DCS系統(tǒng)在礦渣微粉熱風(fēng)爐的應(yīng)用

陸彬

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214400）

DCS系統(tǒng)在礦渣微粉熱風(fēng)爐的應(yīng)用

陸彬

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214400）

介紹基于西門子S7-300PLC和WINCC V7.0的DCS系統(tǒng)在江陰興澄特鋼礦渣微粉熱風(fēng)爐的應(yīng)用。針對熱風(fēng)爐電控硬件配置和網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)傳輸方式及編程進(jìn)行說明，實際使用維護(hù)中的問題提供分析和解決方案，通過不斷的完善與改進(jìn)，完全滿足安全運(yùn)行和生產(chǎn)要求。本文就DCS系統(tǒng)在礦渣微粉熱風(fēng)爐的應(yīng)用展開一論述的探討。

熱風(fēng)爐 PLC 通訊

江陰興澄特鋼為響應(yīng)我國節(jié)能減排政策，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，充分利用高爐水渣來減少環(huán)境污染，于2011年11月正式建成投產(chǎn)年產(chǎn)100萬噸礦渣微粉生產(chǎn)線。立磨主機(jī)采用中信重工的LGSM5725型立磨，臺時產(chǎn)量為大于150T，比表面積＞430㎡/KG。結(jié)合水渣原料水分，確定用于烘干所需熱風(fēng)爐供熱能力為32*106千卡/小時。熱風(fēng)爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谀?nèi)與礦渣進(jìn)行熱交換。出磨氣體經(jīng)凈化后一部分循環(huán)回系統(tǒng)，與熱風(fēng)爐提供的高溫?zé)煔饣旌虾笤僖黄疬M(jìn)入磨機(jī)進(jìn)風(fēng)口，以提高熱量的利用率，其余部分經(jīng)煙囪排入大氣。

1　電控硬件配置

1.1PLC及工控機(jī)配置

熱風(fēng)爐S7-300PLC控制站有1個315-2DP CPU，共56路/24路數(shù)字量輸入/輸出信號，12路/6路模擬量輸入/輸出信號。畫面使用SIMATIC IPC547C工控機(jī)，配備有具有強(qiáng)大功能的節(jié)能型 Intel? CoreTM2Quad/Duo64位處理器，內(nèi)存容量達(dá)8GB，串行ATA硬盤容量達(dá)500GB，能夠24小時連續(xù)運(yùn)行，并且可靠提供極高的處理性能。

1.2現(xiàn)場檢測儀表

生產(chǎn)過程參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、控制、顯示、報警等功能由DCS完成，除上煤皮帶秤承德聯(lián)創(chuàng)V403控制儀表，現(xiàn)場不設(shè)二次儀表。生產(chǎn)過程參數(shù)的檢測和控制儀表以滿足生產(chǎn)要求安全適用為原則，并與工藝整體裝備水平和工廠的自動化技術(shù)水平相適應(yīng)，所有信號通過廈門宇電儀表變送至PLC，同時實現(xiàn)就地顯示。

1.2.1壓力測量

包括爐膛壓力，鼓風(fēng)壓力，二次配風(fēng)壓力，壓力變送器選用羅斯蒙特3051系列，輸出信號為2線制4-20mA，充分考慮生產(chǎn)環(huán)境煤粉塵較大，儀表防護(hù)采用IP65級。

1.2.2料位測量

煤倉儲存料位測量采用性價比較高的阻旋式軸保護(hù)料位計，現(xiàn)場的傳感器一旦觸及被測料面便立即停止旋轉(zhuǎn)，并傳送至操作室及HMI畫面，特別適用于存在粉塵煙氣等干擾的測量工況。

1.2.3閥位控制及檢測

包括冷風(fēng)閥，鼓風(fēng)閥，配風(fēng)閥，通過開關(guān)量信號調(diào)節(jié)閥門開度，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出4-20mA反饋位置，采用法國伯納德系列確保風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常穩(wěn)定使用。

1.2.4溫度測量

包括爐膛溫度，出口溫度采用性價比較高的K型熱電偶，其使用溫度為-200～1300 ℃。熱電偶信號進(jìn)行線性處理和溫度補(bǔ)償連接到DCS 的模擬量輸入模塊上，考慮到所測介質(zhì)為熱風(fēng)爐風(fēng)道高溫?zé)煔?，熱電偶采用陶瓷管防護(hù)。

2　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h2>

礦渣微粉生產(chǎn)線是具備較高的數(shù)據(jù)集成和遠(yuǎn)程診斷、故障報警及數(shù)字化要求的系統(tǒng)，采用“操作站-控制站-現(xiàn)場儀表”的三層結(jié)構(gòu)模式，降低了成本，提高了可靠性，且在統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)下可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［1］。中控室共有3臺工控機(jī)，其中1臺ES站安裝了STEP7 V5.5編程組態(tài)軟件，WINCC V7.0 RC版監(jiān)控操作組態(tài)軟件，以及相對應(yīng)的必需的授權(quán)許可證（License Keys）。對工程項目文件進(jìn)行新建、編輯、修改，和項目程序的下載、上載，以及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控、操作，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集、存儲、報警、打印等功能。2臺OS站實現(xiàn)操作人員對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、操作，和報警信息提示。

集成在整個礦渣微粉系統(tǒng)中的熱風(fēng)爐DCS系統(tǒng)現(xiàn)場控制站通過Profibus 總線實現(xiàn)與中控室S7-400PLC信號的交互傳輸［2］，S7-400PLC系統(tǒng)通過CP443-1通訊模塊和SCALANCE-X交換機(jī)與WINCC軟件建立通訊。分別完成對熱風(fēng)爐上煤，篩選，破碎，提升，倉儲，給煤，鼓風(fēng)，配風(fēng)等環(huán)節(jié)的監(jiān)視和控制。

3　自動化控制功能

熱風(fēng)爐采用就地操作面板和遠(yuǎn)程中控畫面集中控制兩種方式，同時單體設(shè)備的手動就地控制優(yōu)先遠(yuǎn)程。若就地主令開關(guān)沒有轉(zhuǎn)至遠(yuǎn)程，則相應(yīng)的遠(yuǎn)程中控對設(shè)備操作無效，確保設(shè)備人身安全。萬一出現(xiàn)緊急事件，可以按急停開關(guān)及時關(guān)閉設(shè)備。

煤料定量輸送倉儲以承德聯(lián)創(chuàng)V403控制儀表為核心，根據(jù)入倉煤料的顆粒大小水分含量，考慮破碎和提升能力合理設(shè)置入倉噸位，實現(xiàn)快速、精確、穩(wěn)定地入倉?？刂苾x表瞬時煤量，通過一路標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，數(shù)據(jù)傳送到 S7-300PLC。PLC采集控制儀表脈沖信號（單位：噸/個）進(jìn)行累計運(yùn)算，便于對煤量及其累計值的監(jiān)控和統(tǒng)計。上煤各設(shè)備之間有明確的先后開關(guān)連鎖順序，正常運(yùn)行中如果某一設(shè)備發(fā)生故障，則它的前續(xù)設(shè)備都將會自動停止，就可以避免堵料和設(shè)備的損壞。熱風(fēng)爐通過調(diào)整給煤頻率和鼓風(fēng)閥位對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制。給煤頻率通過柜門線性精密電位器或工控機(jī)畫面模擬量信號通過PLC傳至圓盤給料機(jī)ABB變頻器，圓盤給料機(jī)采用一拖三的變頻傳動控制；鼓風(fēng)及二次配風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)通過柜門數(shù)字量開關(guān)信號或工控機(jī)畫面模擬量通過PLC給定電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)使其到達(dá)想要的閥位，兩者結(jié)合確保燃煤燃燒的充分合理。

4　軟件的編寫

4.1程序的編寫

S7-400 PLC在PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中組態(tài)成主站，S7-300PLC組態(tài)為從站，網(wǎng)絡(luò)物理站地址為10，S7-300 PLC作為智能從站與主站通信。兩邊對發(fā)送和接收通信區(qū)進(jìn)行配置，根據(jù)實際數(shù)據(jù)傳輸量來設(shè)置字節(jié)大小，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)都存儲在對應(yīng)DB塊中。

主站側(cè)編程

L ID 46

T “RFL_TX”.yl_gf DB13.DBD0 //鼓風(fēng)壓力

NOP 0

L ID 50

T “RFL_TX”.yl_lt DB13.DBD4 //爐膛負(fù)壓

NOP 0

L ID 50

T “RFL_TX”.t_lt DB13.DBD8 //爐膛溫度

NOP 0

從站側(cè)編程

L "AI/AO".yl_gf DB3.DBD0 //鼓風(fēng)壓力

T QD14

············

NOP 0

L "AI/AO".yl_lt DB3.DBD4 //爐膛負(fù)壓

T QD18

NOP 0

L "AI/AO".t_lt DB3.DBD8 //爐膛溫度

T QD22

NOP 0

4.2畫面的編寫

程序中使用FB塊作為電機(jī)啟動塊包含中間變量準(zhǔn)備好，啟動，停止，運(yùn)行狀態(tài)，故障信號等，WINCC畫面中通過關(guān)聯(lián)PLC創(chuàng)建相應(yīng)結(jié)構(gòu)變量。電機(jī)啟動都采用畫中畫編輯，控制塊按鈕需要點擊相關(guān)設(shè)備才能顯示，既可以避免誤操作，又能使畫面簡潔明了。HMI畫面主要包括各設(shè)備狀態(tài)的實時顯示，主要變量如爐膛壓力，鼓風(fēng)壓力，爐膛溫度，出口溫度的存儲歸檔，便于統(tǒng)計熱風(fēng)爐的運(yùn)行參數(shù)和路況，可追溯相關(guān)分析數(shù)據(jù)。

5　結(jié)語

在實際生產(chǎn)中發(fā)生數(shù)次主排風(fēng)機(jī)ABB傳動柜發(fā)生故障，導(dǎo)致排風(fēng)風(fēng)量突然變小，熱風(fēng)爐爐膛壓力由正常負(fù)壓60至80左右瞬間急劇升高，發(fā)生往外噴火5米左右的險兆事故。經(jīng)過事故分析為了杜絕爐門噴火將立磨研磨信號傳至熱風(fēng)爐PLC，在連鎖狀態(tài)下同時具備鼓風(fēng)壓力150pa以上和鼓風(fēng)電機(jī)運(yùn)行兩個條件，立即自動打開放散裝置，快速降低爐膛壓力。熱風(fēng)爐DCS系統(tǒng)自運(yùn)行以來穩(wěn)定可靠，具備實用性強(qiáng)，維護(hù)量少，數(shù)據(jù)傳輸性能好的特點，有效發(fā)揮了熱風(fēng)爐設(shè)備良好的性能。

［1］曾粵.礦渣粉磨生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.固廢利用，2014（6）：33-36.

［2］劉妍.Profibus技術(shù)在新華XDPS-400中的應(yīng)用［J］.冶金自動化，2010：830-831.