DCS系統在礦渣微粉熱風爐的應用

陸彬

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214400）

DCS系統在礦渣微粉熱風爐的應用

陸彬

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214400）

介紹基于西門子S7-300PLC和WINCC V7.0的DCS系統在江陰興澄特鋼礦渣微粉熱風爐的應用。針對熱風爐電控硬件配置和網絡通訊數據傳輸方式及編程進行說明，實際使用維護中的問題提供分析和解決方案，通過不斷的完善與改進，完全滿足安全運行和生產要求。本文就DCS系統在礦渣微粉熱風爐的應用展開一論述的探討。

熱風爐 PLC 通訊

江陰興澄特鋼為響應我國節能減排政策，發展循環經濟，充分利用高爐水渣來減少環境污染，于2011年11月正式建成投產年產100萬噸礦渣微粉生產線。立磨主機采用中信重工的LGSM5725型立磨，臺時產量為大于150T，比表面積＞430㎡/KG。結合水渣原料水分，確定用于烘干所需熱風爐供熱能力為32*106千卡/小時。熱風爐燃燒產生的高溫煙氣在磨內與礦渣進行熱交換。出磨氣體經凈化后一部分循環回系統，與熱風爐提供的高溫煙氣混合后再一起進入磨機進風口，以提高熱量的利用率，其余部分經煙囪排入大氣。

1　電控硬件配置

1.1PLC及工控機配置

熱風爐S7-300PLC控制站有1個315-2DP CPU，共56路/24路數字量輸入/輸出信號，12路/6路模擬量輸入/輸出信號。畫面使用SIMATIC IPC547C工控機，配備有具有強大功能的節能型 Intel? CoreTM2Quad/Duo64位處理器，內存容量達8GB，串行ATA硬盤容量達500GB，能夠24小時連續運行，并且可靠提供極高的處理性能。

1.2現場檢測儀表

生產過程參數的數據采集、控制、顯示、報警等功能由DCS完成，除上煤皮帶秤承德聯創V403控制儀表，現場不設二次儀表。生產過程參數的檢測和控制儀表以滿足生產要求安全適用為原則，并與工藝整體裝備水平和工廠的自動化技術水平相適應，所有信號通過廈門宇電儀表變送至PLC，同時實現就地顯示。

1.2.1壓力測量

包括爐膛壓力，鼓風壓力，二次配風壓力，壓力變送器選用羅斯蒙特3051系列，輸出信號為2線制4-20mA，充分考慮生產環境煤粉塵較大，儀表防護采用IP65級。

1.2.2料位測量

煤倉儲存料位測量采用性價比較高的阻旋式軸保護料位計，現場的傳感器一旦觸及被測料面便立即停止旋轉，并傳送至操作室及HMI畫面，特別適用于存在粉塵煙氣等干擾的測量工況。

1.2.3閥位控制及檢測

包括冷風閥，鼓風閥，配風閥，通過開關量信號調節閥門開度，電動執行機構輸出4-20mA反饋位置，采用法國伯納德系列確保風門執行機構正常穩定使用。

1.2.4溫度測量

包括爐膛溫度，出口溫度采用性價比較高的K型熱電偶，其使用溫度為-200～1300 ℃。熱電偶信號進行線性處理和溫度補償連接到DCS 的模擬量輸入模塊上，考慮到所測介質為熱風爐風道高溫煙氣，熱電偶采用陶瓷管防護。

2　網絡拓撲

礦渣微粉生產線是具備較高的數據集成和遠程診斷、故障報警及數字化要求的系統，采用“操作站-控制站-現場儀表”的三層結構模式，降低了成本，提高了可靠性，且在統一的國際標準下可實現真正的開放式互連系統結構［1］。中控室共有3臺工控機，其中1臺ES站安裝了STEP7 V5.5編程組態軟件，WINCC V7.0 RC版監控操作組態軟件，以及相對應的必需的授權許可證（License Keys）。對工程項目文件進行新建、編輯、修改，和項目程序的下載、上載，以及生產設備的監控、操作，生產數據的實時采集、存儲、報警、打印等功能。2臺OS站實現操作人員對生產設備進行監控、操作，和報警信息提示。

集成在整個礦渣微粉系統中的熱風爐DCS系統現場控制站通過Profibus 總線實現與中控室S7-400PLC信號的交互傳輸［2］，S7-400PLC系統通過CP443-1通訊模塊和SCALANCE-X交換機與WINCC軟件建立通訊。分別完成對熱風爐上煤，篩選，破碎，提升，倉儲，給煤，鼓風，配風等環節的監視和控制。

3　自動化控制功能

熱風爐采用就地操作面板和遠程中控畫面集中控制兩種方式，同時單體設備的手動就地控制優先遠程。若就地主令開關沒有轉至遠程，則相應的遠程中控對設備操作無效，確保設備人身安全。萬一出現緊急事件，可以按急停開關及時關閉設備。

煤料定量輸送倉儲以承德聯創V403控制儀表為核心，根據入倉煤料的顆粒大小水分含量，考慮破碎和提升能力合理設置入倉噸位，實現快速、精確、穩定地入倉。控制儀表瞬時煤量，通過一路標準模擬信號，數據傳送到 S7-300PLC。PLC采集控制儀表脈沖信號（單位：噸/個）進行累計運算，便于對煤量及其累計值的監控和統計。上煤各設備之間有明確的先后開關連鎖順序，正常運行中如果某一設備發生故障，則它的前續設備都將會自動停止，就可以避免堵料和設備的損壞。熱風爐通過調整給煤頻率和鼓風閥位對運行參數進行控制。給煤頻率通過柜門線性精密電位器或工控機畫面模擬量信號通過PLC傳至圓盤給料機ABB變頻器，圓盤給料機采用一拖三的變頻傳動控制；鼓風及二次配風風量調節通過柜門數字量開關信號或工控機畫面模擬量通過PLC給定電動執行機構使其到達想要的閥位，兩者結合確保燃煤燃燒的充分合理。

4　軟件的編寫

4.1程序的編寫

S7-400 PLC在PROFIBUS-DP網絡中組態成主站，S7-300PLC組態為從站，網絡物理站地址為10，S7-300 PLC作為智能從站與主站通信。兩邊對發送和接收通信區進行配置，根據實際數據傳輸量來設置字節大小，接收和發送數據都存儲在對應DB塊中。

主站側編程

L ID 46

T “RFL_TX”.yl_gf DB13.DBD0 //鼓風壓力

NOP 0

L ID 50

T “RFL_TX”.yl_lt DB13.DBD4 //爐膛負壓

NOP 0

L ID 50

T “RFL_TX”.t_lt DB13.DBD8 //爐膛溫度

NOP 0

從站側編程

L "AI/AO".yl_gf DB3.DBD0 //鼓風壓力

T QD14

············

NOP 0

L "AI/AO".yl_lt DB3.DBD4 //爐膛負壓

T QD18

NOP 0

L "AI/AO".t_lt DB3.DBD8 //爐膛溫度

T QD22

NOP 0

4.2畫面的編寫

程序中使用FB塊作為電機啟動塊包含中間變量準備好，啟動，停止，運行狀態，故障信號等，WINCC畫面中通過關聯PLC創建相應結構變量。電機啟動都采用畫中畫編輯，控制塊按鈕需要點擊相關設備才能顯示，既可以避免誤操作，又能使畫面簡潔明了。HMI畫面主要包括各設備狀態的實時顯示，主要變量如爐膛壓力，鼓風壓力，爐膛溫度，出口溫度的存儲歸檔，便于統計熱風爐的運行參數和路況，可追溯相關分析數據。

5　結語

在實際生產中發生數次主排風機ABB傳動柜發生故障，導致排風風量突然變小，熱風爐爐膛壓力由正常負壓60至80左右瞬間急劇升高，發生往外噴火5米左右的險兆事故。經過事故分析為了杜絕爐門噴火將立磨研磨信號傳至熱風爐PLC，在連鎖狀態下同時具備鼓風壓力150pa以上和鼓風電機運行兩個條件，立即自動打開放散裝置，快速降低爐膛壓力。熱風爐DCS系統自運行以來穩定可靠，具備實用性強，維護量少，數據傳輸性能好的特點，有效發揮了熱風爐設備良好的性能。

［1］曾粵.礦渣粉磨生產線自動化控制系統的設計［J］.固廢利用，2014（6）：33-36.

［2］劉妍.Profibus技術在新華XDPS-400中的應用［J］.冶金自動化，2010：830-831.