許麗麗，周揚民，羅思義，李 超，儀垂杰

(青島理工大學(xué)能源與環(huán)境裝備技術(shù)研究中心，山東青島 266033)

高爐渣是鋼鐵生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的副產(chǎn)品之一，也是一種具有利用價值的二次資源。目前高爐渣主要以一種材料的形式加以利用，對液態(tài)高爐渣所含的豐富熱量卻沒有進行充分利用［1］。其工藝水平存在著嚴重的余熱浪費和有害氣體排放。如果建筑小區(qū)位于高爐沖渣水余熱供暖經(jīng)濟范圍之內(nèi)，回收高爐沖渣水余熱向小區(qū)供暖，是一個建筑節(jié)能減排的最佳選擇。對高爐沖渣水余熱進行回收，不但可以解決鋼廠附近供暖的熱源問題，還可以減少沖渣水的消耗，具有一定的社會經(jīng)濟效益。

目前高爐渣余熱利用監(jiān)控方面，缺乏專業(yè)的監(jiān)控管理軟件，一般采用傳統(tǒng)的工業(yè)控制結(jié)構(gòu)，不能對系統(tǒng)的工藝過程及結(jié)果進行分析。鑒于此，開發(fā)了一套軟硬件平臺系統(tǒng)，對換熱工藝的關(guān)鍵回路及主要工藝參數(shù)，進行實時采集和動態(tài)跟蹤監(jiān)視。通過該系統(tǒng)可以監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高整個換熱過程中熱量的利用效率，以保證系統(tǒng)在最優(yōu)工況下運行，同時將生產(chǎn)過程系統(tǒng)與管理系統(tǒng)緊密結(jié)合，實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時信息與管理的集成，為管理決策層提供可靠的決策證據(jù)［2］。

1 系統(tǒng)組成

1.1 工藝流程簡介

實驗系統(tǒng)一次沖渣水和二次供暖循環(huán)水設(shè)計流量均為30 m3/h，其工藝流程如下:渣漿泵從吸水池中抽取沖渣水，經(jīng)全自動反洗纖維過濾器過濾、自清潔板式?jīng)_渣水換熱器換熱，最終排入沉淀池;清水泵將采暖回水管道二次循環(huán)水加壓后，進入自清洗板式?jīng)_渣水換熱器換熱后，進入采暖供水管道供暖。

1.2 測試系統(tǒng)

實驗測試系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、信息管理、過程優(yōu)化3部分組成，能夠?qū)崟r監(jiān)測過濾器的工作壓力、流量和換熱器的一、二次進出水溫度、壓力、流量等關(guān)鍵參數(shù)，并能對過濾器和換熱器的性能進行分析和優(yōu)化控制，如圖1所示。系統(tǒng)所要實現(xiàn)的控制功能如下:一次循環(huán)水渣漿泵變頻，改變渣漿泵電機轉(zhuǎn)速，從而改變過濾器、換熱器渣水流量，保證二次供暖循環(huán)換熱器出水溫度;二次泵變頻調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，改變換熱器進水流量，模擬散熱器末端用戶的變流量供暖工況;實時檢測過濾器纖維束濾芯前后段壓差，達到設(shè)定壓差值后，過濾器電動調(diào)節(jié)閥動作，切換過濾器渣水進出口，一次循環(huán)供暖泵停泵，反沖洗渣漿泵打開，對過濾器進行反沖洗;對過濾器進出口渣水、換熱器進出口供暖水溫度實時監(jiān)測，分析過濾器、換熱器熱損失;風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)風(fēng)速，改變散熱器的散熱量，從而改變換熱器回水溫度，用于模擬一天24 h溫度變化。

圖1 高爐沖渣水余熱供暖實驗測試系統(tǒng)示意圖

1.3 溫度測量

溫度測量采用濟南華興儀表研究所的HWB型，鉑電阻，－150～1300℃，0.5級。測量元件的感溫點應(yīng)位于管道中心。測量元件的安裝點與被測板式換熱器進出口法蘭面的距離應(yīng)≤150 mm。測溫點的上下游各300 mm內(nèi)與測溫點之間管線，應(yīng)保溫良好。

1.4 流量測量

流量測量采用青島愛科儀器儀表有限公司生產(chǎn)的電磁流量計 HXLDE－65－11300－1.6－60，0.5級。流量計應(yīng)安裝在水平直管段，上游直管段長度應(yīng)≥20倍管徑，下游直管長度應(yīng)≥15倍管徑。

1.5 壓力測量

壓力測量采用1151系列電容式變送器，0.25級。靜壓測量孔應(yīng)位于距離任何擾動區(qū)域下游至少5倍管徑，上游至少2倍管徑處。

1.6 系統(tǒng)其他組件

系統(tǒng)除需各測量儀表外，還須有循環(huán)泵、變頻器、套管式加熱器、溫度控制儀、不銹鋼蝶閥電動及球閥、電控箱等，以保實驗系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行

2 測試系統(tǒng)監(jiān)控功能的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

Siemens公司S7系列PLC網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示，采用3級總線復(fù)合型結(jié)構(gòu)，最底一級為遠程I/O鏈路，負責(zé)與現(xiàn)場設(shè)備通信，在遠程I/O鏈路中配置周期I/O通信機制。中間一級為PROFIBUS現(xiàn)場總線或主從式多點鏈路，前者是一種新型現(xiàn)場總線，可承擔(dān)現(xiàn)場、控制、監(jiān)控三級通信，采用令牌方式與主從輪詢相結(jié)合的存取控制方式;后者是一種主從式總線，采用主從輪詢式通信。最高一級為工業(yè)以太網(wǎng)，負責(zé)傳送生產(chǎn)信息管理，并向用戶提供TF接口，實現(xiàn)AP協(xié)議與MMS協(xié)議。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)軟件平臺構(gòu)架

軟件結(jié)構(gòu)主要包括兩部分:可編程控制器編程及上位機程序。下位機軟件選用Step7實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及相關(guān)工藝控制功能;上位機軟件選用Wincc實現(xiàn)系統(tǒng)工藝組態(tài)，主要實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的顯示，指令的下達，選用Delphi，Asp.net軟件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理功能。整個系統(tǒng)共有AI/AO幾百余點、DI/DO幾百余點、PID調(diào)節(jié)回路及若干個內(nèi)部變量的運算。

圖3 系統(tǒng)軟件構(gòu)架圖

2.3 數(shù)據(jù)管理功能的實現(xiàn)

以Delphi，Asp等為開發(fā)工具，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的上傳、查詢報表、指標分析和歷史曲線等功能。根據(jù)系統(tǒng)要求，其功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖

以報表功能的實現(xiàn)為例，簡單說明其實現(xiàn)過程。有兩種方法可以實現(xiàn)報表:(1)利用Delphi自帶的Rave軟件包設(shè)計報表。(2)利用Ole技術(shù)結(jié)合Excel實現(xiàn)報表。利用Rave報表，設(shè)計的報表樣式較為呆板，而且當(dāng)報表生成后用戶不能根據(jù)報表內(nèi)容進行調(diào)整，特別是當(dāng)數(shù)據(jù)寬度超過表格寬度時往往造成無法打印的情況。Excel在設(shè)計各種復(fù)雜表格方面有強大的功能。所以選用 Ole+Delphi設(shè)計報表系統(tǒng)，把Excel與Delphi的功能結(jié)合起來，生成滿足用戶要求且可以自由修改的報表系統(tǒng)［3］。

圖5 系統(tǒng)溫度變化曲線圖

3 實驗結(jié)果分析

系統(tǒng)測試溫度變化曲線如圖5所示，順利實現(xiàn)了對現(xiàn)場流量、溫度、壓力等模擬信號的采集處理和電動調(diào)節(jié)閥、變頻器的控制。I/O前端模塊可以保證4～20 mA模擬信號的正確輸入輸出，也可以實現(xiàn)RS232和RS485電平的轉(zhuǎn)換，同時還能和組態(tài)王進行正常通信。主界面可以正常啟動和運行，可以正常顯示現(xiàn)場信息，能夠觀察實時曲線，實現(xiàn)對電動調(diào)節(jié)閥、給水泵和補水泵的控制。通過對系統(tǒng)長達10天的手動操作和自動監(jiān)控實驗對比，系統(tǒng)運行檢測結(jié)果顯示:換熱器出口溫度能夠跟蹤上設(shè)定值的變化，控制精度＜1℃;循環(huán)水泵電能節(jié)能30%以上。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)采集信息實時性強、自動化程度高、可靠性好，應(yīng)用系統(tǒng)后，沖渣水余熱供暖系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。通過二次儀表和工控機，工人在控制室就能完全獲得系統(tǒng)運行的實時情況。從而降低了工作強度，最大程度上避免了故障的發(fā)生。由于可編程序控制器、變頻器和自動閥門的搭配使用，系統(tǒng)的自動化程度得以提高，當(dāng)某些參數(shù)變化時，系統(tǒng)可自動分析，并按預(yù)定程序做出相應(yīng)的控制，系統(tǒng)的可靠性和自動化運行程度大大提高，節(jié)能效果顯著。

［1］ 閆兆民，周揚民.高爐渣綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.鋼鐵研究，2010，32(5):155 －160.

［2］ 劉尊民.油田聯(lián)合站自動化監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.青島:青島理工大學(xué)，2007.

［3］ 朱松豪，劉巧英.Delphi動態(tài)報表的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機應(yīng)用與軟件，2005(12):87－90.

［4］ 王怡，趙菁，文時祥.指針式儀表數(shù)據(jù)智能采集系統(tǒng)設(shè)計［J］.電子科技，2011，24(3):17 －21.

［5］ 朱國峰，邢冠宇.基于Blackfin DSD的液晶接口設(shè)計［J］.電子科技，2010，23(10):57－59.