自动控制系统说明
一、引言
本技术方案面向靖远晖泽化工有限责任公司电石炉改造项目工程。

根据靖远晖泽化工有限责任公司提出的要求，结合我公司多年在电石行业生产、运行、建设的经验，设计出符合电石炉工艺特点的自动化控制系统方案。

二、概述
根据该项目所提出的改造要求，对电石炉的配料上料系统、电极升降、电极压放、电极参数显示、净化系统等进行自控改造，以减少能耗、降低人工劳动强度、提高产能为控制目标，设计一种基于PLC 的电石炉控制系统。

本系统采用具有高性价比的SIEMENS PLC控制系统作为下位机，用于完成对现场数据的采集和对工艺设备的控制。

采用装有WINCC组态软件和STEP7编程软件的工控机为上位机，实现对现场生产的监控与控制作用。

系统的应用降低人工劳动强度，改善电极电流的稳定性，提高电石生产自动化水平，并达到节能降耗、提高生产效率的最终目的。

三、自控设计方案
自控系统由工控机、显示器、PLC、报警装置等组成，对现场仪表数据，设备运行信息进行实时采集，通过界面监控整个电石炉的运行情况。

完成配料上料系统控制、电极升降控制、电极压放控制、电极参数显示、净化系统控制的自动化控制。

提高了电石炉工作负荷和作业率，避免操作失误时炉况波动和设备事故。

1)系统配置
1、工业计算机软件部分
◆微软WINDOWS XP操作系统
◆西门子WINCC V6.2组态软件
◆西门子S7-300编程软件SETUP7 v5.2+sp1
2、工业计算机部分
采用最稳定的原装工业电脑
3、可编程控制器PLC。

采用德国西门子的S7-300系列可编程控制器内置PID模块，32K存储器，I/O能扩展到2048点
2)软件描述
上位机监控系统上位机采用西门子WINCC软件。

WinCC 是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术、微软公司共同开发的、居于世界领先地位的工控软件。

WINCC是SIEMENS在过程自动化领域中的先进技术与MICROSOFT在软件世界的领先水平相结合的产物。

WINCC即WINDOWS_CONTROL_CERTER（视窗控制中心）。

WINCC是一个强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单的过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。

在任何情况下WINCC都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口，使操作员能够清晰地管理和优化生产过程。

WINCC拥有先进人机界面产品的所有功能，其集成的功能已包括： WINCC浏览器
快速访问所有工程数据和全局设定的中心项目管理器。

✧图形系统编辑器
用于自由地组态画面，并完全通过图形对象进行操作，图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态。

✧报警信息系统
记录和存储事件并予以显示，可自由选择信息分类、信息显示和报表，操作非常简便。

✧变量归档和通讯管理
接收、记录和压缩测量值，用于曲线和图表显示及进一步的编辑功能。

✧报表系统
通过控制属性,可以准确选择需要在报表中显示的图片、变量、组态信息、组态的测量值的归档
✧数据处理
对图形对象的动作使用C语言及VB脚本。

✧标准接口
通过ODBC、OPC和SQL访问用于组态和过程数据的数据库。

✧应用程序接口
允许用户编写可用于扩展WINCC基本功能的标准应用程序。

另外，WINCC还提供多种可选软件包。

如，通讯开发工具CDK，允许用户开发用于连接数据管理器与任何目标系统的通讯软件。

操作站WINCC的性能直接依赖于PC硬件的性能。

采用高性能的PC 将明显获得高的性能。

画面的数量只受硬盘容量的限制，每幅画面容
纳的过程测点数可以达到500个以上。

操作站（WINCC）可提供多个窗口显示及32层显示。

WINCC采用多层显示结构，显示的层数可根据工艺过程和运行要求来确定，这种多层显示可使运行人员方便地翻页，以获得操作所必需地细节和对特定的工况进行分析。

多层显示包括总貌显示（区级显示）、成组显示和回路显示。

3)硬件描述
采用西门子S7-300PLC.所有的控制程序都在控制器内运行。

控制器具有很强的控制性能。

适合于模拟量和逻辑量的控制。

具有较强的PID 控制功能。

SIMATIC S7－300一种通用型PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。

模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置、以及用户易于掌握等特点，使得S7－300在以下工业部门中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案：生产制造工程汽车工业通用机械制造专用机械制造各种类型的专用机床，OEM塑料加工包装工业食品和饮料工业工艺过程工程（例如，供水、排水、建筑设施等）S7－300具有以下显著特点循环周期短、处理速度高指令集功能强大、可用于复杂功能产品设计紧凑、可用于空间有限的场合模块化结构、适合密集安装有不同档次的CPU、各种各样的功能模块和I/0模块可供选择100%免维护一般特性设计
S7－300是由各种模块部件所组成，各模块能以各种不同方式组
合在一起。

这表明可将控制系统设计成完全符合应用的需要。

除了模块之外，用户其他所需要的就是一种DIN标准导轨。

各模块安装在导轨上，并用螺丝固定。

这种结构形式既可靠又电磁兼容。

背板总线集成在各模块上，通过将总线连接器插在模块机壳的背后，使背板总线联成一体。

最多8个模板可一起装在一个机架上（中央控制器/扩展单元）。

4）控制方案
✧配料上料控制系统
配料上料控制系统主要检测控制原料仓、加/卸料电振机、料斗秤、炉顶料仓等设备的运行状况，控制原料配比和加料量的准确度，保证加料过程的连续性。

通过该系统，原料的准备及原料加入料仓的整个过程都可以得到监测和控制，并且允许操作人员控制原料配送线上每个过程。

根据逆启顺停的延时自动配送料过程，使原料按照一定的配比及设定的重量准确无误的加入发出求料的下料仓中。

在整个配送料过程中，系统将检测每条皮带的运行状态、卸料挡板的动作情况以及料仓的料位情况，并对设备运行过程中的故障情况作出判断，产生报警信息提示操作人员注意。

✧电极升降系统
电极升降自动控制系统主要根据采集到的电极电流、电极电压、炉压、档位给定等信号，按照恒电流、恒电阻的控制原理对电极进行控制，通过控制液压系统来实现电极升降的自动控制。

在自动控制过
程中，随时可以人为干预，通过按键增大或减少输入电流、阻抗或直接修改控制参数，对于电石炉可以根据已有的控制模型输入相应的参数值，也可以手动控制电极升降。

✧电极压放系统
电极压放自动控制系统完成电极自动压放的动作。

PLC系统根据设定的时间来计时，预定的时间到达时系统发出执行压放动作指令，将指令输出到液压系统中的压放单元，控制其依次动作来完成电极压放的自动控制。

预设压放时间在工况条件变化时允许修改，最短不低于8分钟,最长不超过2 小时，这样的时间段足以保证电极不过焙，或焙烧不好。

液压系统的全部动作要求在1分钟内全部完成。

在自动控制过程中，随时可以人为干预，通过按键增大或减少输入的时间间隔或直接修改控制参数，也可以手动操作控制电极压放。

通过定时定量（每次压放20mm）的压放电极，使电极的消耗能得以及时的补充。

✧电极参数显示系统
经过模拟量信号采集，对电极电流、电极电压、档位、炉压、温度等进行界面显示，实时监测电石炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。

✧净化系统
密闭电石炉产生的500℃~800 ℃炉气，最高温度可达1000 ℃，在粗气直排阀关闭的状态下，从炉盖水冷烟管经净化系统水冷套管引入旋风沉降器，再经一、二级旋风冷却器冷却，烟气温度温度控制在220℃~250 ℃之间以防止焦油在低于200 ℃时析出并堵塞管道，同
时将烟气中粗颗粒粉尘大部分捕集下来，捕集后的含微尘烟气再通过高温粗气风机鼓入布袋器仓，过滤后的净气通过较大功率的净气风机增压后分配给各用气单位。

净气风机具有反吹功能，清除布袋过滤器的灰尘。

5）自控系统的功能与特点
实时准确检测电石炉的运行参数，实时监测并采集电石炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。

系统具有丰富的图形库，通过组态可将电石炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。

综合分析及时发出控制指令，调节电石炉系统设备的运行，从而保证电石炉高效、可靠运行。