陸彬
(江陰興澄特種鋼鐵有限公司,江蘇江陰 214400)
DCS系統(tǒng)在礦渣微粉熱風爐的應用
陸彬
(江陰興澄特種鋼鐵有限公司,江蘇江陰 214400)
介紹基于西門子S7-300PLC和WINCC V7.0的DCS系統(tǒng)在江陰興澄特鋼礦渣微粉熱風爐的應用。針對熱風爐電控硬件配置和網絡通訊數(shù)據傳輸方式及編程進行說明,實際使用維護中的問題提供分析和解決方案,通過不斷的完善與改進,完全滿足安全運行和生產要求。本文就DCS系統(tǒng)在礦渣微粉熱風爐的應用展開一論述的探討。
熱風爐 PLC 通訊
江陰興澄特鋼為響應我國節(jié)能減排政策,發(fā)展循環(huán)經濟,充分利用高爐水渣來減少環(huán)境污染,于2011年11月正式建成投產年產100萬噸礦渣微粉生產線。立磨主機采用中信重工的LGSM5725型立磨,臺時產量為大于150T,比表面積>430㎡/KG。結合水渣原料水分,確定用于烘干所需熱風爐供熱能力為32*106千卡/小時。熱風爐燃燒產生的高溫煙氣在磨內與礦渣進行熱交換。出磨氣體經凈化后一部分循環(huán)回系統(tǒng),與熱風爐提供的高溫煙氣混合后再一起進入磨機進風口,以提高熱量的利用率,其余部分經煙囪排入大氣。
1.1PLC及工控機配置
熱風爐S7-300PLC控制站有1個315-2DP CPU,共56路/24路數(shù)字量輸入/輸出信號,12路/6路模擬量輸入/輸出信號。畫面使用SIMATIC IPC547C工控機,配備有具有強大功能的節(jié)能型 Intel? CoreTM2Quad/Duo64位處理器,內存容量達8GB,串行ATA硬盤容量達500GB,能夠24小時連續(xù)運行,并且可靠提供極高的處理性能。
1.2現(xiàn)場檢測儀表
生產過程參數(shù)的數(shù)據采集、控制、顯示、報警等功能由DCS完成,除上煤皮帶秤承德聯(lián)創(chuàng)V403控制儀表,現(xiàn)場不設二次儀表。生產過程參數(shù)的檢測和控制儀表以滿足生產要求安全適用為原則,并與工藝整體裝備水平和工廠的自動化技術水平相適應,所有信號通過廈門宇電儀表變送至PLC,同時實現(xiàn)就地顯示。
1.2.1壓力測量
包括爐膛壓力,鼓風壓力,二次配風壓力,壓力變送器選用羅斯蒙特3051系列,輸出信號為2線制4-20mA,充分考慮生產環(huán)境煤粉塵較大,儀表防護采用IP65級。
1.2.2料位測量
煤倉儲存料位測量采用性價比較高的阻旋式軸保護料位計,現(xiàn)場的傳感器一旦觸及被測料面便立即停止旋轉,并傳送至操作室及HMI畫面,特別適用于存在粉塵煙氣等干擾的測量工況。
1.2.3閥位控制及檢測
包括冷風閥,鼓風閥,配風閥,通過開關量信號調節(jié)閥門開度,電動執(zhí)行機構輸出4-20mA反饋位置,采用法國伯納德系列確保風門執(zhí)行機構正常穩(wěn)定使用。
1.2.4溫度測量
包括爐膛溫度,出口溫度采用性價比較高的K型熱電偶,其使用溫度為-200~1300 ℃。熱電偶信號進行線性處理和溫度補償連接到DCS 的模擬量輸入模塊上,考慮到所測介質為熱風爐風道高溫煙氣,熱電偶采用陶瓷管防護。
礦渣微粉生產線是具備較高的數(shù)據集成和遠程診斷、故障報警及數(shù)字化要求的系統(tǒng),采用“操作站-控制站-現(xiàn)場儀表”的三層結構模式,降低了成本,提高了可靠性,且在統(tǒng)一的國際標準下可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結構[1]。中控室共有3臺工控機,其中1臺ES站安裝了STEP7 V5.5編程組態(tài)軟件,WINCC V7.0 RC版監(jiān)控操作組態(tài)軟件,以及相對應的必需的授權許可證(License Keys)。對工程項目文件進行新建、編輯、修改,和項目程序的下載、上載,以及生產設備的監(jiān)控、操作,生產數(shù)據的實時采集、存儲、報警、打印等功能。2臺OS站實現(xiàn)操作人員對生產設備進行監(jiān)控、操作,和報警信息提示。
集成在整個礦渣微粉系統(tǒng)中的熱風爐DCS系統(tǒng)現(xiàn)場控制站通過Profibus 總線實現(xiàn)與中控室S7-400PLC信號的交互傳輸[2],S7-400PLC系統(tǒng)通過CP443-1通訊模塊和SCALANCE-X交換機與WINCC軟件建立通訊。分別完成對熱風爐上煤,篩選,破碎,提升,倉儲,給煤,鼓風,配風等環(huán)節(jié)的監(jiān)視和控制。
熱風爐采用就地操作面板和遠程中控畫面集中控制兩種方式,同時單體設備的手動就地控制優(yōu)先遠程。若就地主令開關沒有轉至遠程,則相應的遠程中控對設備操作無效,確保設備人身安全。萬一出現(xiàn)緊急事件,可以按急停開關及時關閉設備。
煤料定量輸送倉儲以承德聯(lián)創(chuàng)V403控制儀表為核心,根據入倉煤料的顆粒大小水分含量,考慮破碎和提升能力合理設置入倉噸位,實現(xiàn)快速、精確、穩(wěn)定地入倉。控制儀表瞬時煤量,通過一路標準模擬信號,數(shù)據傳送到 S7-300PLC。PLC采集控制儀表脈沖信號(單位:噸/個)進行累計運算,便于對煤量及其累計值的監(jiān)控和統(tǒng)計。上煤各設備之間有明確的先后開關連鎖順序,正常運行中如果某一設備發(fā)生故障,則它的前續(xù)設備都將會自動停止,就可以避免堵料和設備的損壞。熱風爐通過調整給煤頻率和鼓風閥位對運行參數(shù)進行控制。給煤頻率通過柜門線性精密電位器或工控機畫面模擬量信號通過PLC傳至圓盤給料機ABB變頻器,圓盤給料機采用一拖三的變頻傳動控制;鼓風及二次配風風量調節(jié)通過柜門數(shù)字量開關信號或工控機畫面模擬量通過PLC給定電動執(zhí)行機構使其到達想要的閥位,兩者結合確保燃煤燃燒的充分合理。
4.1程序的編寫
S7-400 PLC在PROFIBUS-DP網絡中組態(tài)成主站,S7-300PLC組態(tài)為從站,網絡物理站地址為10,S7-300 PLC作為智能從站與主站通信。兩邊對發(fā)送和接收通信區(qū)進行配置,根據實際數(shù)據傳輸量來設置字節(jié)大小,接收和發(fā)送數(shù)據都存儲在對應DB塊中。
主站側編程
L ID 46
T “RFL_TX”.yl_gf DB13.DBD0 //鼓風壓力
NOP 0
L ID 50
T “RFL_TX”.yl_lt DB13.DBD4 //爐膛負壓
NOP 0
L ID 50
T “RFL_TX”.t_lt DB13.DBD8 //爐膛溫度
NOP 0
從站側編程
L "AI/AO".yl_gf DB3.DBD0 //鼓風壓力
T QD14
············
NOP 0
L "AI/AO".yl_lt DB3.DBD4 //爐膛負壓
T QD18
NOP 0
L "AI/AO".t_lt DB3.DBD8 //爐膛溫度
T QD22
NOP 0
4.2畫面的編寫
程序中使用FB塊作為電機啟動塊包含中間變量準備好,啟動,停止,運行狀態(tài),故障信號等,WINCC畫面中通過關聯(lián)PLC創(chuàng)建相應結構變量。電機啟動都采用畫中畫編輯,控制塊按鈕需要點擊相關設備才能顯示,既可以避免誤操作,又能使畫面簡潔明了。HMI畫面主要包括各設備狀態(tài)的實時顯示,主要變量如爐膛壓力,鼓風壓力,爐膛溫度,出口溫度的存儲歸檔,便于統(tǒng)計熱風爐的運行參數(shù)和路況,可追溯相關分析數(shù)據。
在實際生產中發(fā)生數(shù)次主排風機ABB傳動柜發(fā)生故障,導致排風風量突然變小,熱風爐爐膛壓力由正常負壓60至80左右瞬間急劇升高,發(fā)生往外噴火5米左右的險兆事故。經過事故分析為了杜絕爐門噴火將立磨研磨信號傳至熱風爐PLC,在連鎖狀態(tài)下同時具備鼓風壓力150pa以上和鼓風電機運行兩個條件,立即自動打開放散裝置,快速降低爐膛壓力。熱風爐DCS系統(tǒng)自運行以來穩(wěn)定可靠,具備實用性強,維護量少,數(shù)據傳輸性能好的特點,有效發(fā)揮了熱風爐設備良好的性能。
[1]曾粵.礦渣粉磨生產線自動化控制系統(tǒng)的設計[J].固廢利用,2014(6):33-36.
[2]劉妍.Profibus技術在新華XDPS-400中的應用[J].冶金自動化,2010:830-831.