中小型高炉喷煤自动化PLC解决方案

中小型高炉喷煤自动化PLC解决方案

我国高炉喷煤技术的应用始于二十世纪六十年代。高炉喷吹煤粉是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤粉或二者的混合煤粉，以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用，从而降低焦化，降低生铁成本；同时，喷煤可调剂炉工艺热制度及改善高炉炉缸的工作台状态。

2 喷煤工艺

在珠海项目中，在工艺技术人员的配合下，作者将大型高炉工艺进行优化、简化，降低投资成本；高炉喷吹煤粉工艺系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、干燥气体制备和供气动力系统组成，工艺流程如图1所示，如果是直接喷吹工艺，则无煤矿粉输送部分。

图1 高炉喷煤系统工艺流程图

3 系统设计

3.1 系统设计原则

（1）系统硬件设备（包括系统软件）和控制应用软件满足高炉喷煤的各种工艺控制要求，并保证与世界控制系统发展趋势相一致，能够更新升级换代，以保证近十余年连续稳定运行；
（2）实现新一代电仪一体化，数据通讯网络及人机操作接口一体化；
（3）操作监视集中化，主工艺线（制粉、喷吹）上的设备均采用HMI（CRT操作站）操作，使电仪系统人机界面统一化、共享化；
（4）控制应用软件具有可靠性、稳定性及可操作性，并便于维护和扩展；
（5）选用的产品操作简易，人机界面汉化，用户友好，系统软件通用，设备成熟可靠，有业绩和应用实例。

3.2 系统硬件及设备设计

3.2.1 控制系统硬件及设备设计概要

随着自动化技术的不断发展和计算机技术的飞速进步，今天的自动化控制概念也发生了巨大的变化。在传统的自动化解决方案中，自动化控制实际上是由各种独立的、分离的技术和不同厂家的产品来搭配起来的，比如一个大型工厂经常是由过程控制系统、可编程控制器、上位监控计算机、SCADA系统和人机界面产品共同进行控制。为了把所有这些产品组合在一起，需要采用各种类型和不同厂商的接口软件和硬件来连接、配置和调试。

全集成自动化思想就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间，集中与分散之间的界限。同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，这主要包括：（1）统一的数据管理；（2）统一的通信；（3）统一的组态和编程软件；（4）便于链接的通用网络。

基于这种环境，各种各样不同的技术可以在一个用户接口下，集成在一个有全局数据库的总体平台中，这样系统之间的接口费用大大降低，备品备件的品种和数量也大大减少。同时技术人员可以在一个平台下对所有应用进行组态、编程和监控，可以大大提高监控水平，减少非计划停车时间。也是由于应用一个组态平台，培训和工程变得简单，费用也大大降低。

根据系统需求，西门子S7-300系列PLC系统能满足工程的工艺要求。设备结构形式符合世界自动化控制系统的发展，可实现电仪一体化操作。网络采用以太网总线结构。数据通讯网络系统的开放、系统人机接口电仪一体化、资源共享、系统软件稳定可靠，并有利于系统的维护和扩展。人机界面汉化，操作实用简便。西门子的全集成自动化思想集中体现在可同时实现PLC 和DCS的解决方案。本系统硬件与网络选用西门子全集成自动化产品。

3.2.2 网络系统方案

本工程的基础自动化控制系统在工艺上分成3个控制子系统：煤粉制备系统2套和煤粉喷吹系统1套。3个系统之间的通讯用西门子的数据网络通讯技术（工业以太网）实现。系统的各类电源采用在UPS电源基础上的集中供配制，实用并便于维护管理。系统网络层分两级：（1）标准以太网服务器控制方式，方便地实现远程操作和网络扩展；（2）现场总线实现现场与系统的统一。

3.2.3 PLC（I/O）接口信号

PLC的输入采用光隔离模块，输出采用继电器模块。用PLC驱动信号的直流电源驱动仪用（I/O）信号和RTD信号，将PLC与仪表直接相连，完成仪表信号直接进PLC。其中：模拟量（I/0）信号为4-20mA、RTD直接用PLC的温度检测进机。

3.2.4 煤粉制备系统硬件及设备设计

煤粉制备系统配有两套机组，分为A系列和B系列,为3座高炉煤粉喷吹制备煤粉。煤粉制备系统主要工艺过程如下：原煤仓煤块经过其出口插板阀进入电子称重式给煤机，根据设定的制粉量，向磨煤机供煤。原煤被磨辊碾磨的同时，被吸入磨煤机的干燥气干燥。升温炉送出的干燥气出口温度220～300℃，把较细的煤粉带入位于磨煤机上部的分离器。分离器把不合格的煤纷返回到磨盘上再次碾磨，细度合格的煤粉随干燥气经输送管进入布袋收尘器被收集，再经锁气器进入煤粉仓。

煤粉制备系统主要工艺装置和设备如下：原煤仓：A系列、B系列各一个；给煤机：A系列、B系列各一台，每台配有电子称、给料皮带速度变频器和闸板阀；磨煤机：A系列、B系列各配有一台型中速辊式磨煤机；热风炉烟气引风机：A系列、B系列各一台；烟气升温炉：A系列、B系列各配有一台烟气升温炉；增压风机：A系列、B系列各一台；袋式收粉器：A系列、B系列各一套；主排风机：A系列、B系列各一台；煤粉仓。

上述设备和各控制点由二台PLC采集与控制。

3.2.5 煤粉喷吹系统硬件及设备设计

煤粉喷吹系统主要工艺过程如下：在一个塔式结构的喷煤车间内装有三套喷吹系统，分别向3座高炉喷吹煤粉。喷吹系统包括了一个煤粉仓和每个喷吹系统的两个喷吹罐。煤粉制备车间制成的煤粉经布袋收粉器后，经锁气器进入煤粉仓。从煤粉仓(PCSB)送出的煤粉交替地加入各个喷吹罐，然后通过喷吹罐主管和分配器用气力将煤粉送进高炉风口。

喷吹罐自动进行加料和充压等，轮流连续不断地向高炉喷吹煤粉。喷吹罐的轮换程序是从喷吹罐1H1到喷吹罐1H2，然后再返回到1H1。当一个喷吹罐到达低位重量值时，控制系统将自动启动另一个喷吹罐。被启动的喷吹罐必须在正在喷吹的罐到达最小重量设定值之前已经装好煤粉，充好压，处在等待喷吹状态。最小重量设定值信号同时也在线设定在下一个罐上，以便能达到平稳地转换。

每个喷吹罐底部到流化锥体能帮助煤流稳定地沿着主管到分给各风口的分配器。

煤粉喷吹系统主要工艺装置和设备如下：喷吹罐装煤阀门控制；喷吹罐放散阀控制；充压控制；流化调节控制；二次风调节控制；管道防堵集中控制。

上述控制点由三台PLC采集与控制。

3.3 系统与应用软件设计

（1）硬件及操作系统要求

SIEMENS PLC相关设备(如上配置，CPU全部采用SIEMENS 315-2DP);
工控机（研华P4/256M DDR/40G/19″纯屏显示器）
操作系统WINDOWS 2000

（2）开发工具

SIEMENS STEP 7 V5.2;WINCC 5.1;SIMATIC NET V6.1

（3）应用软件

按工程中工艺要求编制相应的控制软件，主要实现以下功能：

● 制粉电气控制系统：设备连锁控制；给煤磨煤控制；升温炉燃烧控制；升温炉送风控制热烟气引风控制；收粉控制；磨煤机入口负压控制；磨煤机出口温度控制；工艺参数测量监视；操作数据设定；数据整理及传送；设备状态监视。

● 喷吹电气控制系统：喷吹罐自动加料控制；喷吹罐自动换罐控制；喷吹罐自动放散控制；喷吹罐加压控制；氮气温度和压力控制；工艺参数测量测量监视；设备安全连锁控制；数据整理及传送；设备状态监控；生产报表。

4 结束语

珠海粤裕丰项目中采用西门子CPU315-2DP的五台PLC及西门子交换机、网卡等采用Profibus协议进行网络通信，使用光纤传输技术，提高抗电磁干扰能力和满足高速、远距离传输数据；截止目前为止该项目系统稳定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的经济效果