浅析除尘灰资源化装置中的自动控制设计

摘要：本文作者介绍了冶金除尘灰资源化装置先进的计算机控制系统的结构配置、功能特点、及其所采用的新技术；该自动化控制系统运行稳定可靠，为冶金除尘灰资源化装置高效运行发挥了重要作用。

关键词：冶金；除尘装置；系统设计

某工程建造有三座 OXYCUP（富氧）竖炉，配有两条完整的制砖生产线，工艺包括：原料贮备、制砖系统、上料系统、竖炉本体、铁水处理、废渣处理、鼓风及换热系统、煤气清洗系统、水处理系统、污泥处理系统、二次除尘系统等，主要对红泥、冶金除尘灰、废钢、钢渣等固体废弃物进行冶炼，Cr 金属回收率占 75%，Ni 金属回收率占 90%。通过资源再利用，提高废物综合利用率，以改变钢铁行业高消耗、高废弃、高污染的传统经济增长方式，同时也实现了环保效益和社会效益。此项目控制系统设计理念先进，使用了许多符合工况的新技术、新设备，控制系统自动化程度高，是冶金除尘灰资源化装置高效运行的动力和技术保障。

1 控制系统结构及配置

控制系统采用 3 层网络结构控制，PROFIBUS - DP 现场总线层、AS 自动化控制层、OS 操作员控制层。自动化 PLC网络结构层通过 SCALANCE 交换机构成冗余的工厂总线网络，客户端/服务器网络通过高性能交换机，构成可靠、高速的环形终端总线网络。现场总线分布式 I/OPROFIBUS - DP网络，通过 OLM 光电转换模块构成，在任何一段总线故障的

情况下，不影响其它总线的运行，确保了分布式控制对网络可靠性的要求。预留有与 L3 级接口。系统配置见附图 1。

系统 HMI 操作员站采用客户端/服务器结构，整个系统为了提高服务器系统的可靠性，并减轻服务器对 PLC 数据采集的负担，配置了两对冗余服务器和一个中央归档服务器，确保了操作员站客户端能对整个 PLC 系统进行数据监视和控制。

2 控制系统功能

控制系统从功能上分为两级，第一级为基础自动化级，第二级为过程控制级。基础自动化级由 PLC（S7 -400 主系统和 ET - 200 远程站）组成，基础自动化级和过程控制级之间通过光纤 100 M/s工业以太环网连在一起。过程控制级计算机接收来自基础自动化的过程数据，进行数据计算和数据处理，给出数学模型结果或工艺技术数据，并将设定值发送到相应的基础自动化级，使其完成控制过程，实现生产过程监视、数据库管理和数据处理。通过 TCP/IP 以太网与公司生产管理部门进行数据通讯。基础自动化级实现生产过程数据采集、模拟量和开关量逻辑控制。本工程共设置 7 套 PLC，制砖系统 1 套、上料系统2 套、竖炉系统设置 3 套，二次除尘系统设置 1 套，水系统归入竖炉系统；设置 PCS7 冗余服务器 2 套，数据存储服务器 1 台，工业管理服务器1 台，工程师站1 台，SCADA 客户机4 套双屏。操作员站为用户提供友好的人机界面，在 HMI 上显示数学模型结果和工艺数据，指导操作人员进行控制。HMI 对工艺系统进行总貌显示、分组显示、操作数据输入、趋势、报警显示以及重要工况记录、报表，并对运行设备的运行及维护信息进行管理。

3 系统特点

3.1 控制系统

控制系统采用当今在工业控制过程领域先进的 PCS7 系统，PCS7 是基于全集成系统特性和可升级结构的通用过程控制，将灵活的模块化冗余技术以及统一的数据管理、通讯和组态等组合在一起，使控制系统更为强大和完善。其具有的功能和特点包括：（1）系统完整且开放灵活；（2）100MBETHERNET TCP / IP；（3）集成现场总线技术 PROFIBUS；（4）全局关系数据库：SYBASE；（5）具备较强的诊断功能，不仅提供系统诊断，而且提供智能设备诊断；（6）组态软件丰富、使用方便；（7）控制器采用多任务处理器，同时实现大量复杂回路控制和快速逻辑控制。

3.2 数据采集与监视控制 SCADA 系统

SCADA 系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，有助于快速诊断出系统故障状态。SCADA 系统为客户机 / 服务器结构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理运算，而客户机用于人机交互，显示现场的状态，对现场设备开关、阀门进行操作。本系统中有两套冗余服务器，客户机四套，SCADA 有很多任务组成，每个任务完成特定的功能，位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集，数据处理（如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等）。服务器间可以相互通讯。

3.3 信息采集

为了保证竖炉生产过程的连续性和监控实时性，控制系统需要对采集的大量信息，如压力、温度、流量、阀位、料位、电机运行状况等及时处理，分析。本项目中使用了精准、可靠的现场仪表，仅流量检测根据介质不同使用了电磁流量计，孔板，文丘里管，超声波流量计；料仓料位检测使用雷达料位计进行连续测量，电容式料位开关监控最大值；烟道含氧量采用氧化锆气体分析仪进行 CO、H2、CO2、O2气体浓度分析；使用 γ 射线监测竖炉铁水料位；非接触式激光测距仪等先进、实用的现场仪表为控制系统提供了工艺过程准确、实时数据。

3.4 SIWAREX - U 称重模板

本系统在制砖配料区中皮带称重和称量斗测量中使用西门子 SIWAREX - U 称重模板，在之前配料多通过传统的称重仪表实现，而 SIWAREX - U 是一种多功能称重模板，SIWAREX - U 是测量传感器电压并将这个测量结果转换为一个重量值，可以对信号进行数字滤波，集成在 SIMATIC 中可自由编程的、模块式称重系统，可以根据运行要求进行修改，因为所有系统组件之间是统一的通讯方式，能够在工业生产过程中实现快速、可靠和低成本的整合和诊断，SIW-TOOL - U 程序可方便的对秤进行设置和校准，从而保持高可靠的测量和控制精度。

3.5 SIMOCODE 模块

为了有效防止故障的发生，降低设备停机成本，采用了智能型电机保护控制器 SIMOCODE 模块，SIMOCODE 是灵活的模块化低压电机管理系统，可以通过 PROFIBUS DP 直接地连接到自动化系统上，将每个电机起动器的防护、监视和控制功能组合在一个紧凑系统中，提高了过程控制质量，同时降低了设备的规划、安装、操作和维修成本。与传统的电机控制回路相比，SIMOCODE - DP 大大简化了电机的控制回路，从而减少了接线，相应地减少了故障点。单独的 SIMOCODE - DP 系统就可以实现控制和监视功能以及信号处理，不需要增加过载继电器、热敏电阻计算电路、电流互感器、模数转换等，也不需要控制电路接线。PLC 通过PROFIBUS - DP 传送启 / 停信号，SIMOCODE - DP 将起、停、过载故障、过热故障、电流等返回信号传送到 PLC。

4 结束语

冶金除尘灰资源化装置投产后，控制系统运行稳定可靠，数据传递准确，通过资源再利用，提高了废物综合利用率，取得了显著的经济效益，同时也改善了环境，减少了污染排放，实现了绿色环保，对实现可持续发展具有重要意义。

参考文献：

[1] 刘建。浅析关于除尘灰技术[J].山西建筑，2012，（03）.