MCGS组态软件在钢铁厂铁水处理系统中的应用
关键字：MCGS 组态软件 PLC IPC PID HMI
一、工艺描述
在炼钢工艺中，从高炉来的混铁车铁水在倒罐站进入铁水罐，由300t吊车将铁水罐送至1#、2#铁水脱硫站的处于座罐位的铁水罐倾翻车上。此前，相关脱硫站已经做好了所有准备工作，如：公用设施风、水、电、燃气的供给并达到要求的参数；喷吹罐已经准备好足够的符合要求的钝化镁粒；各种机电液设备都可靠好用；全部电控系统包括自动控制和计算机操作、专家系统及检测仪表系统都正常可靠，烟气除尘系统已经启动，等等。
铁水罐车开至喷吹工位，到位信号将传至喷镁操作室的自动操作系统，系统允许开始自动运行。测温取样装置可根据工艺需要在铁水中进行测温或取样，温度将快速显示在现场的大屏幕数码表上，同时信号传至操作室的计算机操作系统被纪录和显示。样块被送至化验室作成分的快速分析，并将结果——铁水成分立即反馈到操作室，操作人员在计算机上输入该罐铁水罐号，铁水重量、铁水温度、铁水初始硫、目标硫参数，或具备和二级站连网功能。专家系统将自动确定该次喷吹的镁粒喷吹量和喷吹时间，在专家系统完成计算并确定喷吹参数之后即可启动自动喷吹按钮，开始按照程序进行喷吹，到达设定值后会自动停止喷镁。在喷吹过程中可以通过彩色大屏幕监视器监视铁水罐中铁水反应情况，系统具有根据需要在喷
吹中调整喷镁速度的功能。
喷吹是当喷枪在上极限高位时开始喷吹氮气，随后下枪至铁水中预定深度停枪并开始喷镁，喷镁结束后停止喷镁但是不停止喷吹氮气，继续吹氮气几十秒钟搅拌铁水然后提枪至上极限。喷枪的升降由电力驱动和大节距双排链传动系统完成，升降力达10000kgf。喷枪的换枪机构采用固定式双枪分别驱动升降形式，双枪用一备一。换枪喷吹用铁水罐车移动的方式实现。
喷枪和测温取样枪采用了四项实用先进技术：①编码器枪位检测；②事故（如停电）提枪技术；③热敏法测铁水液面高度；④喷枪张力检测技术（当罐底结渣时触包停枪，再提枪到喷吹位），确保喷枪和铁水、铁水罐的安全。
喷吹过程中，设置在平台枪孔旁的电液推杆驱动的喷枪夹持装置将夹持住喷枪杆，防止喷枪过大的上下抖动对喷枪升降装置产生不利影响。在喷枪喷吹前后，夹钳装置处于打开的状态。
喷镁结束后使用测温枪或取样枪测温或取样，测温取样装置为电力驱动，为避免工人在装、卸测头时受高温烘烤，将两支枪设计成由电液推杆推成倾斜状态时更换测头，垂直时工作。
随后调整铁水罐车至扒渣工位，液压驱动的铁水罐倾翻车使铁水罐倾翻，使用气动扒渣机扒渣落入渣罐内，渣罐在渣罐车上，渣罐车在道轨上可以沿其开出。扒渣操作室在喷粉平台上，扒渣过程在脱硫操作室的彩色大屏幕监视器上可以观察，扒渣结束铁水处理完毕，有信号给铁水罐车，该车可以行车至换罐位，用300t吊车吊铁水罐至转炉，同时从倒罐站吊铁水罐至换罐位坐罐，准备下一次喷吹处理。 整个铁水处理过程检测仪表将对温度、重量、流体压力、流量、喷镁流量等参数进行动态测量并纪录，控制系统还可以对其中的某些变量随机调整，如喷吹氮气的压力和流量，喷镁流量等。还设置有气压低等若干报警功能和连锁安全保护功能。
本套脱硫站设脱硫操作室和扒渣操作室。整个铁水处理过程控制可以在操作室进行也可以在机旁操作（主要是用于调试时和维修时）。操作采用自动或者手动方式进行，并可以切换。在计算机上用翻屏的方式可以看到处理的全过程如喷吹、测温取样、扒渣等动态模拟及其所有参数。还有打印工作报表的功能，按照设计的报表在铁水处理完毕后自动打印工作报表。
二、系统方案
铁水脱硫站采用IPC（MCGS）+PLC控制系统，整个过程以昆仑通态HMI集中显示、操作和控制为主，并配有必须的机旁操作箱，设有自动操作方式、手动操作方式、远程操作操作方式三种方式。
自动操作方式：由控制系统自动完成必要的操作过程。
手动操作方式：操作工可在HMI上进行软手动和在机旁手动操作台向上进行硬手动，在手动操作方式下，控制系统的延时关系被解除，但联锁关系仍然存在。
远程操作操作方式：在控制室设有“远程操作”开关，当检修开关闭合时，操作工可在就地操作箱上进行操作，以便对各设备实施就地检修控制，在系统远程操作方式下，控制系统的延时和联锁关系均被解除。铁水预处理站电控系统，由计算机、MCGS+S7—300PLC+STEP7—5.0组成的专家系统构成，即一级控制系统。具有实时监控脱硫系统、上料系统、钢包车、渣车系统等。主要功能有：
① 自动上料功能：精确的称重装置，由大屏幕实时显示喷粉罐中的料量，并传至PLC进行分析，当料量减少到低于设定值，系统将自动启动上料程序，确保喷粉罐中始终有喷吹所需的物量。
② 自动计算功能：操作员通过HMI画面，用键盘输入或网络接收炉号、铁水初始硫含量、铁水目标硫含量、铁水的重量和温度，PLC自动计算出喷粉总量、喷粉时间和喷粉速度，随后即可启动自动运行。MCGS—V5.1+STEP7—V5.0组成的专家系统，将稳定工作，控制各个机构运行，以达到操作员所设定的目标硫含量。
③ 主吹PID功能：由流量计测量主吹氮气流量，并传至PLC计算，和HMI所设定的主吹氮气流量做PID运算，控制电子薄膜调节阀的开度，达到主吹氮气流量的稳定，防止喷粉过程中铁水飞溅。
④ 画面同步功能：HMI画面同步显示的喷枪位置、夹钳位置，测温取样枪与喷粉枪位置由旋转编码器传输数据，保持画面与控件实时同步，方便操作人员监视。
⑤ 给料电机速度控制：在人工操作状态下，操作员通过HMI键入所需的喷粉速度，PLC计算后，传至变频调速器，控制给料电机，使之以均匀速度供给喷粉料量，并由转速表显示给料电机速度，方便操作员精确的控制给料量。
⑥ 自动运行功能：在PLC确认喷粉罐中，料量不低于设定值、氮气压力不低于下限值、钢包车到位等，操作员可启动自动系统。
1、 打开夹钳装置。
2、 喷枪驱动装置将喷枪下降，启动除尘阀门。
3、 喷枪降到喷粉位，夹钳装置将喷枪夹紧，设备开始往铁水中喷粉。
4、 喷粉时间到达，PLC控制系统停止喷粉，喷枪上升。
5、 喷枪到达待喷位，除尘阀门关闭。
6、 设备进入待机状态，计算机将记录所需数据，并可随时打印。
⑦ 本地操作功能：操作员通过计算机（HMI），用鼠标手动控制脱硫系统运行。（如打开、关闭阀门、喷枪升降等）
⑧、远程操作功能：操作员通过远端控制箱上的按钮，手动控制脱硫系统运行。
系统监测功能描述
监测系统由MCGS（HMI）软件组态，用于监控铁水预处理站的系统运行过程（脱硫系统、上料系统、钢包车、渣车系统等）。装有MCGS通用版系统软件，19寸的HMI画面，可实时监控所有电控气动阀门的开关、喷枪位置、夹钳位置、钢包车位置及各种变量的变化，并可生成变量的实时曲线、棒图、存盘数据浏览。系统有几个画面组成：系统总览画面、主操作画面、喷吹系统画面、喷枪系统画面、测温系统画面、系统报警画面、存盘数据报表等，使操作员方便的监控脱硫系统的运行。操作员可通过键盘和鼠标进行数据输入，操作系统运行，随时访问不同的画面，观察部件的运行情况。每个画面都有报警指示器，以交互方式通知操作员，并通过它直接访问系统报警画面，以使设备正常、稳定工作。
三、结论
本系统为中冶集团北京冶金设备总院成套研发，已经成功应用在南京钢铁集团炼钢厂、宁波建龙钢厂等多个大型钢厂铁水处理系统上，运行稳定可靠，功能强大，为客户取得了明显的经济效益和社会效益，大大提高了用户的生产自动化水平，为用户提高自身的市场竞争能力提供了强力保障。
一、工艺描述
在炼钢工艺中，从高炉来的混铁车铁水在倒罐站进入铁水罐，由300t吊车将铁水罐送至1#、2#铁水脱硫站的处于座罐位的铁水罐倾翻车上。此前，相关脱硫站已经做好了所有准备工作，如：公用设施风、水、电、燃气的供给并达到要求的参数；喷吹罐已经准备好足够的符合要求的钝化镁粒；各种机电液设备都可靠好用；全部电控系统包括自动控制和计算机操作、专家系统及检测仪表系统都正常可靠，烟气除尘系统已经启动，等等。
铁水罐车开至喷吹工位，到位信号将传至喷镁操作室的自动操作系统，系统允许开始自动运行。测温取样装置可根据工艺需要在铁水中进行测温或取样，温度将快速显示在现场的大屏幕数码表上，同时信号传至操作室的计算机操作系统被纪录和显示。样块被送至化验室作成分的快速分析，并将结果——铁水成分立即反馈到操作室，操作人员在计算机上输入该罐铁水罐号，铁水重量、铁水温度、铁水初始硫、目标硫参数，或具备和二级站连网功能。专家系统将自动确定该次喷吹的镁粒喷吹量和喷吹时间，在专家系统完成计算并确定喷吹参数之后即可启动自动喷吹按钮，开始按照程序进行喷吹，到达设定值后会自动停止喷镁。在喷吹过程中可以通过彩色大屏幕监视器监视铁水罐中铁水反应情况，系统具有根据需要在喷
吹中调整喷镁速度的功能。
喷吹是当喷枪在上极限高位时开始喷吹氮气，随后下枪至铁水中预定深度停枪并开始喷镁，喷镁结束后停止喷镁但是不停止喷吹氮气，继续吹氮气几十秒钟搅拌铁水然后提枪至上极限。喷枪的升降由电力驱动和大节距双排链传动系统完成，升降力达10000kgf。喷枪的换枪机构采用固定式双枪分别驱动升降形式，双枪用一备一。换枪喷吹用铁水罐车移动的方式实现。
喷枪和测温取样枪采用了四项实用先进技术：①编码器枪位检测；②事故（如停电）提枪技术；③热敏法测铁水液面高度；④喷枪张力检测技术（当罐底结渣时触包停枪，再提枪到喷吹位），确保喷枪和铁水、铁水罐的安全。
喷吹过程中，设置在平台枪孔旁的电液推杆驱动的喷枪夹持装置将夹持住喷枪杆，防止喷枪过大的上下抖动对喷枪升降装置产生不利影响。在喷枪喷吹前后，夹钳装置处于打开的状态。
喷镁结束后使用测温枪或取样枪测温或取样，测温取样装置为电力驱动，为避免工人在装、卸测头时受高温烘烤，将两支枪设计成由电液推杆推成倾斜状态时更换测头，垂直时工作。
随后调整铁水罐车至扒渣工位，液压驱动的铁水罐倾翻车使铁水罐倾翻，使用气动扒渣机扒渣落入渣罐内，渣罐在渣罐车上，渣罐车在道轨上可以沿其开出。扒渣操作室在喷粉平台上，扒渣过程在脱硫操作室的彩色大屏幕监视器上可以观察，扒渣结束铁水处理完毕，有信号给铁水罐车，该车可以行车至换罐位，用300t吊车吊铁水罐至转炉，同时从倒罐站吊铁水罐至换罐位坐罐，准备下一次喷吹处理。 整个铁水处理过程检测仪表将对温度、重量、流体压力、流量、喷镁流量等参数进行动态测量并纪录，控制系统还可以对其中的某些变量随机调整，如喷吹氮气的压力和流量，喷镁流量等。还设置有气压低等若干报警功能和连锁安全保护功能。
本套脱硫站设脱硫操作室和扒渣操作室。整个铁水处理过程控制可以在操作室进行也可以在机旁操作（主要是用于调试时和维修时）。操作采用自动或者手动方式进行，并可以切换。在计算机上用翻屏的方式可以看到处理的全过程如喷吹、测温取样、扒渣等动态模拟及其所有参数。还有打印工作报表的功能，按照设计的报表在铁水处理完毕后自动打印工作报表。
二、系统方案
铁水脱硫站采用IPC（MCGS）+PLC控制系统，整个过程以昆仑通态HMI集中显示、操作和控制为主，并配有必须的机旁操作箱，设有自动操作方式、手动操作方式、远程操作操作方式三种方式。
自动操作方式：由控制系统自动完成必要的操作过程。
手动操作方式：操作工可在HMI上进行软手动和在机旁手动操作台向上进行硬手动，在手动操作方式下，控制系统的延时关系被解除，但联锁关系仍然存在。
远程操作操作方式：在控制室设有“远程操作”开关，当检修开关闭合时，操作工可在就地操作箱上进行操作，以便对各设备实施就地检修控制，在系统远程操作方式下，控制系统的延时和联锁关系均被解除。铁水预处理站电控系统，由计算机、MCGS+S7—300PLC+STEP7—5.0组成的专家系统构成，即一级控制系统。具有实时监控脱硫系统、上料系统、钢包车、渣车系统等。主要功能有：
① 自动上料功能：精确的称重装置，由大屏幕实时显示喷粉罐中的料量，并传至PLC进行分析，当料量减少到低于设定值，系统将自动启动上料程序，确保喷粉罐中始终有喷吹所需的物量。
② 自动计算功能：操作员通过HMI画面，用键盘输入或网络接收炉号、铁水初始硫含量、铁水目标硫含量、铁水的重量和温度，PLC自动计算出喷粉总量、喷粉时间和喷粉速度，随后即可启动自动运行。MCGS—V5.1+STEP7—V5.0组成的专家系统，将稳定工作，控制各个机构运行，以达到操作员所设定的目标硫含量。
③ 主吹PID功能：由流量计测量主吹氮气流量，并传至PLC计算，和HMI所设定的主吹氮气流量做PID运算，控制电子薄膜调节阀的开度，达到主吹氮气流量的稳定，防止喷粉过程中铁水飞溅。
④ 画面同步功能：HMI画面同步显示的喷枪位置、夹钳位置，测温取样枪与喷粉枪位置由旋转编码器传输数据，保持画面与控件实时同步，方便操作人员监视。
⑤ 给料电机速度控制：在人工操作状态下，操作员通过HMI键入所需的喷粉速度，PLC计算后，传至变频调速器，控制给料电机，使之以均匀速度供给喷粉料量，并由转速表显示给料电机速度，方便操作员精确的控制给料量。
⑥ 自动运行功能：在PLC确认喷粉罐中，料量不低于设定值、氮气压力不低于下限值、钢包车到位等，操作员可启动自动系统。
1、 打开夹钳装置。
2、 喷枪驱动装置将喷枪下降，启动除尘阀门。
3、 喷枪降到喷粉位，夹钳装置将喷枪夹紧，设备开始往铁水中喷粉。
4、 喷粉时间到达，PLC控制系统停止喷粉，喷枪上升。
5、 喷枪到达待喷位，除尘阀门关闭。
6、 设备进入待机状态，计算机将记录所需数据，并可随时打印。
⑦ 本地操作功能：操作员通过计算机（HMI），用鼠标手动控制脱硫系统运行。（如打开、关闭阀门、喷枪升降等）
⑧、远程操作功能：操作员通过远端控制箱上的按钮，手动控制脱硫系统运行。
系统监测功能描述
监测系统由MCGS（HMI）软件组态，用于监控铁水预处理站的系统运行过程（脱硫系统、上料系统、钢包车、渣车系统等）。装有MCGS通用版系统软件，19寸的HMI画面，可实时监控所有电控气动阀门的开关、喷枪位置、夹钳位置、钢包车位置及各种变量的变化，并可生成变量的实时曲线、棒图、存盘数据浏览。系统有几个画面组成：系统总览画面、主操作画面、喷吹系统画面、喷枪系统画面、测温系统画面、系统报警画面、存盘数据报表等，使操作员方便的监控脱硫系统的运行。操作员可通过键盘和鼠标进行数据输入，操作系统运行，随时访问不同的画面，观察部件的运行情况。每个画面都有报警指示器，以交互方式通知操作员，并通过它直接访问系统报警画面，以使设备正常、稳定工作。
三、结论
本系统为中冶集团北京冶金设备总院成套研发，已经成功应用在南京钢铁集团炼钢厂、宁波建龙钢厂等多个大型钢厂铁水处理系统上，运行稳定可靠，功能强大，为客户取得了明显的经济效益和社会效益，大大提高了用户的生产自动化水平，为用户提高自身的市场竞争能力提供了强力保障。
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