西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8选型说明
一、概述
邯郸钢铁集团有限责任公司位于河北省南部重工业城市---邯郸市，1958年建厂，属国家特大型钢铁联合企业，具有年产铁钢材500万吨的生产能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高炉动工建设，2000年6月高炉顺利出铁。该高炉为引进德国克虏伯钢铁公司的设备和技术，年产生铁150万吨，利用系数2.5，焦比480kg，喷煤量150kg/t，各项经济技术指标位居国内同类型高炉第三名。
二、机型
2000m3高炉包括高炉及热风炉本体、水处理、煤粉喷吹、环保除尘等岗位，从性价比综合指标考虑，采用了大量性能优良的施耐德电气产品。高炉热风炉本体基础自动化控制系统PLC选用了TSXQUANTUM系列产品，风机变频器选用了Altivar产品，低压电器选用施耐德软起动器、梅兰日兰开关、断路器、接近开关、光电开关等产品。
三、工艺描述
炼铁是在高炉内进行还原反应过程，炉料、矿石、燃料和熔剂从无钟炉顶装入炉内，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦碳燃烧，产生热煤气由下向上运动，而炉料则由上而下运动，互相接触，进行热交换，逐步还原，后到炉子下部，还原成生铁，形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和出渣口放出。
高炉自动化的目的主要是保证高炉操作的4个主要问题：即正确的配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节料柱中炉料分布及保持与煤气流良好的接触；保持合适的热状态。
现代高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统通常由DCS或PLC完成。由于高炉在钢铁厂处于咽喉位置，需及时和稳定地供给炼钢工序合格的铁水，故其稳定性是很重要的。近年来，高炉向大型化方向发展，稍有不正常，损失就很大，其稳定性就显得愈加重要。高炉自动化的控制性能是决定高炉稳定顺行的一个至关重要的因素。
四、系统控制内容及功能要求
高炉生产要求计算机控制系统能够保证生产过程的连续性和实时监控性，要求数据量多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集周期短，刷新速率快，特别对通讯网络而言，数据传输速率、网络稳定性和正确性尤为重要。
1、高炉部分
·炉顶、炉喉、炉身、炉腰、炉缸、炉底、炉基的温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测。要求数据采集jingque度≤0.2%，采集速率≤0.8S。
·炉顶压力控制：这是高炉生产中重要的、必须投入自动运行的控制。正常情况下，高炉顶压为250±3KPa。2000m3高炉顶压调节采用了比肖夫环缝洗涤塔专利技术，串联方式的上下两级喉口一个投入自动，一个投入手动。
·炉身静压校正：在高炉不同高度测量炉身静压力，可以较早得知炉况变化，较准确判断局部管道和悬料位置，以便及时采取措施。2000m3高炉在四个水平面上装设4个取压口以测量炉身静压力。
·炉体冷却壁热负荷检测：高炉一代炉役的长短取决于冷却壁的侵蚀情况。冷却壁热负荷检测属于重点监控和维护内容，分析该处实时曲线和历史趋势可以帮助高炉工长正确判断炉况，采取相应措施延长高炉炉龄。
·煤气分析：分析高炉煤气中H2、N2、CO、CO2含量，可以了解炉内反应，风口或冷却系统漏水等情况。
·水冷系统控制：通过膨胀罐、接受罐、水泵、气密箱、密闭循环水系统、炉顶打水的连锁与阀门控制保护炉顶设备。
·氮风系统控制：通过送风阀、送氮阀、风机连锁控制保护齿轮箱、阀箱等炉顶设备。
2热风炉部分
·炉体温度、压力、差压、流量参数检测
·热风温度控制：通过自动调节混风切断阀开度将适当配比的冷风掺入热风管道中，控制送往高炉热风围管的热风温度在1200±20℃内。
·废气温度与煤气支管流量的串级控制：废气温度与煤气支管流量组成串级调节回路，废气温度调节器的输出作为煤气支管流量调节器的外给定值。
图1 废气温度与煤气支管流量串级控制原理图
·煤气支管流量与冷风支管流量的比值控制：煤气支管流量与助燃风支管流量组成配比调节回路，以煤气支管流量作为比值器的输入，比值器的输出作为助燃风支管流量调节器的外给定值。
图2 煤气支管流量与冷风支管流量比值控制原理图
·开始燃烧时，废气温度调节器、煤气支管流量调节器及助燃风支管流量调节器均切换到手动状态，使废气温度调节器的输出为零，使煤气支管流量及助燃风支管流量调节阀处于小开度状态。当延时几秒后或废气温度达到350℃时，调节器自动切换到自动调节状态。当炉子退出燃烧时，煤气及助燃风支管流量调节阀均切换到手动状态，且两阀全关闭。
以下是高炉、热风炉主要生产工艺监控画面。
1 引言
汽包水位 给水流量 蒸汽流量 三冲量 自动控制系统燃烧过程控制在宾馆里，中央空调是不可决少的，耗电非常大，空调主要是用来实现室内的恒温，中央空调主要由制冷机、冷却水循环系统、风机盘管系统、风机和冷却塔等组成。中央空调工作原理图如图1所示。通常冷冻水泵的容量是按高温度、满住率，并在此基础上留有10-20%的余量设计，在一年四季中，水泵系统长期在固定的大水流量工作，由于季节、昼夜及住房率变化大，空调实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。与决定水泵流量和压力的大设计负载（负荷率）相比，一年中负荷率在50%以下的运行时间将近一半，一般冷冻水设计温度为5——-7℃，而事实上在全年决大部分时间冷冻水的温度仅为2——-4℃，即水泵却是全功率运行，增加了管道能量损失，浪费了水泵运行的输送能量。这就存在能量的无效使用，而通过变频调速技术就能实现自动调节流量并显著节能的效果，用PLC改造传统电气控制系统的则使运行可靠性大大加强。
2 变频调速功能
2.1 变频器节能原理：
变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。变频器调速的主要工作原理是将供给电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电，以此为电源再供给电机使用。
由水泵的工作原理可知：风机、水泵特性：Q∝n H∝n2 P∝n3
即流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
根据公式：转速
其中f为电源频率，我国工频为50HZ，P为极对数，S为转差率，那么调节电动机电源频率就可调节电动机转速，调节电机转速也就是调节它的负载转速，那么，根据风机、水泵特性可知，调节风机水泵的转速可以达到调节流（风）量的目的，显著调节轴功率。通过在水泵加装变频器，，则可实现自动调节控制，可使系统工作平缓稳定。并通过变频节能收回投资。如图2所示，图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所耗的功率差。随热负载而改变水量的变流量空调水系统显示了巨大的优越性。
2.2 变频技术应用：
中央空调系统采用变频调速技术，电机可在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水流量，达到制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。
3PLC控制变频调速系统工作原理：
3.1采用性能可靠的松下系列PLC为控制核心，所有输入信号起停，保护都通过光电隔离输入到PLC的输入口，利用专用编程软件，根据控制要求对PLC进行梯形图编程，PLC输出控制变频器的起停。采用PLC控制后，可取消全部时间继电器和中间继电器，所有逻辑控制通过梯形图软编程，在不用改变控制线路的情况下，可随时按控制要求修改程序，实现新的控制方案，灵活性相当高;并具有强大的通讯接口，可与上位电脑相连，，实现远程监控，为将来联网控制留有接口，具有良好的扩展性，能与其他控制系统协调工作。变频器调速控制电路简单， 克服传统线路易出故障的缺点，降低了事故发生。
3.2 根据空调系统的实际情况，设计应包括以下几点：
（1）冷却系统、冷冻系统各装1台变频器。
（2）可根据内不同阶段的冷量要求，设置不同要求运行。
（3）常用与备用可切换。
（4）变频控制与原控制间可换，确保设备正常运行。
3.3 控制系统的主电路图
3.4 冷冻泵、冷却泵PLC的控制系统图
PLC软件采用梯形图语言，实现各种逻辑控制、变频器启动控制及手动/自动，工频/变频转换和故障自动切换等功能。
（1）I/O接口图
（2）系统软件编程图
4、结束语
（1）新的控制方案已于2004年底在北海公路宾馆投入使用，达到大幅度节电效果，具体比较如下：
在冷冻泵、冷却泵上应用变频器，一般都有40%的节电率。每天节约的电费=电机功率×每天运行时间×节电率×电价=（45KW+55KW）×24小时×40%×0.81/度，而改造费大约十万元，投资回收期=100000÷583≈170（天）
通过以上分析计算，改造后系统经济效益可观，符合《中华人民共和国节约能源法》。
（2）对电机实现了软起动、软制动，大大降低了起动电流、避免了对电机和电网的冲击;
（3）电机运行噪音减小、温升降低、震动减少、负载运行顺滑平衡;
（4）大幅度改善电机的功率因素;
（5）具有过流、过压、短路、缺相等多种保护功能，增强了对电机及所带负载的保护功能。
（6）在任意一设定的频率下，电机都能以佳效率运行;
（7）能检测负载轻微的变化，并迅速调整输出功率，显示在操作屏上;
（8）利用PLC实现各种逻辑控制、变频器启动控制及手动/自动，工频/变频转换和故障自动切换等功能，是系统控制灵活方便，功能齐全。