DCS系統在煤氣環縫洗滌中的應用

　　摘 要：宣鋼動力廠對煤氣洗滌系統實施DCS技術控制取代原采用的一文二文過濾煤氣設置，對系統的穩定性、安全性有很明顯的改善。
　　關鍵詞：DCS控制 硬件 SIMATIC S7-400H系列 軟件 上位控制軟件采用Wincc和下位編程軟件采用PCS7
　　中圖分類號：TF8文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0060-02
　　動力廠煤氣環縫洗滌系統主要負責將宣鋼9#大高爐產生的荒煤氣經過環縫洗滌處理后進入凈煤氣管道，再經過減壓后送給低壓煤氣用戶。在這次的9#高爐的配套工程中，煤氣清洗采用了德國盧森堡PW公司的環縫自動調節系統，其中自控系統采用西門子公司的分散分布式控制系統（DCS），該系統為一個開放的、規模可擴展的、分散式控制系統，很好的滿足了環縫洗滌系統的各種聯鎖及控制要求。
　　環縫煤氣洗滌自動控制系統選用西門子公司的DCS系列可編程序控制器，完成數據采集、存儲、過程調節、邏輯控制及保護等功能。
　　1 控制方案
　　1.1 S7-400H PLC系統的選擇
　　原有煤氣洗滌系統采用一文二文過濾煤氣洗滌，控制系統采用S7-300控制系統，采用的是單控制系統。而9#高爐煤氣洗滌采用環縫自動調節系統，采用SIMATICS7-400H冗余控制系統，所謂H（高可靠性）系統，就是通過將發生中斷的單元自動切換到備用單元的方法實現系統的不中斷工作，H系統通過部件的冗余實現系統的高可靠性，S7-400H是西門子提供的最新冗余PLC，大大加大了控制系統的安全性和可靠性。
　　1.2 系統硬件配置
　　PS：PS407.10A（數量2）。
　　CPU：CPU 417-4H（數量2）。
　　通訊模塊：SM 421（數量2）。
　　SM 422（數量2）。
　　1.3 系統軟件構成
　　下位機：下位編程軟件采用PCS7。
　　上位機：上位控制軟件采用Wincc。
　　1.4 系統功能
　　（1）使用西門子可編程控制器構成自動控制系統。煤氣環縫洗滌自控系統將要完成以下主要功能：①實現所要求的各水位、溫度、壓力等參數的采集和生產工藝流程的自動控制。②進行液壓泵和循環水泵的手自動啟停工作。③完成大型閥組的自動控制功能。
　　（2）使用PCS7軟件進行程序設計和上位操作畫面的設計，設計完成以下功能：①工藝曲線圖形化管理與操作，自動監測過程記錄曲線，歷史趨勢的顯示。②記錄文件長期保存。③報警事件自動記錄，報警系統的主要參數的自動打印。④報表的自動生成等等功能。
　　（3）設計為冗余操作站，所有的參數都在操作站上顯示，可以進行微機操作和現場手動操作的切換。
　　（4）在環縫現場的PCC現場控制盤中，設有環縫調節、預洗段液位調節和洗滌段液位調節的現場操作開關，可以和微機相互配合，在某一系統失靈的緊急情況下，運用另一系統對其進行操作，保證三套重要調節閥的正確動作。
　　（5）環縫系統通過液壓泵驅動工作，通過液壓閥臺的比例閥控制環縫的開關動作，液壓泵系統的手自動控制、根據壓力進行泵自動起停控制是相當重要的。
　　1.5 系統安全性的設計
　　系統設計了兩級權限，維護人員可以登錄后對下位程序進行修改和維護，而環縫設定值和差壓值則由運行人員根據高爐運行情況在計算機上進行隨時修改。
　　2 工作原理
　　2.1 環縫煤氣洗滌自動調節
　　在現場設有控制閥臺，控制環縫的自動動作。閥臺包括三種操作模式：（1）通過比例閥自動遙控模式。（2）電磁閥開關手動遙控模式。（3）電磁閥開/關和鎖/開現場手動模式。在自動模式中，比例閥通過與頂壓管理器相連的現場管理器操作或來自現場控制柜的維持效果的工具。在鎖定狀態下三個容器閥（前面一個，后連兩個比例閥）被堵塞，這樣可以自動避免在壓力泵出現故障時油的泄漏。另一方面通過調節比例閥，使系統油壓趨于正常。并且在開鎖狀態下，容器閥可以互相轉換。這可以通過打開/鎖定電磁閥來實現調節通過比例閥到液壓閥的油速通過環縫的自動動作，來完成對高爐頂壓的自動調節功能，保證高爐頂壓的穩定。
　　環縫動作是通過液壓油的驅動，在環縫現場設有液壓站，液壓站內共有兩臺液壓泵，一備一用。在液壓站內，設有現場操作盤，操作盤按鈕有“自動-手動；開啟液壓系統；緊急停止；亮度測試；接受報警；液壓系統啟動；”指示燈有“液壓系統啟動；液壓系統停止”。現場級別優先。液壓泵由壓力控制軸向活塞泵組成，通過自動控制程序設計，要求在整個系統中泵保持185巴的恒壓。在液壓閥臺內有5套球囊型蓄能器，每個瓶的容積為50L。獨立的每套蓄能器裝有安全易調的活塞，在壓力過高時可以排放到油箱中。蓄能器內填充90巴的氮氣。如果壓力泵出現故障，則由蓄能器向緊急驅動裝置輸送油，保證環縫正常運行。
　　環縫系統包括兩臺循環提升水泵，主要功能是將環縫預洗段洗滌后的水循環后再打到洗滌塔里，再對洗滌段的煤氣進行清洗，這樣可以在一定程度上節約水資源，由控制系統對提升泵的起停進行自控控制，包括水系統的各種連鎖停機功能，有效的保護了提升泵。
　　2.2 環縫控制系統采用冗余硬件配置
　　（1）西門子DCS系統采用雙冗余控制系統-SIMATIC S7-400H系統，大大加強了系統穩定性，以單機操作的系數為1，那么安裝與H-RACK機架上（2×9槽，中間物理分隔）的H（高可靠性）系統可靠性提高57倍。
　　另外，操作員站也是采用兩個上位機顯示，網絡通訊也采用雙網卡，充分保證了系統的運行可靠性。
　　（2）S7-400H系統的冗余結構確保了任何時候的系統可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。這包括了冗余的CPU、供電模件和用于冗余CPU通信的同步模塊。根據特定的自動化控制過程需要，還可以配置冗余客戶服務器、冗余通訊介質、冗余接口模件IM153-2等。
　　（3）S7-400H系統亮點。
　　①平滑的主從切換。
　　②自動事件同步。
　　③集成的錯誤識別和錯誤定位功能。
　　④操作期間可對系統進行修改。
　　⑤類似標準CPU的在線編程。
　　⑥下載程序時，只考慮單個CPU，程序可自動拷貝到另一個CPU中。
　　⑦CPU修復后自動再進入。
　　⑧運行中所有部件可更換。
　　2.3 技術關鍵
　　（1）環縫自動控制是環縫洗滌的關鍵所在，通過控制環縫的開度來保證高爐頂壓在正常范圍內。在TRT正常運行的情況下，環縫只負責控制環縫差壓在35kpa，在TRT緊急停機或運行不穩定的情況下，崗位工需要及時的轉變為控制高爐頂壓。在以前的程序設計中，在每次切換的時候，操作需要先將自動轉化為手動，在面板中將內部給定轉換為外部給定，點擊頂壓調節，同時慢開DN1600閥，等到穩定后再將手動轉換為自動，繁瑣的操作導致崗位工容易出現差錯，導致嚴重的后果。因此，我們修改了下位機、上位機的程序，在上位機點擊頂壓調節，下位機程序中即把外部調節轉換為內部調節。改造后，只需要將差壓轉化為頂壓，同時慢開DN1600閥就行了。這樣大大方便了崗位工操作，也加強了系統運行的安全性和穩定性。
　　（2）DN1600調節閥和DN800快開閥在最初設計時沒有閥位反饋，操作工無法正確的看到DN1600調節閥和DN800快開閥的開度，使工作強度加大，操作安全性降低，我們為其增加了閥位反饋，使崗位工可以清楚的知道閥的開度，保證了安全生產，降低了崗位工工作強度。DN1600調節閥和800快開閥在最初設計時都是手動開關閥位，這樣在緊急的情況下就顯得很不適宜，高爐頂壓一下憋得很高，手動開DN1600調節閥操作總是很緊張，而且如果反映失誤的話，也許應該開DN1600調節閥，反而關了DN1600調節閥，這樣導致高爐頂壓更高了，必將導致非常嚴重的后果，所以為了消除這個安全隱患，我們將DN1600調節閥和DN800快開閥的程序更改為可以投用自動，根據工藝需要自動開關閥位，減輕了操作工的工作強度，提高了系統的穩定性。
　　（3）S7-400H系統之中的PID功能塊根據高爐頂壓自動調節環縫開度，通過調試過程中反復調整比例系數、積分時間，最終達到的環縫開度能準確、快速的跟蹤高爐煤氣因為流量變化而壓力的突然升高或降低，及時開關環縫，穩定管道壓力、減少浪費。
　　3 運行效果
　　該系統自投運至今一直運行穩定，提高了煤氣的洗滌效果，提高了控制水平，徹底解決了舊洗滌自動控制存在的問題，減輕了操作人員的勞動強度，減少了維護的難度，取得了良好的效