安鋼七米焦爐及煤氣凈化回收綜合智能管理控制系統

李凱

摘要：鑒于七米焦爐及煤氣凈化回收生產工藝復雜，自動化要求很高，控制過程中需實現設備聯鎖控制、智能算法和控制理論等。該系統將焦化各工段基礎自動化系統、遠程I/O站及設備控制站等通過PROFIBUS-DP網和百兆光纖環網進行集成，建立覆蓋全廠各個監控系統的生產管理信息網絡，建立以企業調度為中心，通過智能優化管理模塊，為調度員提供優化控制的輔助決策功能，使企業提高生產管理水平，并通過優化控制實現節能降耗、提高產品產量和質量的目標。

關鍵詞：智能管理 S7-400冗余 自動化

安鋼七米焦爐及煤氣凈化回收綜合智能管理控制系統項目屬于安鋼集團公司重要的技改項目之一，該項目以七米焦爐為主體，該焦爐為JNX70-2型，由中冶焦耐技術工程公司設計，其結構為雙聯火道、廢氣循環、焦爐煤氣下噴、高爐煤氣側入的復熱式下調焦爐，是當今世界上先進的成熟的焦炭生產技術，它具有對原燃料適應性強，產品質量好和生產成本低等特點。

1 設計開發部分

1.1 自動化控制系統概述。該自動化控制系統采用西門子公司S7-400系列冗余PLC控制系統，共包括8個控制系統，即焦爐加熱控制系統，冷凝鼓風控制系統，煤氣回收粗苯硫銨控制系統，煤氣回收輔助工藝控制系統，焦爐裝煤出焦除塵控制系統，運焦篩焦控制系統，篩焦除塵控制系統，脫硫控制系統。8個控制站功能上相互獨立，各自負責完成本區域內所有控制功能。在控制級預留與自帶PLC設備成套系統通訊的接口。遠程站、變頻器、儀表等都可通過工業以太網或Profibus-DP協議與控制器進行通訊和數據傳輸。集中控制室中控室綜合智能管理系統完成所有生產工序的集中監視、控制和管理。實現集中管理分散控制的企業管理模式，實現所有數據共享的管理模式。S7-400系列是西門子公司先進的計算機軟、硬件技術，面向所有過程控制應用的先進過程控制系統。操作方便、功能齊全、組合自由、網絡開放、數據標準、兼容性強、覆蓋面廣是該控制系統的優點。

1.2 控制系統設計的特點。①控制系統之間采用環形工業以太網進行數據通訊，傳輸節點采用工業以太網交換機，傳輸介質為光纜，其優點是傳輸速率快，抗干擾能力強，傳輸速率最大可達100M/s。預留與上一級網絡的傳輸接口，使生產數據能及時上傳。②控制系統開放性好。系統硬件、軟件采用了通用的工業標準，使系統能與多個供貨商的設備接口。③控制系統電控和儀控使用同一種控制器，使用戶能更有效地利用系統資源。

2 控制系統選型方案

通過論證結合焦炭生產特點，參考其他同行企業先進的經驗，確定控制系統采用目前國內先進焦化廠使用較多、性能穩定控制功能強大的西門子公司S7-400系列冗余PLC控制系統。根據各個控制站控制功能要求，焦爐加熱控制系統，冷凝鼓風控制系統，煤氣回收粗苯硫銨控制系統，煤氣回收輔助工藝控制系統，脫硫控制系統，運焦篩焦控制系統六大控制系統均采用414-4-2HCPU的冗余PLC自動化系統。焦爐裝煤出焦除塵、篩焦除塵煤粉制備兩個系統采用315-2CPU的PLC自動化系統。數字量輸入/輸出模塊采用16點24VAC模塊。模擬量輸入/輸出模塊采用8點模塊。所有數字量輸出信號均采用繼電器隔離，對于兩線制4-20mA輸入信號采用配電器供電，同時起信號隔離作用。安裝在控制柜內。控制系統采用不間斷電源（UPS電源）供電，UPS電源具備旁路功能，并配置旁路隔離變壓器。UPS電源配備后備電池，電池后備時間30分鐘。對于需要直流電源的系統設備，在機柜內提供電源變換器。每套PLC控制系統I/O站通過PROFIBUS-DP網絡與CPU組成完整的控制系統。整個生產區共8套PLC通過百兆光纖雙環網組成管理控制系統，交換機采用N-TRON公司系列交換機，其中管理交換機設在中控室，完成對8套PLC控制系統數據交換，并通過單機版形式與中控室計算機完成生產控制。操作員站及工程師站均采用了DIGGCOM主流配置工控機，顯示器采用22寸液晶顯示器，保證完成強大的控制功能。

3 S7-400控制系統功能簡介

3.1 硬件配置部分。焦爐加熱控制系統，冷凝鼓風控制系統，煤氣回收粗苯硫銨控制系統，煤氣回收輔助工藝控制系統，脫硫控制系統，運焦篩焦控制系統六大控制系統均采用414-4-2HCPU的冗余PLC自動化系統。焦爐裝煤出焦除塵、篩焦除塵煤粉制備兩個系統采用315-2CPU的PLC自動化系統。系統遠程站、現場儀表均通過三級開放網絡Profibus-dp、Ethernet/IP構成分布式控制系統。

3.2 軟件配置部分。工控機以Windows XP Professional SP3中文版系統作為支撐平臺。西門子公司的STEP7作為下位機控制軟件和WINCC軟件開發上位機監控軟件。除可以完成一般性監控軟件可以完成的功能外，又可以通過加入各種控件腳本編程完成更加復雜的功能，并通過OPC協議，實現各種數據的管理。

為了使操作人員及時地掌握整個計算機控制系統運行情況，準確地控制系統平穩運行，方便操作，本系統需建立各類監控顯示畫面，主要包括工藝生產過程總貌畫面、設備控制畫面、參數表畫面、趨勢畫面、報表畫面、聯鎖控制以及報警顯示等畫面。

4 結論

安鋼七米焦爐及煤氣凈化回收綜合智能管理控制系統應用以來，技術先進，自動化水平高，操作簡便，運行穩定可靠，經濟效益顯著，社會效益和經濟效益均明顯，在同行業中處于領先水平，具有推廣價值。

參考文獻：

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