力)，換算為絕對壓力為0.415 MPa，吸入風壓為當?shù)卮髿鈮?.09 MPa(絕對壓力)，吸入風溫我們?nèi)?0C，排風溫度平均為2300C(實際測量值)。</p><p>　　為計算方便，將吸入冷風截面定為01-01截面，風機出口截面為1-1截面，撥風閥動作后撥風動作截面為2-2界面，撥風閥動作后原授風高爐供風截面為3

85、一3截面。見下圖：</p><p>　　圖2.5 冷風流向示意圖</p><p>　　這樣根據(jù)前面介紹，就可以知道如下已知參數(shù):</p><p><b>　　撥風閥未動作前:</b></p><p>　　吸入風壓P01=0.09MPa(絕對壓力)，吸入風溫t01= 00C，吸入風Q01=4500m3/min，將P01、t

86、01代入式(3一4)得此時空氣密度為01 =1.149kg/m3;風機出口排風壓力P1=0.415 MPa(絕對壓力)，排風溫度t1=2300C,將P1、t1代入式(3-4)得此時空氣密度為1=2.875kg/m3,該處的管道內(nèi)徑為d1=1400 mm。</p><p>　　對01-01截面，1一1截面，根據(jù)連續(xù)性方程(3一6),( 3一7)，計算可得V1=20m/s撥風閥動作后，截面2-2參數(shù)則為:</p

87、><p>　　在保證高爐不灌渣的前提下風量為1200 m3/min，即Q2=1200 m3/min，風壓為0.12 Mpa(表壓力)，即P2=0.21 Mpa〔絕對壓力)，此時的排風溫度為t2=160℃(實際測量值)，將P2、t2代入式(3-4)得此時空氣密度為。 </p><p>　　撥風管道及閥組布置在現(xiàn)有6＃鼓風機濾風室附近，在這里送往各高爐的風管道之間的距離很近，因此沿程阻力很小，在計

88、算中可以將其忽略，而只考慮閥門開關程度所造成的局部損失，即。</p><p>　　另外，撥風系統(tǒng)的三個閥門都為蝶閥，為使計算簡便，我們在實際控制中將其中一個電動蝶閥打到全開位置，而撥風閥在動作后也為全開位置，這樣由于閥門而引起的局部損失就分為三部分，其局部阻力系數(shù)分別為（閥門編號示意圖見圖2），根據(jù)表3.1，，現(xiàn)在只有的值無法知道。</p><p><b>　　即</b&g

89、t;</p><p>　　將數(shù)值代入伯努利方程（3－5），得</p><p>　?。?－9）式中，為未知數(shù)，假設閥門開度為40％，則＝16，總的局部阻力系數(shù)＝16.6，代入上式，可得V2=229 m/s.</p><p>　　將V2、Q2代入式(3-7)得A2=0.0873 m2</p><p>　　從管道設計知撥風管道直徑，這樣撥風管道總

90、的通流面積為</p><p>　　對于定常流動，在相同工況下，流量與通流面積成正比，所以流量系數(shù)可以看成為通流面積比，即閥門開度所產(chǎn)生的通流面積與管道總的通流面積的比值。也就是說</p><p>　　根據(jù) C 值，由蝶閥流量特性曲線得閥門開度為45度，對應的蝶閥開度百分數(shù)為50%.</p><p>　　根據(jù)計算得到的蝶閥開度應為50% ，查表得=8 .3，代入式(3

91、-9),得到一個V2值，再將V2、Q2代入式(3-7)得到一個A2值，又可以得到一個值，即C值，根據(jù)C值，查蝶閥流量特性曲線得閥門開度，又可以計算得出一個對應的蝶閥開度。這樣反復迭代最終就可以得到一個恰當?shù)拈y門開度。經(jīng)過計算最終閥門開度應為47% ，對應的閥門開啟角度為42度。</p><p>　　正常運行的高爐給事故高爐撥出風壓為0.12MPa、風量為1200m3/min的風以后，這座高爐能夠維持其極限的生產(chǎn)嗎

92、?</p><p>　　從前文可知，要維持爐容為2200m3及以下的高爐的極限生產(chǎn)，必須保證壓大于等于0.12Mpa的入爐風量不得小于1200 m3/min。也就是說，要維持兩座高爐的正常極限生產(chǎn)，一共需要對應于風壓為0.12Mpa的冷風2400 m3/min.根據(jù)流量連續(xù)性方程(3一6)，對應的風機的吸入風量為3530 m3/min即可滿足要求。根據(jù)前面所統(tǒng)計的高爐實際運行工況(表2)，在高爐正常運行時，1#,

93、 3# ,4#高爐的風機吸入風量一般為4700 m3/min以上，因此說原授風高爐所剩余的風量可以滿足原授風高爐的極限生產(chǎn)需要，完全可以維持其極限生產(chǎn)。</p><p>　　根據(jù)上述計算，最終將兩個固定開度的蝶閥中的一個開度定為47% 、即42度，另一個開度為100% 、即90度，這樣就可以滿足故障高爐的基本需求，又可以維持正常運行高爐的極限生產(chǎn)。</p><p>　　第三章 西門子PLC

94、_S7-300配置</p><p>　　3.1 應用PLC的優(yōu)點</p><p>　　1．抗干擾能力強，可靠性高微機雖然具有很強的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動,機械振動，溫度和濕度的變化，都可以使一般通用微機不能正常工作。而 PLC 在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，I／O系統(tǒng)設計有完善的

95、通道保護與信號調(diào)理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施；所有這些使 PLC 具有較高的抗干擾能力。PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。 </p><p>　　2．控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強PLC及外圍模塊品種

96、多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC 的端子上接人相應的輸入／輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而又繁雜的硬接線線路。當控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個 PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入／輸出組件和應用軟件的不同。PLC 的輸入／輸出可直接與交流220 v，直流 24v 等強電相連，并有較強的帶負載能力。

97、 </p><p>　　3．編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間學會。 </p><p>　　4．功能完善PLC的輸入／輸出系統(tǒng)功能完善，

98、性能可靠，能夠適應于各種形式和性質(zhì)的開關量和模擬量的輸入／輸出。在PLC內(nèi)部具備許多控制功能，諸如時序、計算器、主控 繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時，鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強制 I／O 等諸多功能，不僅具有邏輯運算、算術運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬運</p><p>　　算、顯示、監(jiān)控、打印及報表生成功能。此外，它還可以和其他微機系統(tǒng)、控制設備共同組成

99、分布式或分散式控制系統(tǒng)，還能實現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運算及快速中斷等功能。因此 PLC 具有極強的適應性，能夠很好地滿足各種類型控制的需要。 </p><p>　　5．設計、施工、調(diào)試的周期短用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏(柜)的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式

100、結構，且已商品化，故僅需按性能、容量(輸入／輸出點數(shù)、內(nèi)存大小)等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。因為PLC是通過程序完成控制任務的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強制和仿真的功能，故程序的設計、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設計和投運周期。</p><

101、;p>　　6．體積小維護操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC 的輸入／輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I／O 點狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統(tǒng)進行監(jiān)視。</p><p>　　3.2 S7-300硬件組成</p><p>　　S7-300系列PLC

102、的硬件包括CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊、編程設備。</p><p><b>　　1．CPU模塊</b></p><p>　　CPU模塊主要由微處理器(CPU芯片)和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序、刷新系統(tǒng)的輸出。</p><p><b>　　2．信號模塊<

103、/b></p><p>　　信號模塊包括輸入模塊和輸出模塊。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數(shù)字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。</p><p>　　開關量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)顯裝置和報捷

104、裝置等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行機構。CPU模塊內(nèi)部的工作電壓一般是DC5V，而PLC的輸入/輸出信號電壓一般較高，例如DC24V，AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中元器件，或使PLC不能正常工作。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。信號模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。</p><p

105、><b>　　3．功能模塊</b></p><p>　　主要用于完成某些對實時性和存儲容量要求很高的控制任務。</p><p><b>　　4．接口模塊</b></p><p>　　如果一個機架不能容納全部模塊，可以增設一個或多個擴展機架。接口模塊用來實現(xiàn)中央機架與擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電

106、。</p><p><b>　　5．通信處理器</b></p><p>　　通信處理器用于PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與計算機和其它智能設備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)、或者用于實現(xiàn)點對點通信等。CPU模塊集成有MPI通信接口，有的還集成了其它通信接口。</p><p><

107、b>　　6．電源模塊</b></p><p>　　PLC一般使用AC220V電源或DC24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC24V電壓和背板總線上的DC5V電壓，供其它模塊使用。</p><p><b>　　7．編程設備</b></p><p>　　S7-400使用安裝了編程軟件STEP7的個人計算機作為編程設備，在計算

108、機屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。編程軟件還具有對網(wǎng)絡和硬件組態(tài)、參數(shù)設置、監(jiān)控和故障診斷功能。</p><p><b>　　3.3工程設計選型</b></p><p>　　工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的