摘 要：宣鋼動(dòng)力廠對(duì)煤氣洗滌系統(tǒng)實(shí)施DCS技術(shù)控制取代原采用的一文二文過(guò)濾煤氣設(shè)置，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性有很明顯的改善。
　　關(guān)鍵詞：DCS控制 硬件 SIMATIC S7-400H系列 軟件 上位控制軟件采用Wincc和下位編程軟件采用PCS7
　　中圖分類號(hào)：TF8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（a）-0060-02
　　動(dòng)力廠煤氣環(huán)縫洗滌系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將宣鋼9#大高爐產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)過(guò)環(huán)縫洗滌處理后進(jìn)入凈煤氣管道，再經(jīng)過(guò)減壓后送給低壓煤氣用戶。在這次的9#高爐的配套工程中，煤氣清洗采用了德國(guó)盧森堡PW公司的環(huán)縫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中自控系統(tǒng)采用西門子公司的分散分布式控制系統(tǒng)（DCS），該系統(tǒng)為一個(gè)開(kāi)放的、規(guī)?？蓴U(kuò)展的、分散式控制系統(tǒng)，很好的滿足了環(huán)縫洗滌系統(tǒng)的各種聯(lián)鎖及控制要求。
　　環(huán)縫煤氣洗滌自動(dòng)控制系統(tǒng)選用西門子公司的DCS系列可編程序控制器，完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、過(guò)程調(diào)節(jié)、邏輯控制及保護(hù)等功能。
　　1 控制方案
　　1.1 S7-400H PLC系統(tǒng)的選擇
　　原有煤氣洗滌系統(tǒng)采用一文二文過(guò)濾煤氣洗滌，控制系統(tǒng)采用S7-300控制系統(tǒng)，采用的是單控制系統(tǒng)。而9#高爐煤氣洗滌采用環(huán)縫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用SIMATICS7-400H冗余控制系統(tǒng)，所謂H（高可靠性）系統(tǒng)，就是通過(guò)將發(fā)生中斷的單元自動(dòng)切換到備用單元的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不中斷工作，H系統(tǒng)通過(guò)部件的冗余實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性，S7-400H是西門子提供的最新冗余PLC，大大加大了控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。
　　1.2 系統(tǒng)硬件配置
　　PS：PS407.10A（數(shù)量2）。
　　CPU：CPU 417-4H（數(shù)量2）。
　　通訊模塊：SM 421（數(shù)量2）。
　　SM 422（數(shù)量2）。
　　1.3 系統(tǒng)軟件構(gòu)成
　　下位機(jī)：下位編程軟件采用PCS7。
　　上位機(jī)：上位控制軟件采用Wincc。
　　1.4 系統(tǒng)功能
　?。?）使用西門子可編程控制器構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。煤氣環(huán)縫洗滌自控系統(tǒng)將要完成以下主要功能：①實(shí)現(xiàn)所要求的各水位、溫度、壓力等參數(shù)的采集和生產(chǎn)工藝流程的自動(dòng)控制。②進(jìn)行液壓泵和循環(huán)水泵的手自動(dòng)啟停工作。③完成大型閥組的自動(dòng)控制功能。
　　（2）使用PCS7軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和上位操作畫(huà)面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成以下功能：①工藝曲線圖形化管理與操作，自動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程記錄曲線，歷史趨勢(shì)的顯示。②記錄文件長(zhǎng)期保存。③報(bào)警事件自動(dòng)記錄，報(bào)警系統(tǒng)的主要參數(shù)的自動(dòng)打印。④報(bào)表的自動(dòng)生成等等功能。
　?。?）設(shè)計(jì)為冗余操作站，所有的參數(shù)都在操作站上顯示，可以進(jìn)行微機(jī)操作和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作的切換。
　?。?）在環(huán)縫現(xiàn)場(chǎng)的PCC現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)中，設(shè)有環(huán)縫調(diào)節(jié)、預(yù)洗段液位調(diào)節(jié)和洗滌段液位調(diào)節(jié)的現(xiàn)場(chǎng)操作開(kāi)關(guān)，可以和微機(jī)相互配合，在某一系統(tǒng)失靈的緊急情況下，運(yùn)用另一系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行操作，保證三套重要調(diào)節(jié)閥的正確動(dòng)作。
　?。?）環(huán)縫系統(tǒng)通過(guò)液壓泵驅(qū)動(dòng)工作，通過(guò)液壓閥臺(tái)的比例閥控制環(huán)縫的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，液壓泵系統(tǒng)的手自動(dòng)控制、根據(jù)壓力進(jìn)行泵自動(dòng)起?？刂剖窍喈?dāng)重要的。
　　1.5 系統(tǒng)安全性的設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩級(jí)權(quán)限，維護(hù)人員可以登錄后對(duì)下位程序進(jìn)行修改和維護(hù)，而環(huán)縫設(shè)定值和差壓值則由運(yùn)行人員根據(jù)高爐運(yùn)行情況在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行隨時(shí)修改。
　　2 工作原理
　　2.1 環(huán)縫煤氣洗滌自動(dòng)調(diào)節(jié)
　　在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有控制閥臺(tái)，控制環(huán)縫的自動(dòng)動(dòng)作。閥臺(tái)包括三種操作模式：（1）通過(guò)比例閥自動(dòng)遙控模式。（2）電磁閥開(kāi)關(guān)手動(dòng)遙控模式。（3）電磁閥開(kāi)/關(guān)和鎖/開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)模式。在自動(dòng)模式中，比例閥通過(guò)與頂壓管理器相連的現(xiàn)場(chǎng)管理器操作或來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)控制柜的維持效果的工具。在鎖定狀態(tài)下三個(gè)容器閥（前面一個(gè)，后連兩個(gè)比例閥）被堵塞，這樣可以自動(dòng)避免在壓力泵出現(xiàn)故障時(shí)油的泄漏。另一方面通過(guò)調(diào)節(jié)比例閥，使系統(tǒng)油壓趨于正常。并且在開(kāi)鎖狀態(tài)下，容器閥可以互相轉(zhuǎn)換。這可以通過(guò)打開(kāi)/鎖定電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)通過(guò)比例閥到液壓閥的油速通過(guò)環(huán)縫的自動(dòng)動(dòng)作，來(lái)完成對(duì)高爐頂壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，保證高爐頂壓的穩(wěn)定。
　　環(huán)縫動(dòng)作是通過(guò)液壓油的驅(qū)動(dòng)，在環(huán)縫現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有液壓站，液壓站內(nèi)共有兩臺(tái)液壓泵，一備一用。在液壓站內(nèi)，設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)操作盤(pán)，操作盤(pán)按鈕有“自動(dòng)-手動(dòng)；開(kāi)啟液壓系統(tǒng)；緊急停止；亮度測(cè)試；接受報(bào)警；液壓系統(tǒng)啟動(dòng)；”指示燈有“液壓系統(tǒng)啟動(dòng)；液壓系統(tǒng)停止”?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)別優(yōu)先。液壓泵由壓力控制軸向活塞泵組成，通過(guò)自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)，要求在整個(gè)系統(tǒng)中泵保持185巴的恒壓。在液壓閥臺(tái)內(nèi)有5套球囊型蓄能器，每個(gè)瓶的容積為50L。獨(dú)立的每套蓄能器裝有安全易調(diào)的活塞，在壓力過(guò)高時(shí)可以排放到油箱中。蓄能器內(nèi)填充90巴的氮?dú)狻Ｈ绻麎毫Ρ贸霈F(xiàn)故障，則由蓄能器向緊急驅(qū)動(dòng)裝置輸送油，保證環(huán)縫正常運(yùn)行。
　　環(huán)縫系統(tǒng)包括兩臺(tái)循環(huán)提升水泵，主要功能是將環(huán)縫預(yù)洗段洗滌后的水循環(huán)后再打到洗滌塔里，再對(duì)洗滌段的煤氣進(jìn)行清洗，這樣可以在一定程度上節(jié)約水資源，由控制系統(tǒng)對(duì)提升泵的起停進(jìn)行自控控制，包括水系統(tǒng)的各種連鎖停機(jī)功能，有效的保護(hù)了提升泵。
　　2.2 環(huán)縫控制系統(tǒng)采用冗余硬件配置
　　（1）西門子DCS系統(tǒng)采用雙冗余控制系統(tǒng)-SIMATIC S7-400H系統(tǒng)，大大加強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性，以單機(jī)操作的系數(shù)為1，那么安裝與H-RACK機(jī)架上（2×9槽，中間物理分隔）的H（高可靠性）系統(tǒng)可靠性提高57倍。
　　另外，操作員站也是采用兩個(gè)上位機(jī)顯示，網(wǎng)絡(luò)通訊也采用雙網(wǎng)卡，充分保證了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
　?。?）S7-400H系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)確保了任何時(shí)候的系統(tǒng)可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。這包括了冗余的CPU、供電模件和用于冗余CPU通信的同步模塊。根據(jù)特定的自動(dòng)化控制過(guò)程需要，還可以配置冗余客戶服務(wù)器、冗余通訊介質(zhì)、冗余接口模件IM153-2等。
　?。?）S7-400H系統(tǒng)亮點(diǎn)。
　　①平滑的主從切換。
　?、谧詣?dòng)事件同步。
　?、奂傻腻e(cuò)誤識(shí)別和錯(cuò)誤定位功能。
　?、懿僮髌陂g可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改。
　?、蓊愃茦?biāo)準(zhǔn)CPU的在線編程。
　?、尴螺d程序時(shí)，只考慮單個(gè)CPU，程序可自動(dòng)拷貝到另一個(gè)CPU中。
　　⑦CPU修復(fù)后自動(dòng)再進(jìn)入。
　?、噙\(yùn)行中所有部件可更換。
　　2.3 技術(shù)關(guān)鍵
　　（1）環(huán)縫自動(dòng)控制是環(huán)縫洗滌的關(guān)鍵所在，通過(guò)控制環(huán)縫的開(kāi)度來(lái)保證高爐頂壓在正常范圍內(nèi)。在TRT正常運(yùn)行的情況下，環(huán)縫只負(fù)責(zé)控制環(huán)縫差壓在35kpa，在TRT緊急停機(jī)或運(yùn)行不穩(wěn)定的情況下，崗位工需要及時(shí)的轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂聘郀t頂壓。在以前的程序設(shè)計(jì)中，在每次切換的時(shí)候，操作需要先將自動(dòng)轉(zhuǎn)化為手動(dòng)，在面板中將內(nèi)部給定轉(zhuǎn)換為外部給定，點(diǎn)擊頂壓調(diào)節(jié)，同時(shí)慢開(kāi)DN1600閥，等到穩(wěn)定后再將手動(dòng)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)，繁瑣的操作導(dǎo)致崗位工容易出現(xiàn)差錯(cuò)，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。因此，我們修改了下位機(jī)、上位機(jī)的程序，在上位機(jī)點(diǎn)擊頂壓調(diào)節(jié)，下位機(jī)程序中即把外部調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部調(diào)節(jié)。改造后，只需要將差壓轉(zhuǎn)化為頂壓，同時(shí)慢開(kāi)DN1600閥就行了。這樣大大方便了崗位工操作，也加強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。
　?。?）DN1600調(diào)節(jié)閥和DN800快開(kāi)閥在最初設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有閥位反饋，操作工無(wú)法正確的看到DN1600調(diào)節(jié)閥和DN800快開(kāi)閥的開(kāi)度，使工作強(qiáng)度加大，操作安全性降低，我們?yōu)槠湓黾恿碎y位反饋，使崗位工可以清楚的知道閥的開(kāi)度，保證了安全生產(chǎn)，降低了崗位工工作強(qiáng)度。DN1600調(diào)節(jié)閥和800快開(kāi)閥在最初設(shè)計(jì)時(shí)都是手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥位，這樣在緊急的情況下就顯得很不適宜，高爐頂壓一下憋得很高，手動(dòng)開(kāi)DN1600調(diào)節(jié)閥操作總是很緊張，而且如果反映失誤的話，也許應(yīng)該開(kāi)DN1600調(diào)節(jié)閥，反而關(guān)了DN1600調(diào)節(jié)閥，這樣導(dǎo)致高爐頂壓更高了，必將導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，所以為了消除這個(gè)安全隱患，我們將DN1600調(diào)節(jié)閥和DN800快開(kāi)閥的程序更改為可以投用自動(dòng)，根據(jù)工藝需要自動(dòng)開(kāi)關(guān)閥位，減輕了操作工的工作強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　（3）S7-400H系統(tǒng)之中的PID功能塊根據(jù)高爐頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)縫開(kāi)度，通過(guò)調(diào)試過(guò)程中反復(fù)調(diào)整比例系數(shù)、積分時(shí)間，最終達(dá)到的環(huán)縫開(kāi)度能準(zhǔn)確、快速的跟蹤高爐煤氣因?yàn)榱髁孔兓鴫毫Φ耐蝗簧呋蚪档?，及時(shí)開(kāi)關(guān)環(huán)縫，穩(wěn)定管道壓力、減少浪費(fèi)。
　　3 運(yùn)行效果
　　該系統(tǒng)自投運(yùn)至今一直運(yùn)行穩(wěn)定，提高了煤氣的洗滌效果，提高了控制水平，徹底解決了舊洗滌自動(dòng)控制存在的問(wèn)題，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了維護(hù)的難度，取得了良好的效