中小型高爐噴煤自動化PLC解決方案

我國高爐噴煤技術的應用始于二十世紀六十年代。高爐噴吹煤粉是從高爐風口向爐內直接噴吹磨細了的無煙煤粉或煙煤粉或二者的混合煤粉，以替代焦炭起提供熱量和還原劑的作用，從而降低焦化，降低生鐵成本；同時，噴煤可調劑爐工藝熱制度及改善高爐爐缸的工作臺狀態。

2 噴煤工藝

在珠海項目中，在工藝技術人員的配合下，作者將大型高爐工藝進行優化、簡化，降低投資成本；高爐噴吹煤粉工藝系統主要由原煤貯運、煤粉制備、煤粉輸送、煤粉噴吹、干燥氣體制備和供氣動力系統組成，工藝流程如圖1所示，如果是直接噴吹工藝，則無煤礦粉輸送部分。

圖1 高爐噴煤系統工藝流程圖

3 系統設計

3.1 系統設計原則

（1）系統硬件設備（包括系統軟件）和控制應用軟件滿足高爐噴煤的各種工藝控制要求，并保證與世界控制系統發展趨勢相一致，能夠更新升級換代，以保證近十余年連續穩定運行；
（2）實現新一代電儀一體化，數據通訊網絡及人機操作接口一體化；
（3）操作監視集中化，主工藝線（制粉、噴吹）上的設備均采用HMI（CRT操作站）操作，使電儀系統人機界面統一化、共享化；
（4）控制應用軟件具有可靠性、穩定性及可操作性，并便于維護和擴展；
（5）選用的產品操作簡易，人機界面漢化，用戶友好，系統軟件通用，設備成熟可靠，有業績和應用實例。

3.2 系統硬件及設備設計

3.2.1 控制系統硬件及設備設計概要

隨著自動化技術的不斷發展和計算機技術的飛速進步，今天的自動化控制概念也發生了巨大的變化。在傳統的自動化解決方案中，自動化控制實際上是由各種獨立的、分離的技術和不同廠家的產品來搭配起來的，比如一個大型工廠經常是由過程控制系統、可編程控制器、上位監控計算機、SCADA系統和人機界面產品共同進行控制。為了把所有這些產品組合在一起，需要采用各種類型和不同廠商的接口軟件和硬件來連接、配置和調試。

全集成自動化思想就是用一種系統完成原來由多種系統搭配起來才能完成的所有功能。應用這種解決方案，可以大大簡化系統的結構，減少了大量接口部件，應用全集成自動化可以克服上位機和工業控制器之間，連續控制和邏輯控制之間，集中與分散之間的界限。同時，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應用提供統一的技術環境，這主要包括：（1）統一的數據管理；（2）統一的通信；（3）統一的組態和編程軟件；（4）便于鏈接的通用網絡。

基于這種環境，各種各樣不同的技術可以在一個用戶接口下，集成在一個有全局數據庫的總體平臺中，這樣系統之間的接口費用大大降低，備品備件的品種和數量也大大減少。同時技術人員可以在一個平臺下對所有應用進行組態、編程和監控，可以大大提高監控水平，減少非計劃停車時間。也是由于應用一個組態平臺，培訓和工程變得簡單，費用也大大降低。

根據系統需求，西門子S7-300系列PLC系統能滿足工程的工藝要求。設備結構形式符合世界自動化控制系統的發展，可實現電儀一體化操作。網絡采用以太網總線結構。數據通訊網絡系統的開放、系統人機接口電儀一體化、資源共享、系統軟件穩定可靠，并有利于系統的維護和擴展。人機界面漢化，操作實用簡便。西門子的全集成自動化思想集中體現在可同時實現PLC 和DCS的解決方案。本系統硬件與網絡選用西門子全集成自動化產品。

3.2.2 網絡系統方案

本工程的基礎自動化控制系統在工藝上分成3個控制子系統：煤粉制備系統2套和煤粉噴吹系統1套。3個系統之間的通訊用西門子的數據網絡通訊技術（工業以太網）實現。系統的各類電源采用在UPS電源基礎上的集中供配制，實用并便于維護管理。系統網絡層分兩級：（1）標準以太網服務器控制方式，方便地實現遠程操作和網絡擴展；（2）現場總線實現現場與系統的統一。

3.2.3 PLC（I/O）接口信號

PLC的輸入采用光隔離模塊，輸出采用繼電器模塊。用PLC驅動信號的直流電源驅動儀用（I/O）信號和RTD信號，將PLC與儀表直接相連，完成儀表信號直接進PLC。其中：模擬量（I/0）信號為4-20mA、RTD直接用PLC的溫度檢測進機。

3.2.4 煤粉制備系統硬件及設備設計

煤粉制備系統配有兩套機組，分為A系列和B系列,為3座高爐煤粉噴吹制備煤粉。煤粉制備系統主要工藝過程如下：原煤倉煤塊經過其出口插板閥進入電子稱重式給煤機，根據設定的制粉量，向磨煤機供煤。原煤被磨輥碾磨的同時，被吸入磨煤機的干燥氣干燥。升溫爐送出的干燥氣出口溫度220～300℃，把較細的煤粉帶入位于磨煤機上部的分離器。分離器把不合格的煤紛返回到磨盤上再次碾磨，細度合格的煤粉隨干燥氣經輸送管進入布袋收塵器被收集，再經鎖氣器進入煤粉倉。

煤粉制備系統主要工藝裝置和設備如下：原煤倉：A系列、B系列各一個；給煤機：A系列、B系列各一臺，每臺配有電子稱、給料皮帶速度變頻器和閘板閥；磨煤機：A系列、B系列各配有一臺型中速輥式磨煤機；熱風爐煙氣引風機：A系列、B系列各一臺；煙氣升溫爐：A系列、B系列各配有一臺煙氣升溫爐；增壓風機：A系列、B系列各一臺；袋式收粉器：A系列、B系列各一套；主排風機：A系列、B系列各一臺；煤粉倉。

上述設備和各控制點由二臺PLC采集與控制。

3.2.5 煤粉噴吹系統硬件及設備設計

煤粉噴吹系統主要工藝過程如下：在一個塔式結構的噴煤車間內裝有三套噴吹系統，分別向3座高爐噴吹煤粉。噴吹系統包括了一個煤粉倉和每個噴吹系統的兩個噴吹罐。煤粉制備車間制成的煤粉經布袋收粉器后，經鎖氣器進入煤粉倉。從煤粉倉(PCSB)送出的煤粉交替地加入各個噴吹罐，然后通過噴吹罐主管和分配器用氣力將煤粉送進高爐風口。

噴吹罐自動進行加料和充壓等，輪流連續不斷地向高爐噴吹煤粉。噴吹罐的輪換程序是從噴吹罐1H1到噴吹罐1H2，然后再返回到1H1。當一個噴吹罐到達低位重量值時，控制系統將自動啟動另一個噴吹罐。被啟動的噴吹罐必須在正在噴吹的罐到達最小重量設定值之前已經裝好煤粉，充好壓，處在等待噴吹狀態。最小重量設定值信號同時也在線設定在下一個罐上，以便能達到平穩地轉換。

每個噴吹罐底部到流化錐體能幫助煤流穩定地沿著主管到分給各風口的分配器。

煤粉噴吹系統主要工藝裝置和設備如下：噴吹罐裝煤閥門控制；噴吹罐放散閥控制；充壓控制；流化調節控制；二次風調節控制；管道防堵集中控制。

上述控制點由三臺PLC采集與控制。

3.3 系統與應用軟件設計

（1）硬件及操作系統要求

SIEMENS PLC相關設備(如上配置，CPU全部采用SIEMENS 315-2DP);
工控機（研華P4/256M DDR/40G/19″純屏顯示器）
操作系統WINDOWS 2000

（2）開發工具

SIEMENS STEP 7 V5.2;WINCC 5.1;SIMATIC NET V6.1

（3）應用軟件

按工程中工藝要求編制相應的控制軟件，主要實現以下功能：

● 制粉電氣控制系統：設備連鎖控制；給煤磨煤控制；升溫爐燃燒控制；升溫爐送風控制熱煙氣引風控制；收粉控制；磨煤機入口負壓控制；磨煤機出口溫度控制；工藝參數測量監視；操作數據設定；數據整理及傳送；設備狀態監視。

● 噴吹電氣控制系統：噴吹罐自動加料控制；噴吹罐自動換罐控制；噴吹罐自動放散控制；噴吹罐加壓控制；氮氣溫度和壓力控制；工藝參數測量測量監視；設備安全連鎖控制；數據整理及傳送；設備狀態監控；生產報表。

4 結束語

珠海粵裕豐項目中采用西門子CPU315-2DP的五臺PLC及西門子交換機、網卡等采用Profibus協議進行網絡通信，使用光纖傳輸技術，提高抗電磁干擾能力和滿足高速、遠距離傳輸數據；截止目前為止該項目系統穩定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的經濟效果