西門子DCS在干熄焦系統(tǒng)中的應(yīng)用

張棋昊*

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有有責(zé)任公司，河北唐山，063200）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及 DCS技術(shù)的不斷發(fā)展，DCS技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用越發(fā)廣范。熄焦過程控制系統(tǒng)（以下簡稱干熄焦控制系統(tǒng)）的主要工藝設(shè)備由熄焦?fàn)t體、裝料裝置、排焦裝置、提升機(jī)、機(jī)動車輛和焦炭罐車、焦炭罐、收塵器、鍋爐系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)機(jī)等工藝設(shè)備組成。某公司采用西門子DCS系統(tǒng)作為干熄焦控制系統(tǒng)，其DCS系統(tǒng)具有較高的工作可靠性、設(shè)備良好的穩(wěn)定性、通訊速率快特一系列的優(yōu)勢，并且整個(gè)系統(tǒng)集成現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理系統(tǒng)等功能為一體。

1 工藝概述

干熄焦生產(chǎn)是指在封閉式爐體中，利用低溫氮?dú)鈱範(fàn)t生產(chǎn)的紅熱焦炭進(jìn)行換熱冷卻循環(huán)的熄焦的一種常用的方法。在干熄過程中，焦?fàn)t炭化室產(chǎn)生的紅色焦炭通過熱焦罐裝荷到干熄爐內(nèi)。惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓，從底部流向頂部循環(huán)流動。紅焦的熱量由氮?dú)鈳ё撸焕鋮s后的焦炭從干熄爐底部排出，由帶式輸送機(jī)送至篩焦系統(tǒng)；氮?dú)饨?jīng)一次除塵后從干熄焦鍋爐中吸收紅色焦炭的熱量，送入鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行熱回收。

2 軟、硬件構(gòu)成

2.1 硬件

干熄焦控制系統(tǒng)的主要核心的硬件選用西門子品牌的模塊，其可編程邏輯控制器選用 CPU410-5H（背部配用硬件授權(quán)狗），機(jī)架的供電模塊選用 PS407，快速太網(wǎng)通訊模塊和總線接口模塊，I/O模塊，Y_LINK連接模塊，驅(qū)動模塊等特殊驅(qū)動模塊，如SINAMICS_S120、SIRIUS、SIMOCODE，系統(tǒng)硬件組態(tài)圖，如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組態(tài)圖

主CPU站利用Profibus-DP總線與其他遠(yuǎn)程站通過冗余ET200總線模塊互連。冗余CPU的優(yōu)勢在于，在干熄焦生產(chǎn)過程中，一旦主CPU出現(xiàn)故障，備用CPU將自動進(jìn)行無擾切換，接替原CPU執(zhí)行控制任務(wù)，不會對生產(chǎn)造成任何影響。人機(jī)接口采用一個(gè)工程師站和三個(gè)操作員站組成（工程機(jī)均配用授權(quán)狗），DCS與上位工控機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)冗余通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信任務(wù)。

2.2 軟件

1.PC站操作系統(tǒng)，Windows7_64位操作系統(tǒng)；

2.PCS7_V8.1的選件包有：AS_OS_Engineering、S7_PLCSIM、SIMATIC_PCS7_BasisLibrary、WinCC_Configuration，WinCC_OPC_Server；

3.Office軟件Office2010位；

4.對于IE的要求，Windows7操作系統(tǒng)要選用IE8。

干熄焦系統(tǒng)采用模塊化編程，根據(jù)工藝流程，編程人員在編程過程中根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備不同的運(yùn)行方式編寫相應(yīng)的功能和功能塊，然后在工廠視圖中，調(diào)用各個(gè)功能和功能塊，從而滿足不同控制要求。PCS7系統(tǒng)的CFC（連續(xù)功能圖編程）編程語言是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。CFC是西門子一種圖形化程序編輯器，編程人員可通過拖拽點(diǎn)點(diǎn)擊鼠標(biāo)等簡單操作就能完成一系列的編程工作，CFC主要用于一些比較復(fù)雜控制邏輯。

3 網(wǎng)絡(luò)有構(gòu)

干熄焦系統(tǒng)通過集成在S7-410H_CPU內(nèi)的以太網(wǎng)通信處理模塊將干熄焦系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)中。整套干熄焦控制系統(tǒng)工廠總線配備了西門子工業(yè)級交換機(jī)以連接各個(gè)AS站、ES站、OS站，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)具有冗余環(huán)網(wǎng)管理功能。

干熄焦系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)使得工廠總線的網(wǎng)絡(luò)有構(gòu)的更易擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)有構(gòu)相對簡單。干熄焦控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)和篩運(yùn)焦PLC系統(tǒng)、四大機(jī)車協(xié)調(diào)PLC系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保證干熄焦系統(tǒng)在安全的情況下穩(wěn)定進(jìn)行。

SIMOCODE為西門子電機(jī)控制器、SINAMICS_S120為西門子應(yīng)頻器，此類均設(shè)備采用 PROFIBUS協(xié)議，可通過DP通訊線連接到PLC，并將讀取的狀態(tài)字信息傳給機(jī)車的S7-410H的CPU。

4 HMI畫面

以西門子WinCC為主機(jī)監(jiān)控軟件的干熄焦系統(tǒng)，主機(jī)監(jiān)控軟件和CPU410-5H可編程控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密集成度高，是一種高效的上位配置管理軟件工具，通過干熄焦系統(tǒng)操作員站上位畫面，工藝操作人員可以直觀地監(jiān)控現(xiàn)場閥及電氣設(shè)備控制的運(yùn)行情況和儀表信號狀態(tài)。西門子WINCC主機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)還配備了一套聲音報(bào)警程序，實(shí)時(shí)報(bào)警信息欄提示現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，顯示故障信息，為維護(hù)人員維護(hù)這組設(shè)備提供可靠的依據(jù)。干熄焦系統(tǒng)采用的系統(tǒng)控制硬件、WINCC軟件、PCS7軟件和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)硬件都有診斷報(bào)警功能，當(dāng)現(xiàn)場的設(shè)備儀表或是硬件在運(yùn)行過程中發(fā)生故障或運(yùn)行參數(shù)異常時(shí)，控制中心監(jiān)控屏幕會立即報(bào)警閃爍并提示故障點(diǎn)的故障原因。

干熄焦歷史趨勢系統(tǒng)顯示系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)歷史記錄，便于操作工查詢歷史工況。在該系統(tǒng)中，可根據(jù)趨勢單擊趨勢調(diào)用按鈕區(qū)域中的按鈕調(diào)用相應(yīng)的趨勢，調(diào)用的趨勢以曲線的形式在曲線顯示區(qū)域中顯示出來，并且滑動工具欄中調(diào)用出的時(shí)間軸可查詢該時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

5 重要控制

5.1 預(yù)存室壓力調(diào)節(jié)

（1）調(diào)節(jié)器在手動時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出MV的低高有是0和100%。

（2）調(diào)節(jié)器在自動調(diào)節(jié)時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)停止，將調(diào)節(jié)器切換為手動，同時(shí)將調(diào)節(jié)器的MV_FORON置為1，循環(huán)風(fēng)機(jī)停止20秒后，將調(diào)節(jié)器的強(qiáng)制值MV_FORCE置為0%。

調(diào)節(jié)器在自動調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)裝入裝置離開關(guān)位打開時(shí)延時(shí)3秒，將調(diào)節(jié)器置為1，將當(dāng)前的調(diào)節(jié)器輸出MV+8%送入調(diào)節(jié)器的強(qiáng)制值，使調(diào)節(jié)器的輸出增加8%。當(dāng)裝入裝置離開開位關(guān)閉時(shí)延時(shí) 13秒，將當(dāng)前的調(diào)節(jié)器輸出MV通過斜坡10秒減到MV-15%，送入調(diào)節(jié)器的強(qiáng)制值，使調(diào)節(jié)器的輸出減少15%。當(dāng)裝入裝置到達(dá)關(guān)位時(shí)，將調(diào)節(jié)器置為0，取消強(qiáng)制模式，進(jìn)入自動調(diào)節(jié)模式。

5.2 放散調(diào)節(jié)閥

在聯(lián)動模式投入后，主蒸汽放散電動閥關(guān)閉到位后，調(diào)節(jié)閥進(jìn)入強(qiáng)制模式，自動強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥打開畫面設(shè)定開度值。

調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)模式的投入：在聯(lián)動模式投入后，主蒸汽放散壓應(yīng)高高報(bào)警，調(diào)節(jié)閥馬上進(jìn)入自動調(diào)節(jié)模式。進(jìn)入自動調(diào)節(jié)模式后，因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥的設(shè)定值在進(jìn)入自動調(diào)節(jié)前一直在追蹤放散壓應(yīng)值，因此進(jìn)入自動調(diào)節(jié)后，設(shè)定值應(yīng)該是放散壓應(yīng)高高的值，如有要將放散壓應(yīng)降低，請將設(shè)定值做出改應(yīng)。

6 有束語

西門子DCS控制技術(shù)在焦化干熄焦的成功應(yīng)用，體現(xiàn)了西門子自動化系統(tǒng)的全過程化的控制理念，其硬件支持的熱插拔，減少了系統(tǒng)的非故障停機(jī)時(shí)間，軟件支持在線修改和程序下荷，保證了整套干熄焦設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及生產(chǎn)的連續(xù)性，從行業(yè)應(yīng)用發(fā)展的角度來看，整個(gè)干熄焦控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的DCS控制技術(shù)可以使焦化企業(yè)的生產(chǎn)過程應(yīng)得更加人性，通過工控機(jī)上位監(jiān)控畫面等完成各種復(fù)雜控制，不但簡化了操作人員的操作，而且提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。