西門子PLC在轉爐煤氣回收系統中的應用

摘 要：文章簡述了西門子S7-400PLC應用于昆鋼煉鋼廠4號轉爐煤氣回收控制系統的技改項目中。在煉鋼過程中，通過HMI人機操作界面用鼠標點擊活動煙罩的下降按鈕，煙罩下降到位后，遠方除塵風機房的煙氣氣體分析儀自動啟動，當一氧化碳、氧氣成份達到回收要求，以及其他聯鎖條件均滿足時，即可對轉爐煤氣進行自動回收，提高了煤氣回收的質量及回收率。

關鍵詞：PLC；煤氣回收；分析儀；聯鎖

1 前言

隨著自動控制技術的不斷發展，自動控制得到了廣泛的應用，傳統的人工手動操作控制方式已不能滿足當前快節奏生產的需要。由于轉爐氧氣頂吹煉鋼的特點決定，煙氣量及煙氣成分隨冶煉周期不斷變化，要安全有效地進行轉爐煤氣回收，先進的回收工藝、自動控制的實現是非常必要的。

可編程控制器（簡稱PLC）是一種通用性很強的新一代工業控制設備，廣泛地應用在工廠自動化控制中，擁有抗干擾能力強、工作可靠、組態及編程靈活方便、易于系統擴展和維護等特點，它的出現有力地推動了生產力的發展。

2 4號轉爐除塵風機房煤氣回收系統PLC改造

4號轉爐除塵風機房煤氣回收系統原來采用控制方式較為落后的繼電器控制，由于控制系統較為復雜，聯鎖報警信號多，繼電器輸出觸點經常出現接觸不良或誤動作現象，導致控制點無輸出或誤輸出，使煤氣回收系統得不到有效控制，影響著煤氣回收的質量和回收率，決定用PLC對煤氣回收控制系統進行改造。

改造最終采用的是西門子S7-400系列PLC。設備選型的理由如下：（1）目前各PLC廠家的PLC控制系統都是成熟而可靠的產品。就改造的技術要求而言，無論是GE、Siemens還是AB的PLC都能滿足，Siemens價格較為適中。（2）Siemens PLC在冶金行業應用比較多，且代理商多，比較容易獲得技術支持。（3）我廠現有的PLC控制系統絕大多數采用西門子S7系列PLC，技術人員無需經過專業培訓即可操作維護。

3 4號轉爐風機房煤氣回收系統工藝簡介

在轉爐吹煉過程中，產生的煤氣通過冷卻煙罩與煙道冷卻后，經過除塵系統凈化裝置的過濾，在除塵風機的抽引下，純凈的煤氣進入風機。轉爐下槍開氧吹煉，爐長執行轉爐活動煙罩下降操作，煙罩下降到位后，降罩信號送到轉爐除塵風機房PLC系統。當煤氣回收各聯鎖條件滿足，CO、O2含量合格時，水封逆止閥打開，三通閥由放散側切換至回收側，煤氣經水封逆止閥、U型水封送入儲氣柜；如不達標則三通閥切換至放散狀態，經放散塔燃燒后排放到大氣中。

4 PLC控制原理及方式

爐長進行降罩操作，降罩信號送到4號轉爐除塵風機房控制煤氣回收的西門子S7-400PLC系統，PLC發出信號啟動煙氣分析儀，通過分析儀檢測煙氣中CO、O2的含量，當CO的含量大于35%，O2小于2%，并滿足以下煤氣回收聯鎖條件：（1）轉爐降罩信號。（2）風機后煙氣壓力小于7KPa。（3）轉爐降罩后延時3分鐘。（4）風機出口煙氣溫度小于70℃。（5）旁通閥已關閉信號。（6）遠方儲氣柜允許煤氣回收。

PLC系統立即發出煤氣回收指令，通過自動控制指令打開水封逆止閥，水封逆止閥打開到位后，三通閥從放散側切換至回收側，合格的煤氣便送往遠方的儲氣柜進行儲存。轉爐冶煉末期，提起煙罩，降罩信號消失，回收結束，PLC系統發出指令完成一次煤氣回收，PLC自動對煤氣回收量進行累計。若回收過程還未正常結束，但有煤氣回收聯鎖條件不滿足時，PLC系統會立即發出指令使三通閥由回收側轉到放散側 ，水封逆止閥關閉，停止煤氣回收。

HMI人機操作界面采用西門子WINCC 6.0編程軟件進行編制，煤氣回收過程的各種聯鎖條件、儀表參數及相關閥門狀態在界面都有顯示。通過監控畫面可以掌握煤氣回收系統各設備的工作情況。一旦設備發生故障，PLC會發出指令驅動外部報警器進行聲光報警，及時提醒操作人員，監控畫面會對故障信息進行記錄，操作人員可以從監控畫面中方便地確定設備故障點。

5 煤氣回收系統聯鎖控制部分

5.1 回收和放散切換的自控和聯鎖

煤氣的回收和放散是靠三通閥切換動作實現的，回收側打開時，放散側關閉，反之亦然。轉爐降罩，啟動煙氣分析儀，分析CO和O2含量，當煙氣中CO、O2含量滿足回收要求，則三通閥回收側打開、放散側關閉，完成一次煤氣回收。

5.2 水封逆止閥與三通閥的聯鎖

按工藝要求當開始回收煤氣時，先打開水封逆止閥，水封逆止閥開到位后，再將三通閥由放散側轉到回收側；反之，當停止煤氣回收時，三通閥由回收側切換到放散側，同時關閉水封逆止閥。

5.3 旁通閥與三通閥、水封逆止閥的聯鎖

正常情況下，旁通閥始終處以關閉狀態，旁通閥關閉到位信號還是煤氣回收聯鎖條件之一。當故障造成三通閥、水封逆止閥在30秒之內動作不能到位，PLC則判斷為閥門故障。為了確保設備以及煤氣回收的安全，PLC將立即發出指令自動打開旁通閥，對煙氣進行強制放散。

6 PLC控制程序的調試及運行效果

程序編制完成后，進行程序邏輯及功能的調試。在對三通閥、水封逆止閥的控制調試中，為避免閥門誤動作，采用先斷開PLC輸出點所接繼電器的方法，待調試正常后，再用PLC的輸出點帶動隔離繼電器對相關設備進行實際操作控制，避免了在PLC調試過程中因誤動作對外圍設備的損壞。

通過改造，實現了安全、科學可靠的回收煤氣，結束了手動回收煤氣的歷史，煤氣回收無需人工干預，減輕了風機房操作人員的勞動強度，提高了煤氣回收合格率，增加了煤氣回收量，為煉鋼廠創造了可觀的經濟效益。

7 結束語

通過西門子PLC改造后的煤氣回收控制系統，在整個系統的穩定性、可靠性、設備的先進性和對新工藝新品種開發的促進及拓展等方面都表現出色，滿足了實際生產當中的需要，降低了生產成本，較好地實現了煉鋼過程中轉爐煤氣安全、高效的自動回收。

參考文獻

[1]廖常初.西門子S7-300/400PLC技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]向曉汗.西門子PLC高級應用實例精解[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]西門子.SIEMENS WinCC人機界面系統課程[Z].西門子自動化與驅動培訓中心，2005.