基于西門子S7-400H PLC 在昆鋼80000M3 煤氣柜的應(yīng)用

李恒昆 郭 韜

（昆明鋼鐵集團(tuán) 動力能源分公司，云南 昆明650302）

1 控制系統(tǒng)介紹

西門子公司推出了S7-200、S7-300、S7-400 等系列PLC， 各系列PLC 都有各自的優(yōu)劣勢， 其中S7-400H 系列PLC 是西門子公司推出的適用于中高檔性能控制領(lǐng)域的PLC，具有熱備冗余、易擴(kuò)展、容錯性和通訊能力強等的特性，尤其以熱備冗余性能適合控制要求較高的系統(tǒng)使用。 選用S7-400H 系列CPU 搭配S7-300 系列I/O 模塊，既能降低控制系統(tǒng)硬件成本，還能把S7-400H 系列PLC 的優(yōu)勢發(fā)揮到極致，該種搭配既繼承了S7-300 系列模塊的低價位， 又很好的發(fā)揮了S7-400H 系列CPU 的熱備冗余及穩(wěn)定性能。 昆鋼新區(qū)煤氣柜屬于高度危險源區(qū)域，對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求非常高，但還要考慮到控制系統(tǒng)的成本控制，故此選用該種搭配的選型。

2 工藝流程介紹

轉(zhuǎn)爐煤氣柜作為轉(zhuǎn)爐煤氣管網(wǎng)平衡的緩沖裝置，合理的利用好轉(zhuǎn)爐煤氣柜對于轉(zhuǎn)爐煤氣的高效回收利用起到至關(guān)重要的作用。首先轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過一次除塵系統(tǒng)進(jìn)行初步的煤氣回收系統(tǒng)后進(jìn)入管網(wǎng)，在進(jìn)入氣柜之前進(jìn)行煤氣中氧氣含量的再次檢測確定煤氣質(zhì)量是否滿足要求，滿足要求則結(jié)合當(dāng)時的氣柜中煤氣容量進(jìn)行合理的取舍，如果煤氣柜符合進(jìn)氣要求，煤氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，則開啟煤氣柜進(jìn)口進(jìn)口閥，關(guān)閉放散閥，煤氣回收進(jìn)去氣柜。合理控制進(jìn)出氣柜的煤氣，保證氣柜內(nèi)煤氣在控制范圍內(nèi)，原則上在保證安全的前提下，最大限度的回收來自轉(zhuǎn)爐的煤氣。 回收后的煤氣從氣柜出來后經(jīng)過加壓機(jī)加壓后送入25MW 發(fā)電站進(jìn)行發(fā)電，緊急情況下可通過柜后放散進(jìn)行緊急放散。

3 控制聯(lián)鎖介紹

3.1 進(jìn)口閥閥門控制聯(lián)鎖

當(dāng)煤氣柜控制參數(shù)同時滿足一下條件時： 煤氣中O2的含量低于1.9%、煤氣管網(wǎng)壓力正常、煤氣柜柜容小于70000M3、煤氣柜沒有拒絕回收、煤氣入口溫度小于70℃，煤氣柜進(jìn)口閥打開，放散閥關(guān)閉，煤氣柜開始回收煤氣。 當(dāng)煤氣柜柜容高于70000M3入口溫度大于60℃時自動輸出停止回收信號，煤氣回收停止。

3.2 煤氣柜柜容控制

煤氣柜柜容始終根據(jù)生產(chǎn)情況實時控制在10000-65000M3之間安全運行，當(dāng)煤氣柜容高于65000M3或低于10000M3時，系統(tǒng)報警提示。 煤氣柜內(nèi)壓力控制在2.75kPa 左右， 但煤氣柜內(nèi)柜容高于70000 M3時拒絕回收煤氣，當(dāng)煤氣柜柜容低于8000M3停止加壓機(jī)，關(guān)閉送入發(fā)電廠的煤氣出口閥，保持煤氣柜最低極限控制容積，特殊情況下緊急充入氮氣維持轉(zhuǎn)爐煤氣柜的的安全。

3.3 煤氣柜變頻加壓機(jī)控制

正常情況下，變頻加壓機(jī)采用手動控制的方式調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力保證供給終端電廠用戶的煤氣壓力平衡，可根據(jù)煤氣壓力的高低適度調(diào)節(jié)煤氣加壓機(jī)的工作頻率，最大限度發(fā)電的同時，保證煤氣管網(wǎng)的壓力平衡。 加壓機(jī)在自動模式時，可根據(jù)沒輸送到煤氣管網(wǎng)壓力和流量及相應(yīng)設(shè)定值自動調(diào)整煤氣加壓機(jī)工作頻率，自動完成對輸送給用戶的煤氣壓力。 當(dāng)送入用戶的煤氣壓力高于設(shè)定壓力時，可通過放散塔緊急放散泄壓。

3.4 煤氣柜和轉(zhuǎn)爐一次風(fēng)機(jī)的配合

煤氣柜根據(jù)煤氣柜的情況，可選擇手動向轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)發(fā)送拒絕或者允許回收煤氣的信號，轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)收到拒絕回收信號時，煤氣將從轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)直接放散，煤氣柜工作正常的時候?qū)⒔o轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)送去氣柜允許回收煤氣的信號，轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行綜合判斷后回收煤氣。通過煤氣柜監(jiān)控監(jiān)控上位機(jī)可以看見轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)三通閥動作情況，并有相應(yīng)的聲音提醒。

3.5 煤氣柜和發(fā)電廠的協(xié)同

正常情況下， 煤氣柜提供常規(guī)壓力和流量的煤氣流量供電廠使用，但煤氣回收數(shù)量較多和回收不足時及時通知發(fā)電廠就行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，氣柜操作室也根據(jù)情況實時調(diào)節(jié)加壓機(jī)的頻率來調(diào)節(jié)管網(wǎng)流量。

3.6 活塞升降速度的控制

由于活塞的升降速度能間接反應(yīng)出活塞的運行情況，能實時提醒操作人員注意觀測煤氣柜容的變化情況，由于檢測系統(tǒng)的精度、靈敏度的影響以及活塞在升降時受到機(jī)械作用力, 柜位信號變化很大, 甚至在升降柜時出現(xiàn)相反方向的信號,不利于監(jiān)視與控制。 為了消除這幾方面的影響,采用了程序判斷濾波方法,即把每次采樣值與上一次進(jìn)行比較(An-An-1)，同時將每5 次的采樣結(jié)果進(jìn)行平均計算,并除以采樣周期,所得最終結(jié)果即為活塞升降速度。 活塞速度變化較大時發(fā)出聲光報警提醒操作人員注意觀察是否活塞動作存在異常。

4 監(jiān)控畫面、歷史趨勢記錄介紹

由于煤氣柜屬于非常危險的的區(qū)域，控制參數(shù)不但要根據(jù)工藝條件進(jìn)行有效的聯(lián)鎖之外，還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析，方便工程技術(shù)人員及時分析控制中存在的不足和儀表上存在的問題，同時在事故時能夠提供最真實的數(shù)據(jù)供事故原因查找分析。 只要在西門子WINCC7.0 組態(tài)軟件上進(jìn)行簡單的配置即可輕松實現(xiàn)對控制系統(tǒng)各個參數(shù)的歷史趨勢記錄，還可以根據(jù)需要進(jìn)行采樣周期的設(shè)置，完全能滿足實時數(shù)據(jù)記錄的目的，也能保證事故狀態(tài)下的歷史趨勢記錄。

5 結(jié)語

S7-400H PLC 在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用， 使得越來越多的用戶選擇了使用S7-400H 控制系統(tǒng)， 該控制系統(tǒng)在昆鋼新區(qū)80000M3 轉(zhuǎn)爐煤氣柜使用至今， 穩(wěn)定性和可靠性得到很好的驗證，為昆鋼新區(qū)煤氣的的回收創(chuàng)造了良好的條件，同時也為節(jié)能降耗工作做出了貢獻(xiàn)。該系統(tǒng)良好的開放性及易學(xué)性，適合更好的推廣和維護(hù)，同時也適合二次開發(fā)人員根據(jù)需要開發(fā)出各種控制系統(tǒng)軟件。