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基于PLC的锌粉电炉仪表监控系统

来源: 诚信论文网 发表于:2018-04-12 09:44 点击:
 [摘 要]针对锌粉电炉监控系统及锌粉生产工艺特点,本文通以锌粉电炉生产装置大修为契机,设计了基于PLC的锌粉电炉仪表监控系统,对生产过程中的工艺技术指标进行监控,取得了较好的经济效益。 
  [关键词]电炉;PLC;监控;系统 
  中图分类号:TF806.9,TF806.9 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)15-0011-01 
  云南某锌业公司采用自产金属锌粉用于湿法流程净化除杂,金属锌粉由一台2500kVA的电炉生产制得。电炉冶炼过程中,高温焙砂与焦丁等燃辅料进行科学配比后进入电炉进行还原熔炼。 
  电炉生产锌粉的基本原理是利用电能转化为热能使炉内的温度升高到1200℃左右,在此温度下,炉料发生如下还原反应: 
  ZnO+C=Zn+CO, 
  ZnO+CO=Zn+CO2, 
  CO2+C=2CO. 
  原料中绝大部分的锌通过以上反应被还原出来,在高温下挥发成锌蒸气,锌蒸气随烟气一起进入后面的冷凝系统,在密封的强还原气氛下,经过快速冷却,直接得到金属锌粉。为了确保安全、保持生产工艺正常稳定和保证产品质量,金属锌粉生产过程中要对变压器温度、高压侧电压、高压侧电流、低压侧电压、低压侧电流、炉顶温度、炉顶压力、一冷进口温度、一冷进口压力、一冷出口温度、一冷出口压力、二冷温度、二冷压力、三冷压力、四冷压力、文丘里压力1、文丘里压力2、文丘里压力3、排管水温度、冷箱进水流量、冷箱进水温度、排管水流量等生产过程的技术指标进行监控。 
  1、仪表监控系统的设计 
  1.1 仪表监控系统设计的原则 
  1.1.1 最大限度地满足工业生产过程或机械设备的控制要求 
  根据2500kVA电炉生产过程所要监控的各类性能指标和应用、环境特点,系统采用了成熟并具有良好业绩的技术、设备、平台,确保系统具有较长的生命周期,既能满足当前的需求,又能适应未来的发展(包括设备和技术两方面内容)。 
  1.1.2 确保监控系统安全可靠 
  安全第一,预防为主,综合治理是我国的安全生产方针,2500kVA电炉必须在确保安全的前提条件下才能组织生产,监控系统的安全可靠是生产安全的前提条件和重要保障,要求监控后台为高效稳定的系统,能提供全年365天全天24小时的连续运作。选用符合工业级的监控软件系统、工控机、工业仪表、控制设备与布线系统,以适应电炉锌粉生产的工作环境,保证监控系统稳定、以确保电炉锌粉生产安全、稳定、产品质量高。 
  1.1.3力求监控系统简单、实用且监控方案合理 
  2、仪表监控系统建设 
  为了实现生产过程数据的采集,将原有的矩形膜盒压力表、温度表、电压表、电流表等更换为具有和PLC控制器通讯功能的仪表设备,新增一套PLC控制器和上位机,实现数据采集、监控和存储。系统架构图如图1: 
  2.1 主要设备情况 
  2.1.1 温度变送器 
  本监控系统采用带温度变送器防暴型热电偶进行温度测量。防爆热电偶利用间隙隔爆原理,当腔内发生爆炸时,能通过接合面间隙熄火和冷却,使爆炸后的火焰全温度传不到腔外,从而进行防爆。热电偶(热电阻)产生的热电势(电阻)经过温度变送器的电桥产生不平衡信号,经放大后转换成为4~20mA的直流电信号给工作仪表,工作仪表便显示出所对应的温度值。 
  2.1.2 压力变送器 
  压力变送器是指以输出为标准信号的压力传感器,是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如4~20mADC、RS485等),以供给PLC、数显表等。由于电炉内压力较小,正常生产时炉顶压力为50~250Pa,属于微压测量,为了提高测量精度,选用差压变送器进行压力测量,只需低压侧置于空气中即可。 
  2.1.3 电磁流量计 
  选用电磁流量计进行冷凝器循环水流量的测量,并将流量数据通过RS-485传输到PLC,最终通过中控软件进行远程监控。 
  2.1.4 PLC控制器 
  监控系统选用主流品牌PLC控制器实现对仪表数据的实时采集,在工控机上存储,并和上位监控软件进行通讯,实现人机交互。经过PLC处理后的数据通过22英寸监视器进行图像、数据显示。 
  2.1.5 监控软件平台 
  通过InTouch丰富的图形界面显示效果,监控软件平台向操作人员和管理人员提供优秀的人机交互界面,并结合HMIReport丰富的报表功能,通过监控软件平台可以实现许多功能。 
  2.1.5.1 实时状态显示 
  可以分用户权限进行查看。实时组态图可以通过现场上位机查看。主要显示内容有:电炉所有温度、压力、流量、电压等模拟量动态图、实时信息监测显示,超限自动报警、生产信息日报表查询及打印功能。 
  2.1.5.2 报警功能 
  对所有监控设备和数据的异常情况能够用鲜艳的颜色变化和声音进行报警,提醒操作人员进行处理,报警信息汇总到實时报警界面,该报警界面能够清晰地反应出每条报警的日期/时间、报警描述、报警标签、报警状态、报警类型(低低、低、高、高高、变化率等)、报警值、确认操作、确认节点的优先级、报警区域或报警组的名称及级别等具体信息。对系统中的报警参数进行设置,操作人员和管理人员可以对实时、历史报警信息进行逐一查询,便于分析、查找问题产生的原因,总结经验,提升相关人员的操作水平和管理能力。 
  2.1.6 监控后台上位机 
  对电炉监控系统的实时测量数据“温度、压力、电压、电流、流量”等参数的查看、存储和报表查询。其操作系统为Windows7专业版,能够安装软件InTouch HMI Report SQL Server 2012的工控机,其CPU:I7-3770(G)四核心,主频3.4GHz8M缓存,含HD显卡4000/8GDDR3-1600内存(2*4G)/2个1T3.5寸HDD(监控级)/独立显卡:AMDRadeonHD8490/24XDVD+/-RW光驱/4个USB3.0,10个USB2.0,屏幕尺寸为27英寸LED显示器,广视角显示器最佳分辨率:1920x1080可视角度:178/178°视频接口为D-Sub(VGA),HDMI×2底座功能倾斜-1-15°。其4U上架式机箱,可支持多达15个附加卡。配备抗冲击磁盘驱动器托架。提供前部可访问USB和PS/2接口,更易于数据传输,提供双12cm/85CFM滚珠轴承风扇和流线式空气流通。配有LED指示灯和声音报警通知,用于系统故障检测,便于提醒、查找、分析故障。前门可锁,防止未经许可的访问。支持300W冗余ATX电源。 
  2.1.7 监控系统成形 
  按照设计建设监控系统,下载相关设计软件到PLC,调试合格后,系统集中监视变压器温度、高压侧电压、高压侧电流、低压侧电压、低压侧电流、炉顶温度、炉顶压力、一冷进口温度、一冷进口压力、二冷温度、二冷压力、三冷压力、四冷压力、文丘里压力1、文丘里压力2、文丘里压力3、排管水温度、冷箱进水流量、冷箱进水温度、排管水流量等生产过程的技术指标,进行实时显示,并对相关数据进行存储,并且可以查看指标的历史趋势图。 
  3 结束语 
  经过方案的认真设计和科学施工,2500kVA电炉监控系统很快建成投入使用,整套系统比原来老系统更能准确、及时反映电炉生产的实时状况,便于生产操作人员和管理人员了解生产状况,及时对生产进行优化,有效地延长了电炉的生产周期,增加了锌粉产量,提高了锌粉质量,取得了很好的经济效益和社会效益。 
  参考文献 
  [1] 2500KVA锌粉电炉工艺操作规程 
  [2] 陈国木.浅析电炉锌粉的生产[J].有色金属设计,2003,(30):82-84 
  [3] 云南云铜锌业综合开发有限公司《7万吨锌合金/年配套锌粉工程可行性研究报告》 
  [4] 何波,电气控制及PLC应用[M]北京:中国电力出版社,2008.