胡 婕

(山西太鋼工程技術(shù)公司，山西太原030009)

冶金除塵灰資源化工程是太鋼推進節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重點項目，采用德國科特納公司的OXYCUP法技術(shù)，處理碳鋼和不銹鋼粉塵。建造三座OXYCUP(富氧)豎爐，配有兩條完整的制磚生產(chǎn)線，工藝包括:原料貯備、制磚系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、豎爐本體、鐵水處理、廢渣處理、鼓風及換熱系統(tǒng)、煤氣清洗系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)、二次除塵系統(tǒng)等，主要對紅泥、冶金除塵灰、廢鋼、鋼渣等固體廢棄物進行冶煉，Cr金屬回收率占75%，Ni金屬回收率占90%。通過資源再利用，提高廢物綜合利用率，以改變鋼鐵行業(yè)高消耗、高廢棄、高污染的傳統(tǒng)經(jīng)濟增長方式，同時也實現(xiàn)了環(huán)保效益和社會效益。太鋼用冶金除塵灰資源化裝置處理不銹鋼除塵灰冶煉工藝技術(shù)屬國際首創(chuàng)。

此項目控制系統(tǒng)設(shè)計理念先進，使用了許多符合工況的新技術(shù)、新設(shè)備，控制系統(tǒng)自動化程度高，是冶金除塵灰資源化裝置高效運行的動力和技術(shù)保障。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

控制系統(tǒng)采用3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制，PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線層、AS自動化控制層、OS操作員控制層。自動化PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層通過SCALANCE交換機構(gòu)成冗余的工廠總線網(wǎng)絡(luò)，客戶端/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通過高性能交換機，構(gòu)成可靠、高速的環(huán)形終端總線網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線分布式I/OPROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)，通過OLM光電轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，在任何一段總線故障的情況下，不影響其它總線的運行，確保了分布式控制對網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求。預(yù)留有與L3級接口。系統(tǒng)配置見附圖1。

圖1 系統(tǒng)配置圖

系統(tǒng)HMI操作員站采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)為了提高服務(wù)器系統(tǒng)的可靠性，并減輕服務(wù)器對PLC數(shù)據(jù)采集的負擔，配置了兩對冗余服務(wù)器和一個中央歸檔服務(wù)器，確保了操作員站客戶端能對整個PLC系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制。

2 控制系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)從功能上分為兩級，第一級為基礎(chǔ)自動化級，第二級為過程控制級。

基礎(chǔ)自動化級由PLC(S7－400主系統(tǒng)和ET－200遠程站)組成，基礎(chǔ)自動化級和過程控制級之間通過光纖100 M/s工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)連在一起。過程控制級計算機接收來自基礎(chǔ)自動化的過程數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)處理，給出數(shù)學模型結(jié)果或工藝技術(shù)數(shù)據(jù)，并將設(shè)定值發(fā)送到相應(yīng)的基礎(chǔ)自動化級，使其完成控制過程，實現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)視、數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)處理。通過TCP/IP以太網(wǎng)與公司生產(chǎn)管理部門進行數(shù)據(jù)通訊。

基礎(chǔ)自動化級實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、模擬量和開關(guān)量邏輯控制。本工程共設(shè)置7套PLC，制磚系統(tǒng)1套、上料系統(tǒng)2套、豎爐系統(tǒng)設(shè)置3套，二次除塵系統(tǒng)設(shè)置1套，水系統(tǒng)歸入豎爐系統(tǒng);設(shè)置PCS7冗余服務(wù)器2套，數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器1臺，工業(yè)管理服務(wù)器1臺，工程師站1臺，SCADA客戶機4套雙屏。

操作員站為用戶提供友好的人機界面，在HMI上顯示數(shù)學模型結(jié)果和工藝數(shù)據(jù)，指導操作人員進行控制。HMI對工藝系統(tǒng)進行總貌顯示、分組顯示、操作數(shù)據(jù)輸入、趨勢、報警顯示以及重要工況記錄、報表，并對運行設(shè)備的運行及維護信息進行管理。

3 系統(tǒng)特點

3.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用當今在工業(yè)控制過程領(lǐng)域先進的PCS7系統(tǒng)，PCS7是基于全集成系統(tǒng)特性和可升級結(jié)構(gòu)的通用過程控制，將靈活的模塊化冗余技術(shù)以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通訊和組態(tài)等組合在一起，使控制系統(tǒng)更為強大和完善。其具有的功能和特點包括:(1)系統(tǒng)完整且開放靈活;(2)100MB ETHERNET TCP/IP;(3)集成現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS;(4)全局關(guān)系數(shù)據(jù)庫:SYBASE;(5)具備較強的診斷功能，不僅提供系統(tǒng)診斷，而且提供智能設(shè)備診斷;(6)組態(tài)軟件豐富、使用方便;(7)控制器采用多任務(wù)處理器，同時實現(xiàn)大量復雜回路控制和快速邏輯控制。

3.2 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制SCADA系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能，有助于快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)。

SCADA系統(tǒng)為客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。服務(wù)器與硬件設(shè)備通信，進行數(shù)據(jù)處理運算，而客戶機用于人機交互，顯示現(xiàn)場的狀態(tài)，對現(xiàn)場設(shè)備開關(guān)、閥門進行操作。本系統(tǒng)中有兩套冗余服務(wù)器，客戶機四套，SCADA有很多任務(wù)組成，每個任務(wù)完成特定的功能，位于一個或多個機器上的服務(wù)器負責數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理(如量程轉(zhuǎn)換、濾波、報警檢查、計算、事件記錄、歷史存儲、執(zhí)行用戶腳本等)。服務(wù)器間可以相互通訊。

3.3 信息采集

為了保證豎爐生產(chǎn)過程的連續(xù)性和監(jiān)控實時性，控制系統(tǒng)需要對采集的大量信息，如壓力、溫度、流量、閥位、料位、電機運行狀況等及時處理，分析。本項目中使用了精準、可靠的現(xiàn)場儀表，僅流量檢測根據(jù)介質(zhì)不同使用了電磁流量計，孔板，文丘里管，超聲波流量計;料倉料位檢測使用雷達料位計進行連續(xù)測量，電容式料位開關(guān)監(jiān)控最大值;煙道含氧量采用氧化鋯氣體分析儀進行CO、H2、CO2、O2氣體濃度分析;使用γ射線監(jiān)測豎爐鐵水料位;非接觸式激光測距儀等先進、實用的現(xiàn)場儀表為控制系統(tǒng)提供了工藝過程準確、實時數(shù)據(jù)。

3.4 SIWAREX－U稱重模板

本系統(tǒng)在制磚配料區(qū)中皮帶稱重和稱量斗測量中使用西門子SIWAREX－U稱重模板，在之前配料多通過傳統(tǒng)的稱重儀表實現(xiàn)，而SIWAREX－U是一種多功能稱重模板，SIWAREX－U是測量傳感器電壓并將這個測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為一個重量值，可以對信號進行數(shù)字濾波，集成在SIMATIC中可自由編程的、模塊式稱重系統(tǒng)，可以根據(jù)運行要求進行修改，因為所有系統(tǒng)組件之間是統(tǒng)一的通訊方式，能夠在工業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)快速、可靠和低成本的整合和診斷，SIWTOOL－U程序可方便的對秤進行設(shè)置和校準，從而保持高可靠的測量和控制精度。

3.5 SIMOCODE 模塊

為了有效防止故障的發(fā)生，降低設(shè)備停機成本，采用了智能型電機保護控制器SIMOCODE模塊，SIMOCODE是靈活的模塊化低壓電機管理系統(tǒng)，可以通過PROFIBUS DP直接地連接到自動化系統(tǒng)上，將每個電機起動器的防護、監(jiān)視和控制功能組合在一個緊湊系統(tǒng)中，提高了過程控制質(zhì)量，同時降低了設(shè)備的規(guī)劃、安裝、操作和維修成本。

與傳統(tǒng)的電機控制回路相比，SIMOCODE－DP大大簡化了電機的控制回路，從而減少了接線，相應(yīng)地減少了故障點。單獨的SIMOCODE－DP系統(tǒng)就可以實現(xiàn)控制和監(jiān)視功能以及信號處理，不需要增加過載繼電器、熱敏電阻計算電路、電流互感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，也不需要控制電路接線。PLC通過PROFIBUS－DP傳送啟/停信號，SIMOCODE－DP將起、停、過載故障、過熱故障、電流等返回信號傳送到PLC。

4 結(jié)束語

冶金除塵灰資源化裝置投產(chǎn)后，控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)傳遞準確;每年可生產(chǎn)含鉻鎳鐵水16萬噸、普通鐵水16萬噸，從不銹除塵灰(泥)中提取金屬Ni約4 800噸、Cr約8 000噸。太鋼通過資源再利用，提高了廢物綜合利用率，取得了顯著的經(jīng)濟效益，同時也改善了環(huán)境，減少了污染排放，實現(xiàn)了綠色環(huán)保，對太鋼實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。