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1、80 万吨精品冷轧项目 BAF/BH200-560 全氢罩式退火炉,制作人：姬健翔,2.12 电气传动 2.12.1 电动机技术规格 一期电动机技术规格设备名称 容量 数量 每台风量（Nm3/h）电压（V）转速 rpm 备注炉台循环风 25KW 48130,000 380 2300变频控制助燃风机 7.5KW262,450 380 2900冷却罩风机 7.5KW22*220,000 380 960每个冷却罩 2 台风机终冷台风机 7.5KW40 20,000 380 1450排烟风机 75KW 2*2 100,000 380 1450 二用二备本项目提供 48 个炉台相关的电动机控制柜的设计和
2、供货，共设置 6 个 MCC 柜、48 个炉台风机柜，供电电源 电压：380V/220VAC10%，3 相 4 线 频率：50Hz（4950.5Hz）,2.12.2.1 电源进线柜 受电开关：1 个附件 2 机组主要设备功能描述 电流互感器：3 个 电流表：3 个 带切换开关的电压表：1 个 指示灯：1 套 水平母排：1 套 总控制电源变压器（380/220V）：1 个 其他必要的设备：1 套电源进线柜安装在电气室内，防护等级为 IP3X，柜门装有冷却用风扇和过滤器，门带锁。柜体色 标为 RAL7035。电源进线柜的外形尺寸：宽度 1000mm，高度 2300mm，深度 600mm电源进线机柜
3、安装在电气室中，环境要求如下所示：室温：040 相对湿度：4080%（不结露）,2.12.2.2 炉台风机柜 炉台风机柜采用固定式，每个完成 1 个炉台循环风机的变频控制。每个炉台风机柜主要包括：进线电抗器（K119-460）：1 个 变频器（6SE6430）：1 个炉台风机柜安装在电气室内，防护等级为 IP3X，柜门装有冷却用风扇和过滤器，门带锁。柜体色 标为 RAL7035。炉台风机柜的外形尺寸：宽度 1000mm，高度 2300mm，深度 600mm。（包括 100mm 的底座，底座 的颜色与柜体相同）。所有的电炉台风机柜均安装在电气室中，环境要求如下所示：室温：040 相对湿度：408
4、0%（不结露）,2.12.2.3 公辅 MCC 柜公辅控制柜主要用于液压泵电动机等的全电压直接起动；排烟风机电动机等的全电压软起动。公辅控制柜主要包括：自动开关：N 个 接触器：N 个 热继电器：N 个 控制电源变压器（380/220V 2.5KVA）：1 个 水平母排：1 套 其他必要的设备：N 套接触器的线圈电压选用 220VAC。根据需要，公辅控制柜中还安装少量的控制电源变压器、隔离继电器等，并提供 1 路仪表电源(220V AC)、1 路 PLC 电源(220V AC)及必要的备用电动机控制回路和备用馈电回路。,公辅控制柜安装在电气室内，防护等级为 IP3X，柜门装有冷却用风扇和过滤器
5、，门带锁。柜体色 标为 RAL7035。公辅控制柜的外形尺寸：宽度 1200mm，高度 2300mm，深度 600mm。（包括 100mm 的底座，底座 的颜色与柜体相同）。公辅控制柜均安装在电气室中，环境要求如下所示：室温：040 相对湿度：4080%（不结露）,2.12.2.4 终冷台 MCC 柜 每个终冷台 MCC 柜用于 23 套终冷台电动机的全电压直接起动。终冷台控制柜主要包括：自动开关：23 个 接触器：23 个 热继电器：23 个 控制电源变压器（380/220V 2.5KVA）：1 个 水平母排：1 套 其他必要的设备：1 套接触器的线圈电压选用 220VAC。终冷台控制柜安装
6、在电气室内，防护等级为 IP3X，柜门装有冷却用风扇和过滤器，门带锁。柜体 色标为 RAL7035。终冷台控制柜的外形尺寸：宽度 1200mm，高度 2300mm，深度 600mm。（包括 100mm 的底座，底 座的颜色与柜体相同）。终冷台控制柜均安装在电气室中，环境要求如下所示：室温：040 相对湿度：4080%（不结露）,2.12.3 UPS 用于车间电源故障时过程计算机系统的供电，容量约 2.5kVA，输入电压为交流 220V10%，输 出电压为交流 220V，蓄电池（免维护）容量按持续放电时间 30min 考虑。每个 PLC 柜配一套 UPS。,2.13 基础自动化控制系统全氢罩式退
7、火炉自动化控制系统由基础自动化控制系统和过程计算机控制系统组成。基础自动化控 制系统由 PLC 和监视操作面板（OP）组成，完成退火过程的控制功能。过程计算机控制系统由 1 台数 据服务器、2 套 HMI、1 台工程师站、1 台打印机组成，主要完成退火过程的设定值计算（由数学模型 完成）、过程参数的监视和保存、报警记录及退火过程报表的打印和管理等功能。自动化控制系统的设计允许当基础自动化控制系统与过程计算机的通讯故障时，由基础自动化控制 系统单独完成炉台的退火操作并记录相应过程状态、故障信息等数据。当基础自动化控制系统与过程计 算机的数据通信恢复正常后，在基础自动化控制系统中记录的数据将被自动
8、地存储到过程计算机的数据 库中。本工程建议设置单独的计算机室，放置数据库服务器、工程师站等关键设备。,2.13.1 基础自动化控制系统的系统配置及实现的主要功能 基础自动化控制系统的系统配置图详见附图 5-全氢罩式炉自动化控制系统配置图。基础自动化控制系统完成炉台的所有控制功能及公辅设施的控制功能，加热罩和冷却罩可在本系统 控制的任一炉台上互换。基础自动化控制系统的控制器选用西门子公司的 S7-300，为了提高安全性、可靠性并节约成本，每 1 个炉台由一台 S7-300 控制，公辅设施由 1 台 S7-300 控制。所有炉台的 SIMATIC S7-300 以及公辅 SIMATIC S7-30
9、0 均通过工业以太网(TCP/IP 协议)与 L2 过程控制计算机进行数据交换，S7-300 之间也 通过工业以太网（TCP/IP 协议）进行数据交换。每个罩式炉的炉台阀站、加热罩均通过 ET200M 与 S7-300 的 CPU 进行数据交换。ET200M 与 S7-300 的 CPU 之间采用目前广泛采用的现场总线 PROFIBUS-DP 协议进行通信，最高波特率可达 12Mbps。为了将来可能的扩展，PLC 的输入、输出和 CPU 的内存都留有较大的扩展空间，今后可以结合不 同的控制算法对温度、流量和压力进行控制。本项目的输入/输出点数预留 5%的余量，并在柜内预留 5%输入/输出板的扩
10、展空间。,每台 S7-300 带一个有功能键和数字键盘的操作监视器，可监视和操作对应炉台的退火过程，保证 在 L2 计算机故障的情况下仍可继续进行生产。操作监视器提供以下文本画面功能：参数表：可修改当前退火温度设定值、吹扫设定值、冷却过程设定值；过程概况：显示炉台过程状态及退火过程实际参数-温度、压力、流量及已完成的退火时间；过程数据：给出炉台主要过程数据、退火程序号、过程状态和 H2、N2、燃气的流量以及电力 消耗数据；信息表：包括退火过程主要背景信息，如安全吹扫和密封试验的未完成时间 报警表：列出退火过程中本炉台及与其退火相关的加热罩和冷却罩的报警信息。基础自动化控制系统主要实现以下控制功
11、能：按退火程序输入设定值；各种关键输入信号的合理性检查；按工艺要求实现整个退火过程的控制（按照工艺流程把退火工艺分为 14 个正常段和故障后处理 的 9 个特殊段）；,二个串联的氢气入口阀、内罩和炉台间的泄漏测试；炉台循环风机、冷却罩冷却风机、加热罩助燃风机的运转控制；烧嘴的点火控制、燃烧控制；内罩压力的监视和控制；存贮多步时间-温度和时间-流量图表，存贮整个退火过程和冷却周期的设定点值；按退火曲线调节内罩温度（软件控制器）；按不同的控制算法调节加热罩温度（软件控制器）；循环风机转速的控制；对各类检测信号进行监视（包括安全设施的检测信号），当出现异常时，自动根据预定的程序进 行报警和控制（按照
12、工艺流程把退火工艺分为 14 个正常段和故障后处理的 9 个特殊段）；各种记录功能（在内部缓冲器 RAM 中以最小时间间隔 6 秒记录运行过程的温度、H2 和 N2 的 流量、内罩的压力、温度的设定点）；各种显示功能；在炉台现场操作台和 HMI 设置紧急吹扫按钮操作；维护用手动操作功能；测试用手动操作功能；与 L2 系统的通信功能；,2.13.2 S7-300 的特点 S7-300 PLC 采用模块化设计。模块化结构使得 S7-300 灵活而易于维护，当其中某一块模块出现故 障时，在几分钟内就可完成模板的更换。S7-300 PLC 具有以下特点：模块化设计；DIN 标准导轨安装；集成的背板总线
13、；可靠的前连接器，在更换模块时不需拆卸导线；没有槽位限制，信号模块和通讯模块可不受限制地插到任一槽位上。,2.13.3主要模板的选型 电源模板 PS307：将 120/230V AC 转换到 24V DC 工作电压，为 S7-300/ET200M 提供电源，输 出电流有 2A、5A 和 10A 三种；CPU 模板 315-2DP：具有中、大规模的程序存储容量；对二进制和浮点数运算具有较高的处理 性能，功能全；支持各类功能模块和通信模块；集成有 MPI 和 DP 二个通信接口，DP 为主站/从站接口；可用于大规模的 I/O 配置；可用于建立分布式 I/O 结构；以太网通信模板 CP343-1：该
14、模块具有自身的处理器，用于与 L2 计算机及其他 S7-300 的工业以太网通讯；1 至 4 层符合国际标准；以多重协议方式实现“S7 通信”、“PG/OP 通信”、“S5 兼 容通信”等；具有 RJ45 插口；数字量输入模块 SM321：电源为 DC24V，16 点或 32 点，带光藕隔离；数字量输出模块 SM322：电源为 DC24V，32 点或 16 点或 8 点，额定电流 0.5A 或 2A，带光藕 隔离；,模拟量输入模块 SM331：8 点或 2 点，带光藕隔离；模拟量输出模块 SM332：8 点或 4 点或 2 点，带光藕隔离；数字量输入/输出模块 SM323：电源为 DC24V，
15、8 点输入/8 点输出或 16 点输入/16 点输出，输出 额定电流 0.5A，带光藕隔离；接口模板 IM153-1：用于 SM、FM、CP 的 I/O 接口模板；RS485 接口；Profibus-DP 网线：根据现场的实际情况，选用电气电缆或光缆；操作监视面板 OP77B：4.5 象素图形显示屏，可显示位图或棒图；MultiMediaCard（MMC）存储卡用于配方数据和项目备份；具有用于打印机和项目下载的 USB 接口；内置 MPI 和 PROFIBUS DP（12 Mbit/s）接口；可使用 SIMATIC WinCC flexible Standard 进行组态；,2.13.4 PL
16、C 柜和现场盘箱柜 炉台 PLC 柜 每个炉台 PLC 柜安装 4 套 S7-300（含电源模板、CPU 模板、通讯模板、I/O 模板）及相应的操作 监视面板（OP）、自动空气开关、熔断器、警铃、隔离继电器、端子等。本工程共设置 12 个炉台 PLC 柜。炉台 PLC 柜的柜体选用 RITTAL 柜体，柜体色标为 RAL7035。PLC 柜防护等级为 IP3X，柜内装有 冷却风扇、照明和插座，门带锁。炉台 PLC 柜的外形尺寸：宽度 600mm，高度 2000mm，深度 600mm。炉台 PLC 柜安装在操作室内，对操作室的环境要求：室温：040 相对湿度：4080%（不结露）,2.13.4.
17、2 公辅 PLC 柜 公辅 PLC 柜安装 1 套 S7-300（含电源模板、CPU 模板、通讯模板、I/O 模板）及相应的操作监视 面板(OP)、自动空气开关、熔断器、警铃、隔离继电器、端子等。本工程设置 2 个公辅 PLC 柜。公辅 PLC 柜的柜体选用 RITTAL 柜体，柜体色标为 RAL7035。公辅 PLC 柜防护等级为 IP3X，柜 内装有冷却风扇、照明和插座，门带锁。公辅 PLC 柜的外形尺寸：宽度 600mm，高度 2000mm，深度 600mm。公辅 PLC 柜安装在操作室内，对操作室的环境要求：室温：040 相对湿度：4080%（不结露）,2.13.4.3 阀站控制柜 每
18、个炉台阀站控制柜控制 1 个炉台，柜内安装 1 套 ET200（含电源模板、通讯模板、I/O 模板）及 相应的自动空气开关、熔断器、炉内温度显示器、氧含量信号变送和显示、转速监视变送器、隔离继电 器、端子等。炉台阀站控制柜安装在对应炉台的下方地下室，采用户内安装、正面单向单开门方式，防护等级为 IP54，柜内装有内部照明和插座，门带锁。柜体色标 RAL7035。炉台阀站控制柜的概略外形尺寸：宽度 800mm，高度 2200mm，深度 600mm。,2.13.4.4 冷却罩控制箱 每个冷却罩上安装一个冷却罩控制箱，控制箱内安装接线端子和冷却风机控制用接触器、保护用热 继电器。每个冷却罩控制箱带有
19、一个动力插头和一个控制插头，插头和控制箱的端子间采用软电缆连接。冷却罩控制箱为户内型，防护等级为 IP54，门带锁。箱体色标 RAL7035。冷却罩控制箱的概略外形尺寸：宽度 350mm，高度 400mm，深度 200mm。2.13.4.5 炉台现场操作箱 在每个炉台旁安装一个炉台现场操作箱。操作箱面板上安装有操作开关、指示灯、带灯按钮和紧停 吹扫按钮等；操作箱侧面安装一个动力插座和一个控制信号插座，与加热罩或冷却罩连接。炉台现场操 作箱的防护等级为 IP54，箱体色标 RAL7035。炉台现场操作箱的概略外形尺寸：宽度 400mm，高度 950mm，深度 200mm。,2.13.4.6 加热
20、罩控制箱 每个加热罩上安装一个加热罩控制箱，控制箱内安装 12 个烧嘴控制器、助燃风机控制用接触器和 保护用热继电器、1 套 ET200（含电源模板、通讯模板、I/O 模板）及相应的自动空气开关、熔断器、隔离继电器、端子等。每个加热罩控制箱带有一个动力插头和一个控制插头，插头和控制箱的端子间采 用软电缆连接。加热罩控制箱为户内型，防护等级为 IP54，门带锁。为了防止罩体辐射热，在加热罩控制箱的背 面、正面各安装一块隔热板。柜体色标 RAL7035。加热罩控制箱的概略外形尺寸：宽度 800mm，高度 1100mm，深度 400mm。2.13.4.7 终冷台现场操作箱 在终冷台现场设置 5 个现
21、场操作箱，每个操作箱控制 5 个终冷台。操作箱安装有操作开关、紧停按 钮、端子等。终冷台现场操作箱为户内型，防护等级为 IP54，门带锁。柜体色标 RAL7035。终冷台具 备操作室、现场二地操作功能。,2.14 过程计算机控制系统 全氢罩式退火炉自动化控制系统由基础自动化控制系统和过程计算机控制系统组成。基础自动化控制系统由 PLC 和监视操作面板（OP）组成，完成退火过程的控制功能。过程计算机 控制系统由 1 台数据服务器、2 套 HMI 和 1 台打印机组成，主要完成退火过程的设定值计算（由数学模型完成）、过程参数的监视和保存、组垛模型、接收 L3 的计划信息、报警记录及退火过程报表的打
22、 印和管理等功能。自动化控制系统的设计允许当基础自动化控制系统与过程计算机的通讯故障时，由基础自动化控制 系统单独完成炉台的退火操作并记录相应过程状态、故障信息等数据。当基础自动化控制系统与过程计 算机的数据通信恢复正常后，在基础自动化控制系统中记录的数据将被自动地存储到过程计算机的数据 库中。,与 L3 的数据通讯；图形显示与监控；数学模型；退火过程参数设定；退火过程动态显示；钢卷在线跟踪；故障报警；数据收集；历史数据的存储；报表打印；远程维护。,2.14.2 过程计算机控制系统实现的主要功能过程计算机控制系统主要实现如下功能：,2.14.2.1 与 L3 的数据通讯（预留功能）接受 L3
23、下达的生产指令：钢卷和堆垛数据、退火要求、用户合同号、钢种等；向 L3 上报生产实绩：钢卷的退火量、退火等级、钢卷去向、介质消耗量、炉子生产能力等；详细的通讯内容在基本设计联络时决定 2.14.2.2 图形显示与监控 1）全部炉台的状态监视（详见附图 6）用颜色、图形以及字符表示车间内炉台使用状态（空炉台、待维修炉台、运行中的炉台、待卸 料炉台等），便于操作人员及时了解车间内各炉台的状态，进行必要的作业（装料、设置内罩、设置加热罩、设置冷却罩、卸料等）；2）单个炉台的运行状态监视（详见附图 7）炉内装料的数据；介质的流量、压力；炉内温度；各个阀门的状态；各种风机的状态；内罩、加热罩和冷却罩的设
24、置情况等；,2.14.2.3 退火过程参数设定 退火钢卷参数显示：钢卷尺寸，带钢厚度，退火记录号，重量，用户编号等；退火参数设定：根据所输入钢卷的几何参数和退火等级后，过程控制计算机利用数学模型给出 相应的产品退火参数，并将该组参数下载到基础自动化控制系统；口令保护：对不同操作者采用不同级别的口令授权，以保护系统的安全性。2.14.2.4 退火过程动态显示 退火过程动态显示详见附图 9。,趋势图显示：炉内压力、温度（设定值和实际值）、O2 含量、氢气流量、氮气流量、循环风机 转速、冷却水温度等的实时曲线图显示；棒图显示：使操作人员对各退火参数的变化有直观的概念。2.14.2.5 故障报警 故障
25、报警详见附图 11。故障报警：对不同等级的故障以不同的方式表示。一级故障用红色显示故障名称，并用电铃报 警；二级故障用黄色显示故障名；,故障记录：对一级故障，在数据库内保存并在线打印；报警色：与现有的保持一致。2.14.2.6 数据收集 收集各类事件。2.14.2.7 历史数据的存储 历史数据的存储详见附图 8。退火日志记录：主要操作指令、退火过程主要阶段的记录，退火过程的故障记录；一个退火周期的设定值和实际值的记录；退火日志和报表存储期为一年，为了确保数据的安全，每 1 个月必须对数据库用光盘进行备份。,2.14.2.8 报表打印（包括交接班表）生产报表打印：炉台产量，燃料消耗，保护气体消耗
26、，冷却水消耗，退火时间统计，钢卷数据；退火过程历史曲线打印；退火过程主要事件记录打印；交接班报表打印。2.14.2.9 其他 帮助信息：每个画面上设有帮助信息；当错误的按了某个按钮时，会有帮助信息显示。2.14.3 数学模型 2.14.3.1 退火过程数学模型 退火数学模型是根据钢种、钢卷参数和堆垛状况计算加热、均热和冷却过程需要的时间，并对 退火过程进行热工分析，是退火过程控制的核心。不同钢种有其相应的退火曲线，按照退火曲 线，数学模型能够准确计算出各种规格带钢（厚度、宽度、钢卷外径）在不同堆垛情况（堆垛 卷数、不同尺寸钢卷堆垛）钢卷芯部温度达到退火设定温度时的时间。即能提高产品的退火质 量
27、和性能，又能有效地节约能源和占炉时间。,退火模型主要完成退火过程的如下热工分析：计算退火过程钢卷断面温度分布；计算监视点与卷边及卷芯温度的关系曲线；退火模型在线控制：根据堆垛模型计算的结果和来自上位机 L3 的退火钢卷的信息后，通过本模 型计算出该炉的退火参数（加热时间，保温时间，冷却时间），存储在数据库中并被自动传送到 该炉台的 S7-300 控制器中；并根据退火过程的参数，在线计算钢卷断面温度分布，并在线提示 剩余的退火时间，一旦完成退火即予以提示。,2.14.3.2 组垛模型 组垛模型的功能是通过从 L3（或人工输入）获得的钢卷相关数据（如钢卷等级、重量、尺寸、交货时间、加热冷却的设定点
28、温度等）和罩式炉的装料情况进行优化组合堆垛，以达到节约能 源、提高生产效率、降低生产成本的目的。主要的优化组垛原则如下：相似的退火曲线（可以混装）；最优装炉量（堆垛高度和卷重）；有利于保护气体的最优；兼顾交货时间。提供手动调整，使操作人员能够自主调整堆垛，来满足特殊的原料堆垛组合。2.14.3.3 加热罩、冷却罩、终冷台的使用管理功能 根据当前炉群和设备的状态，按照节能、提高设备利用率等原则自动地合理分配加热罩、冷却罩和 终冷台。,2.14.4 钢卷在线跟踪 完成钢卷从罩式炉前库到罩式炉后库的跟踪。钢卷跟踪范围：罩式炉前库炉台终冷台罩式炉后库；钢卷跟踪的输入信号：人工输入；跟踪结果的显示：在画
29、面上显示；通过钢卷跟踪功能和相应钢卷的退火、终冷要求,对所有罩式炉前库、炉台内、终冷台上、罩式 炉后库的所有钢卷的状态进行状态跟踪和管理，当钢卷退火、终冷即将结束时，通过 HMI 报警（信息和声音）提醒操作人员；当钢卷退火、终冷结束时，通过报警（信息和声音）提示操作 人员；根据当前终冷台的状态，自动分配出炉的钢卷到终冷台；根据当前罩式炉后库的状态，自动分配出终冷台的钢卷到罩式炉后库。,工厂管理模型（可选项）通过与生产管理计算机（L3）、基础自动化系统（L1）的通讯，获取相关的数据，并结合组垛模型、退火在线控制模型，完成车间设备（炉台、内罩、加热罩、冷却罩、钢卷运输车等）的最优运行和钢卷 退火的
30、最优配置。通过加热罩、冷却罩的 ID 号识别码对所有的加热罩、冷却罩进行运行状态（所处位置、使用的 剩余时间等）、总使用时间等的管理，从而形成加热罩、冷却罩的使用时间顺序表，提高运行效率、节约能源；炉台和内罩的状态管理；钢卷运输车的优化调度和控制。人工手动确认修正：允许操作人员手动输入生产参数（装料，吊离加热罩，吊离冷却罩、内罩，卸料，到终冷台等），按照物料输送时间进行操作。系统提示操作人员对操作过程进行记录。,考题,一填空。1.本项目提供 48 个炉台相关的电动机控制的设计和供货，共设置 6 个 MCC 柜、48 个炉台风机柜。2.炉台风机柜采用固定式，每个完成 1 个炉台循环风机的变频控制
31、。3.公辅控制柜主要用于液压泵电动机等的全电压直接起动；排烟风机电动机等的全电压软起动。4.公辅 MCC控制柜主要包括自动开关、接触器、热继电器、控制电源变压器、水平母排其他必要的设备等,5.全氢罩式退火炉自动化控制系统由基础自动化控制系统和过程计算机控制系统组成。二选择。1.退火过程动态显示故障报警二级故障表示方法：（C）A.红色显示故障名称；B.用电铃报 警；C.黄色显示故障名；D.黄色显示故障名称并用电铃报 警；,三简答。1.S7-300 PLC 具有以下特点：1.模块化设计；2.DIN 标准导轨安装；3.集成的背板总线；4.可靠的前连接器，在更换模块时不需拆卸导线；5.没有槽位限制，信号模块和通讯模块可不受限制地插到任一槽位上。,
