高爐防灌渣撥風(fēng)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目：高爐防灌渣撥風(fēng)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p><b>　　專業(yè)班級： <

2、;/b></p><p><b>　　學(xué) 部： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)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(shù)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(fēng)系統(tǒng)是高爐煉鐵當(dāng)中重要的輔助工藝之一，鼓風(fēng)系統(tǒng)中的撥風(fēng)系統(tǒng)的自動化設(shè)置又是關(guān)系到整個(gè)鼓風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，在高爐冶煉過程中如果一旦出現(xiàn)高爐鼓風(fēng)機(jī)故障停機(jī)，供風(fēng)中斷等情況，就極易會造成高爐“坐料”、“風(fēng)口灌渣”等惡性事故，嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn)，不僅會造成設(shè)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(gè)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(fēng)控制系統(tǒng)的開發(fā)對于整個(gè)高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)和企業(yè)高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)具有重大安全保障和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　本論文所設(shè)計(jì)高爐防灌渣自動控制系統(tǒng)的設(shè)置的目的是當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障斷風(fēng)，影響高爐生產(chǎn)時(shí)，自動控制系統(tǒng)及時(shí)動作，利用撥風(fēng)系統(tǒng)判斷出符合撥風(fēng)要求的風(fēng)機(jī)，通過控制撥風(fēng)閥的開啟，將滿足條件的正在向其它高爐供風(fēng)的風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)撥一部分分給故障停風(fēng)的高爐，以保證出現(xiàn)故障的風(fēng)機(jī)所供應(yīng)的高爐不至于灌渣從

5、而維持高爐正常生產(chǎn)，同時(shí)不影響提供撥風(fēng)的機(jī)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(diǎn)及組態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)用的系統(tǒng) – 撥風(fēng)控制系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、閥門的選擇和撥風(fēng)量的控制機(jī)算.此外,本文從撥風(fēng)控制系統(tǒng)出發(fā),應(yīng)用西門子組態(tài)軟件來設(shè)計(jì)并制作撥風(fēng)控制畫面.

6、最后,將所設(shè)計(jì)的撥風(fēng)控制系統(tǒng)及監(jiān)控畫面投入實(shí)際生產(chǎn)來檢驗(yàn)其是否符合生產(chǎn)需求,并作出總結(jié).</p><p>　　關(guān)鍵詞：高爐；組態(tài)；可編程控制器；撥風(fēng)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(fēng)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(fēng)系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 撥風(fēng)裝置的原理設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.2 撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3 撥風(fēng)管道與閥門的設(shè)計(jì)選擇10</p><p>　　2.4 撥風(fēng)系統(tǒng)撥風(fēng)量的控制機(jī)算12</p><p&

17、gt;　　第三章 西門子PLC_S7-300配置18</p><p>　　3.1 應(yīng)用PLC的優(yōu)點(diǎn)18</p><p>　　3.2 S7-300硬件組成19</p><p>　　3.3工程設(shè)計(jì)選型20</p><p>　　第四章 撥風(fēng)裝置組態(tài)及控制畫面設(shè)計(jì)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(wù)及功能特點(diǎn)發(fā)展方向29</p><p>　　4.2.1 組態(tài)軟件的應(yīng)用前景29</p><p>　　4.2.2 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)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(fēng)裝置計(jì)算機(jī)控制邏輯條件的確定及檢測點(diǎn)分布36</p><p>　　4.5 撥風(fēng)裝置計(jì)算機(jī)控制邏輯的設(shè)計(jì)38</p><p>　　4.5.1 工程圖形界面的設(shè)定40</p>&

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

21、與儀器這門專業(yè)的深入認(rèn)識、學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)具備了一定的獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在學(xué)業(yè)的最后部分：畢業(yè)設(shè)計(jì) 當(dāng)中，為了將我們四年所學(xué)的知識與真正的工業(yè)生產(chǎn)相聯(lián)系起來，正確的應(yīng)用到工業(yè)的生產(chǎn)生活當(dāng)中去，我選擇了高爐防灌渣自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這個(gè)題目，結(jié)合實(shí)際應(yīng)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(dāng)前工業(yè)控制當(dāng)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(jī)遇。</p><p>　　高爐冶煉

22、生產(chǎn)過程中，撥風(fēng)系統(tǒng)通過管道風(fēng)口進(jìn)入高爐，為冶煉提供必要的燃燒空氣，同時(shí)對爐料起到支撐作用，如果冷風(fēng)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(fēng)口，必須停產(chǎn)更換新的風(fēng)口，這樣不但造成設(shè)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(fēng)機(jī)停機(jī)造成高爐煤氣的倒流發(fā)生爆炸，對人身和設(shè)備的安全產(chǎn)生巨大影響，因此，高爐防灌渣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yīng)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(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。WinCC運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和

24、菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)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(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報(bào)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(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)采用Step7 與WinCC進(jìn)行編程與組態(tài)，通過上位機(jī)對現(xiàn)場實(shí)時(shí)操作和監(jiān)控，及時(shí)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(jìn)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(shí)，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(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（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(gè)過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)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(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)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?dǎo)出的部分煤氣發(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?fàn)t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(jié)構(gòu)。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(jī)、泥炮、堵渣機(jī)等專用設(shè)備和各種工具，按規(guī)定的時(shí)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(jìn)行。2.完成渣、鐵口和各種爐前專用設(shè)備的維護(hù)工作。</p><p>　　3.制作和修補(bǔ)撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。4.更換風(fēng)、渣口等冷卻設(shè)備及清理渣鐵運(yùn)輸線等一系列與出渣出鐵相關(guān)的工作。 </p>&l

29、t;p>　　高爐冶煉主要工藝設(shè)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(diǎn)，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(shí)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(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)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(jié)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(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、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。　　</p><p>　　高爐熱風(fēng)爐介紹 :　　熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐

31、不可缺少的重要組成部分。提高風(fēng)溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。鐵水罐車:　　鐵水罐車用于運(yùn)送鐵水，實(shí)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(fēng)系統(tǒng)概述 </p>

32、<p>　　一、高爐鼓風(fēng)機(jī)的定義</p><p>　　高爐鼓風(fēng)機(jī)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(fēng)，再根據(jù)高爐爐況的需要進(jìn)行風(fēng)壓、風(fēng)量調(diào)節(jié)后將其輸送至高爐的一種動力機(jī)械。從能量的觀點(diǎn)來看，高爐鼓風(fēng)機(jī)是把原動機(jī)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械。</p><p>　　鼓風(fēng)機(jī)的作用：向高爐送風(fēng)，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(fēng)壓克服送風(fēng)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(fēng)設(shè)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(fēng)機(jī)均勻地供給一定量的空氣，另外還應(yīng)有一定的風(fēng)壓，以克服送風(fēng)系統(tǒng)和料柱阻力，并使高爐保持一定的爐頂壓力，在整個(gè)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(yīng)地要求供風(fēng)參數(shù)也要變化，所以要

34、求高爐風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的工作原理</b></p><p>　　常用的高爐鼓風(fēng)機(jī)有三種類型:固定靜葉角度軸流式鼓風(fēng)機(jī):帶有中間冷卻器的多級離心式鼓風(fēng)機(jī);可調(diào)靜葉角度軸流式鼓風(fēng)機(jī)高爐鼓風(fēng)機(jī)的驅(qū)動裝置多選用變轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)(純凝式或抽凝式)或同步電機(jī)，也有采用定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)及小功率異步電機(jī)的機(jī)組。</p&g

35、t;<p>　　常見鼓風(fēng)機(jī)工作原理見下：</p><p>　?、咫x心式鼓風(fēng)機(jī)工作原理</p><p>　　鼓風(fēng)機(jī)在原動機(jī)帶動下高速旋轉(zhuǎn)，它利用旋轉(zhuǎn)時(shí)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(yuǎn)處。</p><p>　?、孑S流式鼓風(fēng)機(jī)工作原理</p><p>　　風(fēng)機(jī)在原動機(jī)

36、帶動下，利用旋轉(zhuǎn)葉片的擠壓，推進(jìn)力使流體獲得能量，升高其壓能和動能。氣體從進(jìn)風(fēng)口軸向進(jìn)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(dǎo)葉。導(dǎo)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(kuò)散筒及整流體，隨著過流斷面擴(kuò)大，進(jìn)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(fēng)機(jī)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>　　㈢全靜葉可調(diào)式軸流式鼓風(fēng)機(jī)工作原理</p><p>　　目前大型高爐鼓風(fēng)機(jī)采用的是進(jìn)口全靜葉可調(diào)。如：4＃，5＃，6＃，7＃機(jī)。</p><p>　　利用調(diào)節(jié)進(jìn)口靜葉角度開關(guān)大小來改變風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，當(dāng)進(jìn)口角度開度小時(shí)，軸流式鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)隨角度的關(guān)小而變小，反之變大。因?yàn)楣娘L(fēng)機(jī)的原動機(jī)是定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，故只有改變進(jìn)口條件，才能滿足用戶要求經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(fēng)量變化范圍，可達(dá)到設(shè)計(jì)流量的 72~135％。當(dāng)開大角度時(shí)，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(kuò)大，最大軸功率正向大流量區(qū)方向移動；當(dāng)關(guān)小角度時(shí)，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(kuò)大，最大軸功率向小流量區(qū)移動。</p><p>　　鼓風(fēng)機(jī)的防喘保護(hù)的作用：</p>&

39、lt;p>　　鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行中，由于機(jī)組本身或外部原因可造成風(fēng)壓升高，風(fēng)量下降，為防止風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定工況區(qū)發(fā)生喘振，特設(shè)定了防喘振保護(hù)器，當(dāng)風(fēng)壓、風(fēng)量達(dá)到放風(fēng)線后，防喘保護(hù)器動作，適當(dāng)開啟放風(fēng)門，保持風(fēng)壓、風(fēng)量在放風(fēng)線的右下方運(yùn)行。</p><p>　　喘振、逆流保護(hù)的作用：</p><p>　　鼓風(fēng)機(jī)的喘振、逆流是鼓風(fēng)機(jī)最危險(xiǎn)的事故之一，如果不及時(shí)的消除，就會造成機(jī)組的損壞

40、。喘振、逆流保護(hù)的作用就是當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振逆流時(shí)（逆流時(shí)是指逆止閥失靈產(chǎn)生逆流，此時(shí)逆流保護(hù)動作，發(fā)出信號將放風(fēng)閥打開），保護(hù)器立即動作，迅速開啟放風(fēng)門，降低風(fēng)壓，以防止再次喘振。</p><p><b>　　高爐供風(fēng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：</b></p><p>　　高爐供風(fēng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有兩種:單機(jī)單爐制和母管制。單機(jī)單爐制即一臺鼓風(fēng)機(jī)單獨(dú)對應(yīng)一座高爐;母管制，即通過閥門切換控

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

42、灰石三種原料進(jìn)行充分的還原反應(yīng)，生成鐵水并產(chǎn)生爐渣，沉入爐缸內(nèi)。到一定的時(shí)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(shí)間，由于鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障而停止送風(fēng)時(shí)，將導(dǎo)致冷風(fēng)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(fēng)口并凝結(jié)，即為風(fēng)口灌渣。尤其在高爐即將出鐵前(或出鐵后40分鐘后)，風(fēng)機(jī)突然停風(fēng)往往導(dǎo)致高爐風(fēng)口、直吹管、彎頭大灌渣等重大生產(chǎn)事故。一旦風(fēng)口灌渣，處理一次灌渣事故約10多個(gè)小時(shí)，加大高爐恢復(fù)正常的時(shí)間，以及

43、恢復(fù)風(fēng)口的費(fèi)用，將使企業(yè)產(chǎn)生重大損失。</p><p>　　高爐供風(fēng)系統(tǒng)的供風(fēng)是否正常將直接影響高爐的正常生產(chǎn)。如果冷風(fēng)供應(yīng)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(fēng)系統(tǒng)工作失常，即向高爐供應(yīng)的冷風(fēng)由于事故突然中斷，那么高爐必將發(fā)生風(fēng)口灌渣的嚴(yán)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(fēng)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(shù)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(fēng)系統(tǒng)是高爐煉鐵當(dāng)中重要的輔助工藝之一，鼓風(fēng)系統(tǒng)中的撥風(fēng)系統(tǒng)的自動化設(shè)置又是關(guān)系到整個(gè)鼓風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，在高爐冶煉過程中如果一旦出現(xiàn)高爐鼓風(fēng)機(jī)故障停機(jī)，供風(fēng)中斷等情況，就極易會造成

45、高爐“坐料”、“風(fēng)口灌渣”等惡性事故，嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn)，不僅會造成設(shè)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(gè)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(fēng)控制系統(tǒng)的開發(fā)對于整個(gè)高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)和企業(yè)高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)具有重大安全保障和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　為盡量減少和避免由于風(fēng)機(jī)故障而造成的高爐灌渣事故，本論文選擇了兩高爐鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)撥風(fēng)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(shè)置撥風(fēng)系統(tǒng)的目的就是:當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障斷風(fēng)情況時(shí)，利用撥風(fēng)系統(tǒng)將正在向其它高爐供風(fēng)的風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量調(diào)撥一部分供給故障停風(fēng)的高爐，以保證該故障風(fēng)機(jī)所供風(fēng)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(fēng)機(jī)基本技術(shù)參數(shù)表：</p><p>　　表1-1 所選高爐鼓風(fēng)機(jī)基本技術(shù)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(yùn)用所學(xué)的自動控制理論基礎(chǔ)，結(jié)合針對當(dāng)前中小型鋼鐵廠的生產(chǎn)實(shí)際中存在的高爐灌渣事故而設(shè)計(jì)的一套可行的防灌渣撥風(fēng)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(jìn)行自動化控制。以WinCC開放式體系結(jié)構(gòu)的組態(tài)軟件為開發(fā)工具，設(shè)計(jì)形象直觀，實(shí)時(shí)有效的人機(jī)接口，實(shí)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(fēng)系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 撥風(fēng)裝置的原理設(shè)計(jì)</p><p>　　在現(xiàn)代化冶金企業(yè)中，高爐供風(fēng)系統(tǒng)是非常重要的系統(tǒng)，高爐供風(fēng)系統(tǒng)的可靠性直接影響高爐的正常生產(chǎn)。當(dāng)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)突然發(fā)生故障緊急停機(jī)時(shí)，如果此時(shí)正處在高爐出鐵前，則會引起高爐風(fēng)口灌渣的惡性事故，高爐被迫緊急休風(fēng)。然后，更換被灌渣的風(fēng)口、風(fēng)管等送風(fēng)裝置，一般需要8至16h，還要經(jīng)過二至四天的

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

50、風(fēng)裝置既要保證動作的靈敏性，又要確保供風(fēng)的可靠性，最終達(dá)到既保護(hù)高爐、又能使鼓風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的目的。</p><p>　　本章針對鋼廠高爐供風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況，對撥風(fēng)裝置的原理及撥風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對撥風(fēng)管道與閥門的設(shè)計(jì)與選擇進(jìn)行了討論最后對如何控制撥風(fēng)量進(jìn)行了詳細(xì)的論述。根據(jù)我們對高爐正常運(yùn)行時(shí)工況的統(tǒng)計(jì)，目前各高爐的正常運(yùn)行時(shí)所需冷風(fēng)情況如下表：</p><p>　　表2-1 各高爐所需冷

51、風(fēng)情況</p><p>　　通過上表我們可以看出，在正常情況下,4個(gè)風(fēng)機(jī)的出力都能滿足彼此的需求，所以,在其中任意一臺風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障的情況下,另一臺都能為其撥風(fēng).</p><p>　　撥風(fēng)系統(tǒng)的工作原理設(shè)計(jì)</p><p>　　本撥風(fēng)系統(tǒng)采用S7-300為三座高爐的四臺鼓風(fēng)機(jī)（一臺備用）進(jìn)行撥風(fēng)的控制。在各鼓風(fēng)機(jī)之間設(shè)撥風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各鼓風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量及風(fēng)壓的調(diào)配，三臺在線

52、運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)分別獨(dú)立為三座高爐送風(fēng)母管供風(fēng)，為避免鼓風(fēng)機(jī)故障停機(jī)而造成高爐斷風(fēng)事故，在三座高爐供風(fēng)母管上特設(shè)雙向快速撥風(fēng)閥組。當(dāng)其中一臺正常運(yùn)行機(jī)組出現(xiàn)故障而造成突然斷風(fēng)時(shí)，通過管內(nèi)風(fēng)壓、流量的測定，PLC經(jīng)過檢測后，控制快速撥風(fēng)閥組將另一個(gè)正常工作的供風(fēng)母管的部分風(fēng)量送入故障機(jī)組提供給供風(fēng)母管，從而使得兩座高爐風(fēng)壓維持在可導(dǎo)致冶高爐灌渣的風(fēng)壓之上，最大程度減少經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　我所設(shè)計(jì)的撥風(fēng)裝置結(jié)

53、構(gòu)是在送風(fēng)管道之間，兩兩安裝一條聯(lián)絡(luò)管道，并在其上安裝三個(gè)閥門，左右兩側(cè)為電動蝶閥(該閥不參與撥風(fēng)控制)，正常處于開啟狀態(tài);在進(jìn)行撥風(fēng)閥檢修或試驗(yàn)時(shí)，兩側(cè)的電動蝶閥關(guān)閉。中間為快速開啟撥風(fēng)閥，正常處于關(guān)閉狀態(tài);當(dāng)風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)撥風(fēng)閥迅速開啟。</p><p>　　圖2.1 撥風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　撥風(fēng)系統(tǒng)需求分析</b></p><

54、;p>　　高爐與鼓風(fēng)機(jī)在正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求比較嚴(yán)格，因此，撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要滿足當(dāng)高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)通過PLC調(diào)配風(fēng)量，也要考慮到各個(gè)參數(shù)的正常，一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障緊急停機(jī)后，為故障風(fēng)機(jī)提供風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)自身不能因?yàn)橄蛄硗夤╋L(fēng)母管供風(fēng)而超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，杜絕因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而停機(jī)，造成事故的擴(kuò)大化。</p><p>　　高爐不灌渣要求風(fēng)壓不低于0.18Mpa，風(fēng)量不低于2500N。當(dāng)風(fēng)機(jī)

55、故障停機(jī)后，高爐進(jìn)風(fēng)口壓力自正常生產(chǎn)壓力降至判斷供風(fēng)系統(tǒng)故障風(fēng)壓的時(shí)間為，再進(jìn)一步降至維持極限生產(chǎn)的供風(fēng)風(fēng)壓的時(shí)間為，這就要求撥風(fēng)系統(tǒng)的啟動設(shè)計(jì)限定時(shí)間內(nèi)完成撥風(fēng)。</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(shù)人員提出的要求，必須滿足以下三個(gè)條件:</p><p>　　a 高爐在10秒鐘以內(nèi)復(fù)風(fēng)</p><p

56、>　　b 入爐風(fēng)量不得小于1200 m3/min</p><p>　　c 入爐風(fēng)壓大于等于 0.12Mpa</p><p>　　這三個(gè)條件為“與”條件，即必須同時(shí)滿足才能保證正常運(yùn)行的高爐避免灌渣。</p><p>　　風(fēng)機(jī)具備鼓風(fēng)的最低條件必須具備才允許對故障風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)即：提供鼓風(fēng)的母管風(fēng)壓大于0.3Mpa，風(fēng)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(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)可能處于定風(fēng)量或定風(fēng)壓模式，當(dāng)撥風(fēng)后為避免風(fēng)機(jī)快速追趕設(shè)定的風(fēng)量或風(fēng)壓而引起喘振或逆流，在開始撥風(fēng)前必須先將風(fēng)機(jī)模式由自動模式切換到手動模式。</p><p>　　在實(shí)際運(yùn)行中，其中一臺高爐鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由于供風(fēng)管道容積較大，入爐風(fēng)壓下降至0.12Mpa尚需一定時(shí)間。因此只要我們所選擇的撥風(fēng)閥(快切閥)能夠在一定的時(shí)間內(nèi)打開給系統(tǒng)充壓，就可以保證入爐風(fēng)壓大于等于0.12Mp

58、a。風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)吸入風(fēng)量一般為4500N以上，折算到0.12Mpa風(fēng)壓所對應(yīng)的風(fēng)量為3060 ，即使撥出1200 的風(fēng)，剩下的冷風(fēng)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(shè)計(jì)合理，使用撥風(fēng)裝置既可以保證事故高爐不灌渣，又可以保證原授風(fēng)高爐的極限生產(chǎn)，也就是說上述撥風(fēng)原理可行。</p><p>　　2.2 撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p&

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

60、風(fēng)控制系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)</p><p>　　圖中 V13表示1# 高爐送風(fēng)母管與2# 高爐送風(fēng)母管之間的撥風(fēng)閥，V23表示2#高爐送風(fēng)母管與3# 高爐送風(fēng)母管之間的撥風(fēng)閥，V33表示3# 高爐送風(fēng)母管與1# 高爐送風(fēng)母管之間的撥風(fēng)閥。V12、V14、V22、V24、V32、V34表示撥風(fēng)閥兩側(cè)的電動蝶閥; 系統(tǒng)中 V13、V23、V33這個(gè)撥風(fēng)閥為快速開啟閥，設(shè)開、關(guān)、停三個(gè)位置，動作時(shí)間小于10秒，正常工作

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

62、一正常運(yùn)行的風(fēng)機(jī)給故障風(fēng)機(jī)所對應(yīng)的高爐撥一部分風(fēng)，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(fēng)機(jī)采用V41、V42、V43與三個(gè)撥風(fēng)管道相連，當(dāng)1#、2#、3#風(fēng)機(jī)其中一臺休風(fēng)時(shí)，可</p><p>　　2.3 撥風(fēng)管道與閥門的設(shè)計(jì)選擇</p><p><b>　　1、撥風(fēng)管道的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　我們選用D630 X

63、8螺旋卷焊鋼管作為撥風(fēng)管道聯(lián)通管，管子表面不得有裂縫、結(jié)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(yīng)光滑，不允許有飛邊和尖角</p

64、><p>　　(4)焊縫進(jìn)行5%射線探傷</p><p>　　為減少撥風(fēng)管系對原有送風(fēng)管道的推力，我采用了兩個(gè)SPT6-600型旁通式直管壓力平衡型補(bǔ)償器，要求補(bǔ)償器軸向剛度小于350N/m/m。在安裝時(shí)，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(shí)，應(yīng)用無氯濕石棉保護(hù)。</p><p>　　圖2.3 撥風(fēng)管道結(jié)構(gòu)示意</p><p&g

65、t;<b>　　2、撥風(fēng)閥門的選擇</b></p><p>　　在此項(xiàng)設(shè)計(jì)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(yán)格要求閥門的嚴(yán)密性，以防各高爐之間的竄風(fēng)，從而保證各座高爐的安全生產(chǎn)。因此撥風(fēng)閥的選擇極為關(guān)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(fēng)系統(tǒng)上使用的閥門，常常由于質(zhì)量不過關(guān)而發(fā)生卡澀現(xiàn)象，如果

66、這個(gè)閥門為兩座高爐冷風(fēng)管道之間的連通閥門（例如撥風(fēng)閥)，這樣在檢修故障閥門時(shí)常常最少要涉及兩座高爐和兩臺風(fēng)機(jī)，就會嚴(yán)重影響高爐的生產(chǎn)，因此供風(fēng)系統(tǒng)閥門的選擇非常重要。以往在送往各高爐的配風(fēng)門上，我們使用最多的是閘閥，其優(yōu)點(diǎn)是關(guān)閉嚴(yán)密，但其缺點(diǎn)是開關(guān)時(shí)間太長、而且需要旁路門，這樣就會使系統(tǒng)更加復(fù)雜，維護(hù)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(yán)、維護(hù)簡便逐漸成為我們的首選。</p><p>

67、;　　通過技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性比較，我選用德國阿達(dá)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(jié)構(gòu)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(diǎn)，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(jī)構(gòu)也有特殊的要求。另一方面，在本撥風(fēng)系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)閥門的計(jì)算機(jī)自動控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，它的作用是接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動作。因此各撥風(fēng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能與技術(shù)指標(biāo)直接關(guān)系到自動控制的成功與否。</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動、電動、液壓三種類型。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、防火防爆;但其缺點(diǎn)是需要較高壓力的氣體作為

69、原動力，因此需設(shè)外部系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)量大。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是推力大，精度高，以其開關(guān)快捷、準(zhǔn)確、時(shí)間短而在很多重要部位使用，例如某廠高爐鼓風(fēng)機(jī)組的防喘振閥門基本選用此種閥門，其全開時(shí)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(jià)比較高，而且又附加了許多設(shè)備，維護(hù)工作量大。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是體積小、種類多、使用方便，而且附屬設(shè)備少，維護(hù)起來比較簡單。</p><p>　　因此在滿足撥

70、風(fēng)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(jī)構(gòu)。</p><p>　　該執(zhí)行機(jī)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，可以滿足撥風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)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(yuǎn)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(jìn)行調(diào)整。用紅外線設(shè)定器可實(shí)現(xiàn)力矩、限位以及其他功能的設(shè)定。&l

71、t;/p><p>　　(3)IQ執(zhí)行器帶有一個(gè)可接受4個(gè)輔助輸入(AUXI- A11X4) 的裝置。用于對帶有Modbus模塊、并需增加遠(yuǎn)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(shí)提供遠(yuǎn)程控制和無源輸入信號。在PF功能下顯示的卜六進(jìn)制數(shù)字可以被認(rèn)為是一個(gè)“軟件掩碼”。這個(gè)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(diǎn)的形式(即常開或常閉)。</p><p&g

72、t;　　所以通過技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性比較，我們選擇德國阿達(dá)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(fēng)閥。</p><p>　　在撥風(fēng)系統(tǒng)使用過程中，撥風(fēng)閥處于全開或全關(guān)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(fēng)量為所需值，及在進(jìn)行撥風(fēng)閥檢修或試驗(yàn)時(shí)，用來切斷撥風(fēng)管與原系統(tǒng)的聯(lián)系。</p><p>　　2.4 撥風(fēng)系統(tǒng)撥風(fēng)量的控制機(jī)算</p><p&

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

74、撥風(fēng)量。實(shí)際流體在管內(nèi)流動時(shí)，由于存在阻力，要損失一部分機(jī)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(gè)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(guān)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>　　（3－1） </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(guān)，是一個(gè)無因次系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)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(gè)無因次的系數(shù)，根據(jù)不同的管件由實(shí)驗(yàn)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(shí)整個(gè)管道的能量損失顯然應(yīng)該分段計(jì)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(jì)算:</p><p><b>　　（3－4）</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(shí)的位能變化，則可壓縮氣體絕熱流動伯努利方程為：</p><p>　?。?－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(shí)，在同一時(shí)間內(nèi)流過管道每一截面的質(zhì)量流量相等，即</p

80、><p><b>　?。?－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(jì)算公式如下:&l

81、t;/p><p><b>　　（3－7）</b></p><p>　　管道面積計(jì)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(guān)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(guān)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(biāo)為閥門開啟程度(角度)，即閥門全關(guān)對應(yīng)于蝶

83、閥開度為0度，閥門全開對應(yīng)于蝶閥開度為90度;橫坐標(biāo)為流量系數(shù)C值，它的定義為對應(yīng)于閥門一定的開度所通過的流量與閥門全開時(shí)所通過的流量的比值百分?jǐn)?shù)。</p><p>　　從該圖我們可以看出，流量與閥門開度的關(guān)系基本呈線性關(guān)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(jì)算出閥門開度同流量及面積的關(guān)系。</p><p>　　在撥風(fēng)閥未動作前，風(fēng)機(jī)正常給高爐送風(fēng)，根據(jù)上文高爐正常工作

84、時(shí)風(fēng)量、風(fēng)壓的統(tǒng)計(jì)，可知風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量一般為4500m3/min，排風(fēng)壓力為0.325MPa(表壓力)，換算為絕對壓力為0.415 MPa，吸入風(fēng)壓為當(dāng)?shù)卮髿鈮?.09 MPa(絕對壓力)，吸入風(fēng)溫我們?nèi)?0C，排風(fēng)溫度平均為2300C(實(shí)際測量值)。</p><p>　　為計(jì)算方便，將吸入冷風(fēng)截面定為01-01截面，風(fēng)機(jī)出口截面為1-1截面，撥風(fēng)閥動作后撥風(fēng)動作截面為2-2界面，撥風(fēng)閥動作后原授風(fēng)高爐供風(fēng)截面為3

85、一3截面。見下圖：</p><p>　　圖2.5 冷風(fēng)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(fēng)閥未動作前:</b></p><p>　　吸入風(fēng)壓P01=0.09MPa(絕對壓力)，吸入風(fēng)溫t01= 00C，吸入風(fēng)Q01=4500m3/min，將P01、t

86、01代入式(3一4)得此時(shí)空氣密度為01 =1.149kg/m3;風(fēng)機(jī)出口排風(fēng)壓力P1=0.415 MPa(絕對壓力)，排風(fēng)溫度t1=2300C,將P1、t1代入式(3-4)得此時(shí)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(jì)算可得V1=20m/s撥風(fēng)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(fēng)量為1200 m3/min，即Q2=1200 m3/min，風(fēng)壓為0.12 Mpa(表壓力)，即P2=0.21 Mpa〔絕對壓力)，此時(shí)的排風(fēng)溫度為t2=160℃(實(shí)際測量值)，將P2、t2代入式(3-4)得此時(shí)空氣密度為。 </p><p>　　撥風(fēng)管道及閥組布置在現(xiàn)有6＃鼓風(fēng)機(jī)濾風(fēng)室附近，在這里送往各高爐的風(fēng)管道之間的距離很近，因此沿程阻力很小，在計(jì)

88、算中可以將其忽略，而只考慮閥門開關(guān)程度所造成的局部損失，即。</p><p>　　另外，撥風(fēng)系統(tǒng)的三個(gè)閥門都為蝶閥，為使計(jì)算簡便，我們在實(shí)際控制中將其中一個(gè)電動蝶閥打到全開位置，而撥風(fēng)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(shè)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(shè)計(jì)知撥風(fēng)管道直徑，這樣撥風(fēng)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(yīng)的蝶閥開度百分?jǐn)?shù)為50%.</p><p>　　根據(jù)計(jì)算得到的蝶閥開度應(yīng)為50% ，查表得=8 .3，代入式(3

91、-9),得到一個(gè)V2值，再將V2、Q2代入式(3-7)得到一個(gè)A2值，又可以得到一個(gè)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(jì)算得出一個(gè)對應(yīng)的蝶閥開度。這樣反復(fù)迭代最終就可以得到一個(gè)恰當(dāng)?shù)拈y門開度。經(jīng)過計(jì)算最終閥門開度應(yīng)為47% ，對應(yīng)的閥門開啟角度為42度。</p><p>　　正常運(yùn)行的高爐給事故高爐撥出風(fēng)壓為0.12MPa、風(fēng)量為1200m3/min的風(fēng)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(fēng)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(yīng)于風(fēng)壓為0.12Mpa的冷風(fēng)2400 m3/min.根據(jù)流量連續(xù)性方程(3一6)，對應(yīng)的風(fēng)機(jī)的吸入風(fēng)量為3530 m3/min即可滿足要求。根據(jù)前面所統(tǒng)計(jì)的高爐實(shí)際運(yùn)行工況(表2)，在高爐正常運(yùn)行時(shí)，1#,

93、 3# ,4#高爐的風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量一般為4700 m3/min以上，因此說原授風(fēng)高爐所剩余的風(fēng)量可以滿足原授風(fēng)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(jì)算，最終將兩個(gè)固定開度的蝶閥中的一個(gè)開度定為47% 、即42度，另一個(gè)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(yùn)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(yīng)用PLC的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1．抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高微機(jī)雖然具有很強(qiáng)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(jī)械振動，溫度和濕度的變化，都可以使一般通用微機(jī)不能正常工作。而 PLC 在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，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(shè)計(jì)有完善的

95、通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)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(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)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(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)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(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC 的端子上接人相應(yīng)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(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個(gè) PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入／輸出組件和應(yīng)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(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。

97、 </p><p>　　3．編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)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(jì)算機(jī)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(shí)間學(xué)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(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開關(guān)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(shí)序、計(jì)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(shí)現(xiàn)延時(shí)，鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制 I／O 等諸多功能，不僅具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)</p><p>　　算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成功能。此外，它還可以和其他微機(jī)系統(tǒng)、控制設(shè)備共同組成

99、分布式或分散式控制系統(tǒng)，還能實(shí)現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運(yùn)算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運(yùn)算及快速中斷等功能。因此 PLC 具有極強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠很好地滿足各種類型控制的需要。 </p><p>　　5．設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)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(jìn)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(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量(輸入／輸出點(diǎn)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(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)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?yàn)镻LC是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。</p><

101、;p>　　6．體積小維護(hù)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(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I／O 點(diǎn)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(yùn)行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)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(shè)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(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)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(jī)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(guān)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(bào)捷

104、裝置等輸出設(shè)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(jī)構(gòu)。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(shí)時(shí)性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。</p><p><b>　　4．接口模塊</b></p><p>　　如果一個(gè)機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。接口模塊用來實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)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(yuǎn)程I/O之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其它智能設(shè)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)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(shè)備</b></p><p>　　S7-400使用安裝了編程軟件STEP7的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備，在計(jì)算

108、機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實(shí)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(jì)算機(jī)。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷功能。</p><p><b>　　3.3工程設(shè)計(jì)選型</b></p><p>　　工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的