MCGS組態軟件在鋼鐵廠鐵水處理系統中的應用
關鍵字：MCGS 組態軟件 PLC IPC PID HMI
一、工藝描述
在煉鋼工藝中，從高爐來的混鐵車鐵水在倒罐站進入鐵水罐，由300t吊車將鐵水罐送至1#、2#鐵水脫硫站的處于座罐位的鐵水罐傾翻車上。此前，相關脫硫站已經做好了所有準備工作，如：公用設施風、水、電、燃氣的供給并達到要求的參數；噴吹罐已經準備好足夠的符合要求的鈍化鎂粒；各種機電液設備都可靠好用；全部電控系統包括自動控制和計算機操作、專家系統及檢測儀表系統都正常可靠，煙氣除塵系統已經啟動，等等。
鐵水罐車開至噴吹工位，到位信號將傳至噴鎂操作室的自動操作系統，系統允許開始自動運行。測溫取樣裝置可根據工藝需要在鐵水中進行測溫或取樣，溫度將快速顯示在現場的大屏幕數碼表上，同時信號傳至操作室的計算機操作系統被紀錄和顯示。樣塊被送至化驗室作成分的快速分析，并將結果——鐵水成分立即反饋到操作室，操作人員在計算機上輸入該罐鐵水罐號，鐵水重量、鐵水溫度、鐵水初始硫、目標硫參數，或具備和二級站連網功能。專家系統將自動確定該次噴吹的鎂粒噴吹量和噴吹時間，在專家系統完成計算并確定噴吹參數之后即可啟動自動噴吹按鈕，開始按照程序進行噴吹，到達設定值后會自動停止噴鎂。在噴吹過程中可以通過彩色大屏幕監視器監視鐵水罐中鐵水反應情況，系統具有根據需要在噴
吹中調整噴鎂速度的功能。
噴吹是當噴槍在上極限高位時開始噴吹氮氣，隨后下槍至鐵水中預定深度停槍并開始噴鎂，噴鎂結束后停止噴鎂但是不停止噴吹氮氣，繼續吹氮氣幾十秒鐘攪拌鐵水然后提槍至上極限。噴槍的升降由電力驅動和大節距雙排鏈傳動系統完成，升降力達10000kgf。噴槍的換槍機構采用固定式雙槍分別驅動升降形式，雙槍用一備一。換槍噴吹用鐵水罐車移動的方式實現。
噴槍和測溫取樣槍采用了四項實用先進技術：①編碼器槍位檢測；②事故（如停電）提槍技術；③熱敏法測鐵水液面高度；④噴槍張力檢測技術（當罐底結渣時觸包停槍，再提槍到噴吹位），確保噴槍和鐵水、鐵水罐的安全。
噴吹過程中，設置在平臺槍孔旁的電液推桿驅動的噴槍夾持裝置將夾持住噴槍桿，防止噴槍過大的上下抖動對噴槍升降裝置產生不利影響。在噴槍噴吹前后，夾鉗裝置處于打開的狀態。
噴鎂結束后使用測溫槍或取樣槍測溫或取樣，測溫取樣裝置為電力驅動，為避免工人在裝、卸測頭時受高溫烘烤，將兩支槍設計成由電液推桿推成傾斜狀態時更換測頭，垂直時工作。
隨后調整鐵水罐車至扒渣工位，液壓驅動的鐵水罐傾翻車使鐵水罐傾翻，使用氣動扒渣機扒渣落入渣罐內，渣罐在渣罐車上，渣罐車在道軌上可以沿其開出。扒渣操作室在噴粉平臺上，扒渣過程在脫硫操作室的彩色大屏幕監視器上可以觀察，扒渣結束鐵水處理完畢，有信號給鐵水罐車，該車可以行車至換罐位，用300t吊車吊鐵水罐至轉爐，同時從倒罐站吊鐵水罐至換罐位坐罐，準備下一次噴吹處理。 整個鐵水處理過程檢測儀表將對溫度、重量、流體壓力、流量、噴鎂流量等參數進行動態測量并紀錄，控制系統還可以對其中的某些變量隨機調整，如噴吹氮氣的壓力和流量，噴鎂流量等。還設置有氣壓低等若干報警功能和連鎖安全保護功能。
本套脫硫站設脫硫操作室和扒渣操作室。整個鐵水處理過程控制可以在操作室進行也可以在機旁操作（主要是用于調試時和維修時）。操作采用自動或者手動方式進行，并可以切換。在計算機上用翻屏的方式可以看到處理的全過程如噴吹、測溫取樣、扒渣等動態模擬及其所有參數。還有打印工作報表的功能，按照設計的報表在鐵水處理完畢后自動打印工作報表。
二、系統方案
鐵水脫硫站采用IPC（MCGS）+PLC控制系統，整個過程以昆侖通態HMI集中顯示、操作和控制為主，并配有必須的機旁操作箱，設有自動操作方式、手動操作方式、遠程操作操作方式三種方式。
自動操作方式：由控制系統自動完成必要的操作過程。
手動操作方式：操作工可在HMI上進行軟手動和在機旁手動操作臺向上進行硬手動，在手動操作方式下，控制系統的延時關系被解除，但聯鎖關系仍然存在。
遠程操作操作方式：在控制室設有“遠程操作”開關，當檢修開關閉合時，操作工可在就地操作箱上進行操作，以便對各設備實施就地檢修控制，在系統遠程操作方式下，控制系統的延時和聯鎖關系均被解除。鐵水預處理站電控系統，由計算機、MCGS+S7—300PLC+STEP7—5.0組成的專家系統構成，即一級控制系統。具有實時監控脫硫系統、上料系統、鋼包車、渣車系統等。主要功能有：
① 自動上料功能：精確的稱重裝置，由大屏幕實時顯示噴粉罐中的料量，并傳至PLC進行分析，當料量減少到低于設定值，系統將自動啟動上料程序，確保噴粉罐中始終有噴吹所需的物量。
② 自動計算功能：操作員通過HMI畫面，用鍵盤輸入或網絡接收爐號、鐵水初始硫含量、鐵水目標硫含量、鐵水的重量和溫度，PLC自動計算出噴粉總量、噴粉時間和噴粉速度，隨后即可啟動自動運行。MCGS—V5.1+STEP7—V5.0組成的專家系統，將穩定工作，控制各個機構運行，以達到操作員所設定的目標硫含量。
③ 主吹PID功能：由流量計測量主吹氮氣流量，并傳至PLC計算，和HMI所設定的主吹氮氣流量做PID運算，控制電子薄膜調節閥的開度，達到主吹氮氣流量的穩定，防止噴粉過程中鐵水飛濺。
④ 畫面同步功能：HMI畫面同步顯示的噴槍位置、夾鉗位置，測溫取樣槍與噴粉槍位置由旋轉編碼器傳輸數據，保持畫面與控件實時同步，方便操作人員監視。
⑤ 給料電機速度控制：在人工操作狀態下，操作員通過HMI鍵入所需的噴粉速度，PLC計算后，傳至變頻調速器，控制給料電機，使之以均勻速度供給噴粉料量，并由轉速表顯示給料電機速度，方便操作員精確的控制給料量。
⑥ 自動運行功能：在PLC確認噴粉罐中，料量不低于設定值、氮氣壓力不低于下限值、鋼包車到位等，操作員可啟動自動系統。
1、 打開夾鉗裝置。
2、 噴槍驅動裝置將噴槍下降，啟動除塵閥門。
3、 噴槍降到噴粉位，夾鉗裝置將噴槍夾緊，設備開始往鐵水中噴粉。
4、 噴粉時間到達，PLC控制系統停止噴粉，噴槍上升。
5、 噴槍到達待噴位，除塵閥門關閉。
6、 設備進入待機狀態，計算機將記錄所需數據，并可隨時打印。
⑦ 本地操作功能：操作員通過計算機（HMI），用鼠標手動控制脫硫系統運行。（如打開、關閉閥門、噴槍升降等）
⑧、遠程操作功能：操作員通過遠端控制箱上的按鈕，手動控制脫硫系統運行。
系統監測功能描述
監測系統由MCGS（HMI）軟件組態，用于監控鐵水預處理站的系統運行過程（脫硫系統、上料系統、鋼包車、渣車系統等）。裝有MCGS通用版系統軟件，19寸的HMI畫面，可實時監控所有電控氣動閥門的開關、噴槍位置、夾鉗位置、鋼包車位置及各種變量的變化，并可生成變量的實時曲線、棒圖、存盤數據瀏覽。系統有幾個畫面組成：系統總覽畫面、主操作畫面、噴吹系統畫面、噴槍系統畫面、測溫系統畫面、系統報警畫面、存盤數據報表等，使操作員方便的監控脫硫系統的運行。操作員可通過鍵盤和鼠標進行數據輸入，操作系統運行，隨時訪問不同的畫面，觀察部件的運行情況。每個畫面都有報警指示器，以交互方式通知操作員，并通過它直接訪問系統報警畫面，以使設備正常、穩定工作。
三、結論
本系統為中冶集團北京冶金設備總院成套研發，已經成功應用在南京鋼鐵集團煉鋼廠、寧波建龍鋼廠等多個大型鋼廠鐵水處理系統上，運行穩定可靠，功能強大，為客戶取得了明顯的經濟效益和社會效益，大大提高了用戶的生產自動化水平，為用戶提高自身的市場競爭能力提供了強力保障。
一、工藝描述
在煉鋼工藝中，從高爐來的混鐵車鐵水在倒罐站進入鐵水罐，由300t吊車將鐵水罐送至1#、2#鐵水脫硫站的處于座罐位的鐵水罐傾翻車上。此前，相關脫硫站已經做好了所有準備工作，如：公用設施風、水、電、燃氣的供給并達到要求的參數；噴吹罐已經準備好足夠的符合要求的鈍化鎂粒；各種機電液設備都可靠好用；全部電控系統包括自動控制和計算機操作、專家系統及檢測儀表系統都正常可靠，煙氣除塵系統已經啟動，等等。
鐵水罐車開至噴吹工位，到位信號將傳至噴鎂操作室的自動操作系統，系統允許開始自動運行。測溫取樣裝置可根據工藝需要在鐵水中進行測溫或取樣，溫度將快速顯示在現場的大屏幕數碼表上，同時信號傳至操作室的計算機操作系統被紀錄和顯示。樣塊被送至化驗室作成分的快速分析，并將結果——鐵水成分立即反饋到操作室，操作人員在計算機上輸入該罐鐵水罐號，鐵水重量、鐵水溫度、鐵水初始硫、目標硫參數，或具備和二級站連網功能。專家系統將自動確定該次噴吹的鎂粒噴吹量和噴吹時間，在專家系統完成計算并確定噴吹參數之后即可啟動自動噴吹按鈕，開始按照程序進行噴吹，到達設定值后會自動停止噴鎂。在噴吹過程中可以通過彩色大屏幕監視器監視鐵水罐中鐵水反應情況，系統具有根據需要在噴
吹中調整噴鎂速度的功能。
噴吹是當噴槍在上極限高位時開始噴吹氮氣，隨后下槍至鐵水中預定深度停槍并開始噴鎂，噴鎂結束后停止噴鎂但是不停止噴吹氮氣，繼續吹氮氣幾十秒鐘攪拌鐵水然后提槍至上極限。噴槍的升降由電力驅動和大節距雙排鏈傳動系統完成，升降力達10000kgf。噴槍的換槍機構采用固定式雙槍分別驅動升降形式，雙槍用一備一。換槍噴吹用鐵水罐車移動的方式實現。
噴槍和測溫取樣槍采用了四項實用先進技術：①編碼器槍位檢測；②事故（如停電）提槍技術；③熱敏法測鐵水液面高度；④噴槍張力檢測技術（當罐底結渣時觸包停槍，再提槍到噴吹位），確保噴槍和鐵水、鐵水罐的安全。
噴吹過程中，設置在平臺槍孔旁的電液推桿驅動的噴槍夾持裝置將夾持住噴槍桿，防止噴槍過大的上下抖動對噴槍升降裝置產生不利影響。在噴槍噴吹前后，夾鉗裝置處于打開的狀態。
噴鎂結束后使用測溫槍或取樣槍測溫或取樣，測溫取樣裝置為電力驅動，為避免工人在裝、卸測頭時受高溫烘烤，將兩支槍設計成由電液推桿推成傾斜狀態時更換測頭，垂直時工作。
隨后調整鐵水罐車至扒渣工位，液壓驅動的鐵水罐傾翻車使鐵水罐傾翻，使用氣動扒渣機扒渣落入渣罐內，渣罐在渣罐車上，渣罐車在道軌上可以沿其開出。扒渣操作室在噴粉平臺上，扒渣過程在脫硫操作室的彩色大屏幕監視器上可以觀察，扒渣結束鐵水處理完畢，有信號給鐵水罐車，該車可以行車至換罐位，用300t吊車吊鐵水罐至轉爐，同時從倒罐站吊鐵水罐至換罐位坐罐，準備下一次噴吹處理。 整個鐵水處理過程檢測儀表將對溫度、重量、流體壓力、流量、噴鎂流量等參數進行動態測量并紀錄，控制系統還可以對其中的某些變量隨機調整，如噴吹氮氣的壓力和流量，噴鎂流量等。還設置有氣壓低等若干報警功能和連鎖安全保護功能。
本套脫硫站設脫硫操作室和扒渣操作室。整個鐵水處理過程控制可以在操作室進行也可以在機旁操作（主要是用于調試時和維修時）。操作采用自動或者手動方式進行，并可以切換。在計算機上用翻屏的方式可以看到處理的全過程如噴吹、測溫取樣、扒渣等動態模擬及其所有參數。還有打印工作報表的功能，按照設計的報表在鐵水處理完畢后自動打印工作報表。
二、系統方案
鐵水脫硫站采用IPC（MCGS）+PLC控制系統，整個過程以昆侖通態HMI集中顯示、操作和控制為主，并配有必須的機旁操作箱，設有自動操作方式、手動操作方式、遠程操作操作方式三種方式。
自動操作方式：由控制系統自動完成必要的操作過程。
手動操作方式：操作工可在HMI上進行軟手動和在機旁手動操作臺向上進行硬手動，在手動操作方式下，控制系統的延時關系被解除，但聯鎖關系仍然存在。
遠程操作操作方式：在控制室設有“遠程操作”開關，當檢修開關閉合時，操作工可在就地操作箱上進行操作，以便對各設備實施就地檢修控制，在系統遠程操作方式下，控制系統的延時和聯鎖關系均被解除。鐵水預處理站電控系統，由計算機、MCGS+S7—300PLC+STEP7—5.0組成的專家系統構成，即一級控制系統。具有實時監控脫硫系統、上料系統、鋼包車、渣車系統等。主要功能有：
① 自動上料功能：精確的稱重裝置，由大屏幕實時顯示噴粉罐中的料量，并傳至PLC進行分析，當料量減少到低于設定值，系統將自動啟動上料程序，確保噴粉罐中始終有噴吹所需的物量。
② 自動計算功能：操作員通過HMI畫面，用鍵盤輸入或網絡接收爐號、鐵水初始硫含量、鐵水目標硫含量、鐵水的重量和溫度，PLC自動計算出噴粉總量、噴粉時間和噴粉速度，隨后即可啟動自動運行。MCGS—V5.1+STEP7—V5.0組成的專家系統，將穩定工作，控制各個機構運行，以達到操作員所設定的目標硫含量。
③ 主吹PID功能：由流量計測量主吹氮氣流量，并傳至PLC計算，和HMI所設定的主吹氮氣流量做PID運算，控制電子薄膜調節閥的開度，達到主吹氮氣流量的穩定，防止噴粉過程中鐵水飛濺。
④ 畫面同步功能：HMI畫面同步顯示的噴槍位置、夾鉗位置，測溫取樣槍與噴粉槍位置由旋轉編碼器傳輸數據，保持畫面與控件實時同步，方便操作人員監視。
⑤ 給料電機速度控制：在人工操作狀態下，操作員通過HMI鍵入所需的噴粉速度，PLC計算后，傳至變頻調速器，控制給料電機，使之以均勻速度供給噴粉料量，并由轉速表顯示給料電機速度，方便操作員精確的控制給料量。
⑥ 自動運行功能：在PLC確認噴粉罐中，料量不低于設定值、氮氣壓力不低于下限值、鋼包車到位等，操作員可啟動自動系統。
1、 打開夾鉗裝置。
2、 噴槍驅動裝置將噴槍下降，啟動除塵閥門。
3、 噴槍降到噴粉位，夾鉗裝置將噴槍夾緊，設備開始往鐵水中噴粉。
4、 噴粉時間到達，PLC控制系統停止噴粉，噴槍上升。
5、 噴槍到達待噴位，除塵閥門關閉。
6、 設備進入待機狀態，計算機將記錄所需數據，并可隨時打印。
⑦ 本地操作功能：操作員通過計算機（HMI），用鼠標手動控制脫硫系統運行。（如打開、關閉閥門、噴槍升降等）
⑧、遠程操作功能：操作員通過遠端控制箱上的按鈕，手動控制脫硫系統運行。
系統監測功能描述
監測系統由MCGS（HMI）軟件組態，用于監控鐵水預處理站的系統運行過程（脫硫系統、上料系統、鋼包車、渣車系統等）。裝有MCGS通用版系統軟件，19寸的HMI畫面，可實時監控所有電控氣動閥門的開關、噴槍位置、夾鉗位置、鋼包車位置及各種變量的變化，并可生成變量的實時曲線、棒圖、存盤數據瀏覽。系統有幾個畫面組成：系統總覽畫面、主操作畫面、噴吹系統畫面、噴槍系統畫面、測溫系統畫面、系統報警畫面、存盤數據報表等，使操作員方便的監控脫硫系統的運行。操作員可通過鍵盤和鼠標進行數據輸入，操作系統運行，隨時訪問不同的畫面，觀察部件的運行情況。每個畫面都有報警指示器，以交互方式通知操作員，并通過它直接訪問系統報警畫面，以使設備正常、穩定工作。
三、結論
本系統為中冶集團北京冶金設備總院成套研發，已經成功應用在南京鋼鐵集團煉鋼廠、寧波建龍鋼廠等多個大型鋼廠鐵水處理系統上，運行穩定可靠，功能強大，為客戶取得了明顯的經濟效益和社會效益，大大提高了用戶的生產自動化水平，為用戶提高自身的市場競爭能力提供了強力保障。
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