天鐵高爐除塵系統的煙氣分析系統及其PLC控制

崔立亮

（天津天鐵冶金集團有限公司煉鐵廠，河北涉縣056404）

0 引言

為滿足我國日益嚴格的煙氣監測要求，強化環保意識，煉鐵廠高爐區域在原有的基礎上又新增加了5套在線監測煙氣分析系統，分別安裝在1#～4#高爐出鐵場和溝下棧橋等處，實現數據實時動態傳輸，滿足國家環保要求。

1 設備現狀

1#～4#高爐原有在線監測采用北京雪迪龍公司的煙氣監測設備，現場檢測數據存在丟失、不準確，通訊電纜連接找不到終端設備等現象，定期標定的氣體、壓縮空氣導管易出現堵塞，無法完成標定，從而導致上傳數據失真。為符合國家環保局的要求，滿足企業正常生產，煉鐵廠新配備了CEMS-200煙氣分析系統，并將其安裝到高爐、槽下等現場各個平臺處。

2 CEMS-200煙氣分析系統概述

2.1 系統特點

（1）可靠性高，該氣體分析儀采用疝燈光源，壽命能達到10年左右。粉塵檢測儀采用一體化設計結構，結構緊湊、可靠性性能高。

（2）檢修維護方便，成本較低，設備探頭采用一體化過濾器，過濾效果好，反吹效率高，探頭使用壽命長。氣體分析儀中光源、氣體室和光譜儀之間采用光纖連接，維護更換簡單。

（3）測量的準確率高，具有自動校準功能，可自動糾正零點偏差，校準周期可靈活調整；氣體分析儀原理是采用紫外差分光學吸收光譜技術，有效解決了水、粉塵、煙氣等對測量數據準確的影響。

（4）帶遠程監控和診斷功能，采用GPRS技術，實現了設備的遠程監控、診斷，也能實現遠程維護，方便檢修操作。

2.2 系統組成

CEMS-200全程高溫伴熱法系統由氣態污染物（SO2、NOx、O2、HCL、HF 等）現場監測子系統、高爐煙塵顆粒物監測子系統、高爐煙氣參數監測子系統以及數據采集與子系統組成。

2.3 工作原理

CESM-2000全程高溫伴熱法系統預處理的流程如圖1所示。高爐產生的煙氣經過高溫采樣探頭以及伴熱管到達高溫氣體室，測量池放在加熱容器中，使采樣過程中的煙氣一直處于高溫狀態，因此沒有冷凝水析出，SO2、NOx等水溶性氣體也就不會有丟失，從而保證了設備不受酸性溶液的腐蝕，以及測量結果的準確度。前面板上的溫控表，我們根據現場高爐的實際情況給采樣探頭，伴熱管和加熱盒分別設定不同的溫度。整個測量完成后，煙氣通過排空管排空。

煙塵粉塵監測子系統采用LDM-100激光后散射煙塵儀，利用激光后散射原理測量高爐煙氣粉塵的實際濃度。煙氣粉塵參數監測子系統主要包括高爐煙氣的流速、管道取口采樣的溫度壓力、濕度等測量，煙氣流速采用差壓變送器進行測量，通過現場測量高爐煙氣流動中的全壓和靜壓，最后換算得到煙氣流速。

圖1 CESM-2000全程高溫伴熱法系統采樣流程

數據采集與處理子系統包括高端一體化工作站、監控軟件、DCS接口模塊等。SC-100控制箱安裝在高爐現場管道平臺上，監測設備均由SC-100進行持續供電，同時SC-100兼有接受所有設備的輸出信號，信號通過設備內部的處理單元轉換為RJ485與工控機進行通訊，工控機與檢測軟件匯總需要的氣體濃度，取數時間，5 min或15 min，時間可調，操作人員點擊可生成報表，存儲備份數據，以及上傳當地的環保部門。

3 煙氣在線系統與PLC控制

煙氣在線監測系統實時上傳數據，超標時會有報警，曲線分析，沒有聲音報警，由于操作人員不能一直看守計算機屏幕，所以會出現超標時未及時看到，造成數據上傳時無法及時通知檢修人員檢修，從而影響高爐正常生產。為解決這一問題，利用現有的GE產品RX3I系列PLC控制系統，采用并行輸出模擬量值到PLC模板，通過程序控制，實現聲音報警。

3.1 煙氣在線系統與PLC的連接

煉鐵廠高爐生產系統采用GE公司的PLC設備，現場煙氣采集模塊并聯輸出信號到GE模擬量模板，通過ME可編程控制程序進行換算，設定報警值，出鐵場粉塵顆粒濃度大于5 umol/mol，槽下粉塵顆粒物濃度大于10 umol/mol，系統輸出報警，蜂鳴報警器響。5個除塵站點通過PLC程序通訊，以1高爐為例，1#高爐除塵系統分別與其他4個站點PLC建立軟件通訊，讀取寄存器數值到本地PLC設備，本地PLC設定報警值，輸出中間節點M線圈，中間節點線圈輸出到Q點繼電器得電，蜂鳴報警器響。在監控圖中，顯示哪一個粉塵顆粒物超標，超標的具體數值都能看到，數據準確，方便操作工檢查及時通知檢修人員檢修，避免數據長時間超標，降低了生產故障率。

3.2 可編程程序控制

GE公司的PLC模擬量輸入模板采集現場煙氣集線箱模塊上的輸出4～2 0MA信號，進入PLC模擬量模板，使用可編程控制軟件ME 7.0，硬件配置添加模擬量輸入模板IC693ALG221，設置開始地址，然后編寫程序，算法是AI值對應4～20 MA，對應量程 0～50 umol/mol，對應 0～32 000 個數據點，即32 000除以最大量程算出系數，乘以現場進來的AI值得到實際顆粒物濃度或煙氣濃度，存入寄存器R值，R值進行上限比較，當R值大于上限輸出報警中間寄存器M點，M得電則輸出到Q點，繼電器得電，聲音報警，蜂鳴響。

R值寄存器與下限比較，下限設定為0.1，當小于0.1時，延時時間大于5 min，延時報警，監控畫面顯示檢修或通訊未建立連接，蜂鳴響，操作人員及時聯系檢修人員處理故障，并上報上級主管部門，聲音報警器可消音處理。

高爐現場5個除塵站點都集中在一個操作室操作，需要一個PLC與其他4個PLC分別建立通訊系統，使用通訊請求指令COMMREQ，塊移動指令BLKMOV配合完成，讀取數據2003，寫入數據2004，讀取哪個PLC時，就寫入相應的PLC的IP地址，本地寄存器地址是指存放讀取的數據的首地址，遠程寄存器地址是指從那個地址開始讀取數據，讀取的數據類型為寄存器值時，則INT寫入8，數據長度可根據使用情況自定義，Enable使能控制，使用1S控制，初始值為0，1S完成由0到1的跳變，使能接通，執行后續指令，完成通訊請求指令。

當一個PLC同時與4個PLC通訊時，出現延誤報警或誤報的現象，修改程序，添加周期掃面，掃面時間為質數 3、5、7、9 ms，一高爐 PLC 與二高爐通訊時開點得電，與其他PLC通訊的閉點得電，一次只于一個PLC通訊，循環掃面45 ms為一個周期，網絡不會出現堵塞，保證通訊暢通，不丟數據。程序控制見圖2。

3.3 監控制作

圖2 程序控制圖

監控組態軟件采用Cimplicity hmi 6.1版本，Cimplicity 6.1組態軟件是美國通用公司開發的，主要用于快速構造和生成計算機監控畫面系統的組態軟件。

在現有的工程項目PRJECT中，添加新點，定義別名，例如M點，定義為布爾型，R寄存器為浮點型，然后寫入實際地址，%r%m，定義元素個數，數據源等參數配置，完成點的建立。圖形的編譯，輸入文本框，寫入漢字顆粒物值，在text文本框下方連接點選擇剛新建的對應的點，這樣完成顆粒物的實際數值顯示，報警畫面在工程圖形編輯對話窗中的標簽欄visble是否可見一項寫入表達式，M=1時，圖形顯示，顯示顆粒物超標，漢字閃爍紅黑交替顯示，M=0時，不顯示報警，畫面正常。

在歷史趨勢中，添加數據表、定義點，表屬性中定義掃描時間3 min，取數間隔1 min，取數時間設定的越小，曲線顯示越平滑，曲線是由取數的點形成的曲線，根據需要可以調節數值，數據保存時間為一周一刪除，數據庫文件比較大，工控機不能滿足數據庫的要求，所以定期要刪除，否則會將磁盤寫滿，造成工控機無法運行。曲線的XY軸自定義，柵格劃分，曲線畫線的方向可以是從右向左隨時間軸向前滾動，也可以是從左向右方向滾動，一般采用自右向左方向，數據比較全面，同時看到上一時段的數據。數據更新時間設定0.1s，不可為0，否則無曲線顯示，來源一定要選擇正在啟動的工程。

4 結束語

煙氣分析系統符合國家環保局要求，我們在此基礎上，使用GE公司PLC添加了聲音報警系統，解決了操作員不能及時觀察煙氣數據，出線超標時未能及時處理造成的生產故障。該系統保證了上傳數據的真實準確，為高爐正常生產奠定了堅實的基礎。