張棋昊*
(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有有責(zé)任公司,河北唐山,063200)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及 DCS技術(shù)的不斷發(fā)展,DCS技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用越發(fā)廣范。熄焦過(guò)程控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)干熄焦控制系統(tǒng))的主要工藝設(shè)備由熄焦?fàn)t體、裝料裝置、排焦裝置、提升機(jī)、機(jī)動(dòng)車(chē)輛和焦炭罐車(chē)、焦炭罐、收塵器、鍋爐系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)機(jī)等工藝設(shè)備組成。某公司采用西門(mén)子DCS系統(tǒng)作為干熄焦控制系統(tǒng),其DCS系統(tǒng)具有較高的工作可靠性、設(shè)備良好的穩(wěn)定性、通訊速率快特一系列的優(yōu)勢(shì),并且整個(gè)系統(tǒng)集成現(xiàn)場(chǎng)控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理系統(tǒng)等功能為一體。
干熄焦生產(chǎn)是指在封閉式爐體中,利用低溫氮?dú)鈱?duì)焦?fàn)t生產(chǎn)的紅熱焦炭進(jìn)行換熱冷卻循環(huán)的熄焦的一種常用的方法。在干熄過(guò)程中,焦?fàn)t炭化室產(chǎn)生的紅色焦炭通過(guò)熱焦罐裝荷到干熄爐內(nèi)。惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓,從底部流向頂部循環(huán)流動(dòng)。紅焦的熱量由氮?dú)鈳ё?;冷卻后的焦炭從干熄爐底部排出,由帶式輸送機(jī)送至篩焦系統(tǒng);氮?dú)饨?jīng)一次除塵后從干熄焦鍋爐中吸收紅色焦炭的熱量,送入鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行熱回收。
干熄焦控制系統(tǒng)的主要核心的硬件選用西門(mén)子品牌的模塊,其可編程邏輯控制器選用 CPU410-5H(背部配用硬件授權(quán)狗),機(jī)架的供電模塊選用 PS407,快速太網(wǎng)通訊模塊和總線(xiàn)接口模塊,I/O模塊,Y_LINK連接模塊,驅(qū)動(dòng)模塊等特殊驅(qū)動(dòng)模塊,如SINAMICS_S120、SIRIUS、SIMOCODE,系統(tǒng)硬件組態(tài)圖,如下圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件組態(tài)圖
主CPU站利用Profibus-DP總線(xiàn)與其他遠(yuǎn)程站通過(guò)冗余ET200總線(xiàn)模塊互連。冗余CPU的優(yōu)勢(shì)在于,在干熄焦生產(chǎn)過(guò)程中,一旦主CPU出現(xiàn)故障,備用CPU將自動(dòng)進(jìn)行無(wú)擾切換,接替原CPU執(zhí)行控制任務(wù),不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成任何影響。人機(jī)接口采用一個(gè)工程師站和三個(gè)操作員站組成(工程機(jī)均配用授權(quán)狗),DCS與上位工控機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)冗余通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信任務(wù)。
1.PC站操作系統(tǒng),Windows7_64位操作系統(tǒng);
2.PCS7_V8.1的選件包有:AS_OS_Engineering、S7_PLCSIM、SIMATIC_PCS7_BasisLibrary、WinCC_Configuration,WinCC_OPC_Server;
3.Office軟件Office2010位;
4.對(duì)于IE的要求,Windows7操作系統(tǒng)要選用IE8。
干熄焦系統(tǒng)采用模塊化編程,根據(jù)工藝流程,編程人員在編程過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不同的運(yùn)行方式編寫(xiě)相應(yīng)的功能和功能塊,然后在工廠(chǎng)視圖中,調(diào)用各個(gè)功能和功能塊,從而滿(mǎn)足不同控制要求。PCS7系統(tǒng)的CFC(連續(xù)功能圖編程)編程語(yǔ)言是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。CFC是西門(mén)子一種圖形化程序編輯器,編程人員可通過(guò)拖拽點(diǎn)點(diǎn)擊鼠標(biāo)等簡(jiǎn)單操作就能完成一系列的編程工作,CFC主要用于一些比較復(fù)雜控制邏輯。
干熄焦系統(tǒng)通過(guò)集成在S7-410H_CPU內(nèi)的以太網(wǎng)通信處理模塊將干熄焦系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)中。整套干熄焦控制系統(tǒng)工廠(chǎng)總線(xiàn)配備了西門(mén)子工業(yè)級(jí)交換機(jī)以連接各個(gè)AS站、ES站、OS站,網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)具有冗余環(huán)網(wǎng)管理功能。
干熄焦系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)使得工廠(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)有構(gòu)的更易擴(kuò)展,網(wǎng)絡(luò)有構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。干熄焦控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和篩運(yùn)焦PLC系統(tǒng)、四大機(jī)車(chē)協(xié)調(diào)PLC系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)連接,并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,保證干熄焦系統(tǒng)在安全的情況下穩(wěn)定進(jìn)行。
SIMOCODE為西門(mén)子電機(jī)控制器、SINAMICS_S120為西門(mén)子應(yīng)頻器,此類(lèi)均設(shè)備采用 PROFIBUS協(xié)議,可通過(guò)DP通訊線(xiàn)連接到PLC,并將讀取的狀態(tài)字信息傳給機(jī)車(chē)的S7-410H的CPU。
以西門(mén)子WinCC為主機(jī)監(jiān)控軟件的干熄焦系統(tǒng),主機(jī)監(jiān)控軟件和CPU410-5H可編程控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密集成度高,是一種高效的上位配置管理軟件工具,通過(guò)干熄焦系統(tǒng)操作員站上位畫(huà)面,工藝操作人員可以直觀(guān)地監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)閥及電氣設(shè)備控制的運(yùn)行情況和儀表信號(hào)狀態(tài)。西門(mén)子WINCC主機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)還配備了一套聲音報(bào)警程序,實(shí)時(shí)報(bào)警信息欄提示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài),顯示故障信息,為維護(hù)人員維護(hù)這組設(shè)備提供可靠的依據(jù)。干熄焦系統(tǒng)采用的系統(tǒng)控制硬件、WINCC軟件、PCS7軟件和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)硬件都有診斷報(bào)警功能,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備儀表或是硬件在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或運(yùn)行參數(shù)異常時(shí),控制中心監(jiān)控屏幕會(huì)立即報(bào)警閃爍并提示故障點(diǎn)的故障原因。
干熄焦歷史趨勢(shì)系統(tǒng)顯示系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)歷史記錄,便于操作工查詢(xún)歷史工況。在該系統(tǒng)中,可根據(jù)趨勢(shì)單擊趨勢(shì)調(diào)用按鈕區(qū)域中的按鈕調(diào)用相應(yīng)的趨勢(shì),調(diào)用的趨勢(shì)以曲線(xiàn)的形式在曲線(xiàn)顯示區(qū)域中顯示出來(lái),并且滑動(dòng)工具欄中調(diào)用出的時(shí)間軸可查詢(xún)?cè)摃r(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
(1)調(diào)節(jié)器在手動(dòng)時(shí),調(diào)節(jié)器輸出MV的低高有是0和100%。
(2)調(diào)節(jié)器在自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí),循環(huán)風(fēng)機(jī)停止,將調(diào)節(jié)器切換為手動(dòng),同時(shí)將調(diào)節(jié)器的MV_FORON置為1,循環(huán)風(fēng)機(jī)停止20秒后,將調(diào)節(jié)器的強(qiáng)制值MV_FORCE置為0%。
調(diào)節(jié)器在自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí),當(dāng)裝入裝置離開(kāi)關(guān)位打開(kāi)時(shí)延時(shí)3秒,將調(diào)節(jié)器置為1,將當(dāng)前的調(diào)節(jié)器輸出MV+8%送入調(diào)節(jié)器的強(qiáng)制值,使調(diào)節(jié)器的輸出增加8%。當(dāng)裝入裝置離開(kāi)開(kāi)位關(guān)閉時(shí)延時(shí) 13秒,將當(dāng)前的調(diào)節(jié)器輸出MV通過(guò)斜坡10秒減到MV-15%,送入調(diào)節(jié)器的強(qiáng)制值,使調(diào)節(jié)器的輸出減少15%。當(dāng)裝入裝置到達(dá)關(guān)位時(shí),將調(diào)節(jié)器置為0,取消強(qiáng)制模式,進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)模式。
在聯(lián)動(dòng)模式投入后,主蒸汽放散電動(dòng)閥關(guān)閉到位后,調(diào)節(jié)閥進(jìn)入強(qiáng)制模式,自動(dòng)強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥打開(kāi)畫(huà)面設(shè)定開(kāi)度值。
調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)模式的投入:在聯(lián)動(dòng)模式投入后,主蒸汽放散壓應(yīng)高高報(bào)警,調(diào)節(jié)閥馬上進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)模式。進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)模式后,因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥的設(shè)定值在進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)前一直在追蹤放散壓應(yīng)值,因此進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)后,設(shè)定值應(yīng)該是放散壓應(yīng)高高的值,如有要將放散壓應(yīng)降低,請(qǐng)將設(shè)定值做出改應(yīng)。
西門(mén)子DCS控制技術(shù)在焦化干熄焦的成功應(yīng)用,體現(xiàn)了西門(mén)子自動(dòng)化系統(tǒng)的全過(guò)程化的控制理念,其硬件支持的熱插拔,減少了系統(tǒng)的非故障停機(jī)時(shí)間,軟件支持在線(xiàn)修改和程序下荷,保證了整套干熄焦設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及生產(chǎn)的連續(xù)性,從行業(yè)應(yīng)用發(fā)展的角度來(lái)看,整個(gè)干熄焦控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的DCS控制技術(shù)可以使焦化企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)得更加人性,通過(guò)工控機(jī)上位監(jiān)控畫(huà)面等完成各種復(fù)雜控制,不但簡(jiǎn)化了操作人員的操作,而且提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。