DCS系统在矿渣微粉热风炉的应用

【摘 要】介绍基于西门子S7-300PLC和WINCC V7.0的DCS系统在江阴兴澄特钢矿渣微粉热风炉的应用。针对热风炉电控硬件配置和网络通讯数据传输方式及编程进行说明，实际使用维护中的问题提供分析和解决方案，通过不断的完善与改进，完全满足安全运行和生产要求。本文就DCS系统在矿渣微粉热风炉的应用展开一论述的探讨。

【关键词】热风炉 PLC 通讯

江阴兴澄特钢为响应我国节能减排政策，发展循环经济，充分利用高炉水渣来减少环境污染，于2011年11月正式建成投产年产100万吨矿渣微粉生产线。立磨主机采用中信重工的LGSM5725型立磨，台时产量为大于150T，比表面积>430O/KG。结合水渣原料水分，确定用于烘干所需热风炉供热能力为32*106千卡/小时。热风炉燃烧产生的高温烟气在磨内与矿渣进行热交换。出磨气体经净化后一部分循环回系统，与热风炉提供的高温烟气混合后再一起进入磨机进风口，以提高热量的利用率，其余部分经烟囱排入大气。

1 电控硬件配置

1.1 PLC及工控机配置

热风炉S7-300PLC控制站有1个315-2DP CPU，共56路/24路数字量输入/输出信号，12路/6路模拟量输入/输出信号。画面使用SIMATIC IPC547C工控机，配备有具有强大功能的节能型 Inte CoreTM2Quad/Duo64位处理器，内存容量达8GB，串行ATA硬盘容量达500GB，能够24小时连续运行，并且可靠提供极高的处理性能。

1.2 现场检测仪表

生产过程参数的数据采集、控制、显示、报警等功能由DCS完成，除上煤皮带秤承德联创V403控制仪表，现场不设二次仪表。生产过程参数的检测和控制仪表以满足生产要求安全适用为原则，并与工艺整体装备水平和工厂的自动化技术水平相适应，所有信号通过厦门宇电仪表变送至PLC，同时实现就地显示。

1.2.1 压力测量

包括炉膛压力，鼓风压力，二次配风压力，压力变送器选用罗斯蒙特3051系列，输出信号为2线制4-20mA，充分考虑生产环境煤粉尘较大，仪表防护采用IP65级。

1.2.2 料位测量

煤仓储存料位测量采用性价比较高的阻旋式轴保护料位计，现场的传感器一旦触及被测料面便立即停止旋转，并传送至操作室及HMI画面，特别适用于存在粉尘烟气等干扰的测量工况。

1.2.3 阀位控制及检测

包括冷风阀，鼓风阀，配风阀，通过开关量信号调节阀门开度，电动执行机构输出4-20mA反馈位置，采用法国伯纳德系保风门执行机构正常稳定使用。

1.2.4 温度测量

包括炉膛温度，出口温度采用性价比较高的K型热电偶，其使用温度为-200～1300 ℃。热电偶信号进行线性处理和温度补偿连接到DCS 的模拟量输入模块上，考虑到所测介质为热风炉风道高温烟气，热电偶采用陶瓷管防护。

2 网络拓扑

矿渣微粉生产线是具备较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统，采用“操作站-控制站-现场仪表”的三层结构模式，降低了成本，提高了可靠性，且在统一的国际标准下可实现真正的开放式互连系统结构[1]。中控室共有3台工控机，其中1台ES站安装了STEP7 V5.5编程组态软件，WINCC V7.0 RC版监控操作组态软件，以及相对应的必需的授权许可证（License Keys）。对工程项目文件进行新建、编辑、修改，和项目程序的下载、上载，以及生产设备的监控、操作，生产数据的实时采集、存储、报警、打印等功能。2台OS站实现操作人员对生产设备进行监控、操作，和报警信息提示。

集成在整个矿渣微粉系统中的热风炉DCS系统现场控制站通过Profibus 总线实现与中控室S7-400PLC信号的交互传输[2]，S7-400PLC系统通过CP443-1通讯模块和SCALANCE-X交换机与WINCC软件建立通讯。分别完成对热风炉上煤，筛选，破碎，提升，仓储，给煤，鼓风，配风等环节的监视和控制。

3 自动化控制功能

热风炉采用就地操作面板和远程中控画面集中控制两种方式，同时单体设备的手动就地控制优先远程。若就地主令开关没有转至远程，则相应的远程中控对设备操作无效，确保设备人身安全。万一出现紧急事件，可以按急停开关及时关闭设备。

煤料定量输送仓储以承德联创V403控制仪表为核心，根据入仓煤料的颗粒大小水分含量，考虑破碎和提升能力合理设置入仓吨位，实现快速、精确、稳定地入仓。控制仪表瞬时煤量，通过一路标准模拟信号，数据传送到 S7-300PLC。PLC采集控制仪表脉冲信号（单位：吨/个）进行累计运算，便于对煤量及其累计值的监控和统计。上煤各设备之间有明确的先后开关连锁顺序，正常运行中如果某一设备发生故障，则它的前续设备都将会自动停止，就可以避免堵料和设备的损坏。热风炉通过调整给煤频率和鼓风阀位对运行参数进行控制。给煤频率通过柜门线性精密电位器或工控机画面模拟量信号通过PLC传至圆盘给料机ABB变频器，圆盘给料机采用一拖三的变频传动控制；鼓风及二次配风风量调节通过柜门数字量开关信号或工控机画面模拟量通过PLC给定电动执行机构使其到达想要的阀位，两者结合确保燃煤燃烧的充分合理。

4 软件的编写

4.1 程序的编写

S7-400 PLC在PROFIBUS-DP网络中组态成主站，S7-300PLC组态为从站，网络物理站地址为10，S7-300 PLC作为智能从站与主站通信。两边对发送和接收通信区进行配置，根据实际数据传输量来设置字节大小，接收和发送数据都存储在对应DB块中。

主站侧编程

4.2 画面的编写

程序中使用FB块作为电机启动块包含中间变量准备好，启动，停止，运行状态，故障信号等，WINCC画面中通过关联PLC创建相应结构变量。电机启动都采用画中画编辑，控制块按钮需要点击相关设备才能显示，既可以避免误操作，又能使画面简洁明了。HMI画面主要包括各设备状态的实时显示，主要变量如炉膛压力，鼓风压力，炉膛温度，出口温度的存储归档，便于统计热风炉的运行参数和路况，可追溯相关分析数据。

5 结语

在实际生产中发生数次主排风机ABB传动柜发生故障，导致排风风量突然变小，热风炉炉膛压力由正常负压60至80左右瞬间急剧升高，发生往外喷火5米左右的险兆事故。经过事故分析为了杜绝炉门喷火将立磨研磨信号传至热风炉PLC，在连锁状态下同时具备鼓风压力150pa以上和鼓风电机运行两个条件，立即自动打开放散装置，快速降低炉膛压力。热风炉DCS系统自运行以来稳定可靠，具备实用性强，维护量少，数据传输性能好的特点，有效发挥了热风炉设备良好的性能。

参考文献：

[1]曾粤.矿渣粉磨生产线自动化控制系统的设计[J].固废利用，2014（6）：33-36.

[2]刘妍.Profibus技术在新华XDPS-400中的应用[J].冶金自动化，2010：830-831.