高炉煤气干法除尘PCS7控制系统介绍

供稿| 申世武，周 芸，杨 春

高炉煤气干法除尘PCS7控制系统介绍

供稿| 申世武，周 芸，杨 春

内容导读

高炉干法除尘是在高温条件下进行的煤气净化技术，与湿法除尘相比，干法除尘可简化工艺系统，具有占地面少，无二次环境污染，无需对污水进行处理，生产运行费用低，合理利用煤气余热，提高煤气热效率，可配套建设高炉顶压发电设备。根据目前国内中、小型高炉已具有成功的生产运行经验以及干法除尘的优势等，本设计采用高炉煤气干法除尘工艺系统进行煤气精除尘。

干法除尘控制系统采用“仪电”一体化（即仪表、电气控制共用PLC和监控站）的德国Siemens公司的PCS7控制系统。控制系统采用CPU 414-4H PLC控制器、CP443工业以太网通讯处理器、CP1613通讯卡、I/O模块构成以及WINCC 6.2 SP2系统。主要完成对干法除尘系统的操作以及数据采集、处理、记录及报警，并且将监控画面的指令通过工业以太网传送给下位PLC。

控制系统硬件配置

PCS7控制系统CPU型号为6ES7 414-4HJ000AB0，组态软件采用STEP7软件包进行软件开发，操作和监视界面采用SIMATIC WinCC系统软件进行人机界面开发，用于编制干法除尘过程检测及控制流程图，实时显示工艺参数数据，监视设备运行状态。控制系统设置相应的温度、压力、压差、流量、含尘量等检测、记录、报警、连锁、控制等，主要包括净煤气流量、高炉炉顶压力、高炉炉顶温度、除尘器进出口温度、箱体出口含尘量、箱体进出口压差等重要工艺参数进行实时显示、记录、报表打印等。对主要阀门设置现场操作箱操作、操作室操作台操作以及操作室计算机集中控制等多种操作方式。在计算机上可实现设备故障报警，布袋破袋报警，布袋反吹压差控制，布袋反吹定时控制等等。控制系统硬件配置如图1所示。

图1 控制系统硬件配置

C1～ C3为机架，PS407为电源模板，CPU414-4H为CPU模板，CP443-1为工业以太网通讯模板，AI为模拟量输入模板，AO为模拟量输出模板，DI为数字量输入模板，DO为数字量输出模板，RI为热电阻输入模块，CP1613为安装在工控机内的通讯卡，具有双通道信号输入。Switch为工业交换机，现场总线为PROFIBUS-DP网络。控制系统设一个控制站（同时兼操作站）、一个操作站。系统操作设计算机自动、软手动两种方式。工业PC机采用美国DELL的高配置PC机。

控制系统I/O模块型号：开关量输入模块型号为6ES7321-1BL01-0AA0，开关量输出模块型号为6ES7322-1BH00-0AB0，模拟量输入模块型号为6ES7331-7KF02-0AB0，热电阻输入模块型号为6ES7331-7PF10-0AB0，模拟量输出点模块型号为6ES7332-5HF00-0AB0。PLC主站与远程I/O站之间的数据传递、信号联络采用MODBUS通讯协议进行数据通讯。PLC与现场设备、传动装置之间的通讯采用Profibus-DP现场总线。控制器与监控计算机人机接口（HMI）、编程器等设备之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网进行信息交换、远程编程以及在线监视。CP443通讯处理器实现PC与控制器之间的通讯。它采用工业Ethernet协议通讯，同时提供光纤接入的接口，可以方便的和外部交换数据。支持多种协议的通讯，工作稳定可靠。CP1613用于将PC机连接到工业以太网。它支持全双工/半双工连接，10/100Mbit/s通讯速率自检测。

仪表电气设计

由于高炉煤气干法除尘属于Ⅱ类防爆区域，所有仪表电气设备全部选用隔爆产品。仪表设计包括现场仪表选型、仪表柜设计和仪控PLC控制系统设计，仪表设计在选型上充分考虑其可靠性和先进性，选用的自动化仪表设备同时具备可靠、先进、完善、经济、实用，同时这些设备都带有总线通讯接口，为系统的升级和安全运行提供了可靠保证。电气设计内容包括电气PLC控制系统设计、低压配电柜设计、机旁操作箱设计以及操作室操作台控制设计等几个部分。电气控制、仪表控制和计算机控制采用“三电合一”，即电气控制、仪表控制、计算机全部采用一套PLC控制系统。低压配电部分设计有电源自动切换柜，保证了PLC控制系统电源系统的稳定可靠。为提高现场阀门控制和箱体控制的操作安全可靠以及减少控制系统带来的风险等，现场阀门和除尘箱体电气控制设计有机旁操作箱控制、操作台控制以及计算机操作控制“三地”控制模式，机旁操作箱控制和操作台控制都属于手动控制方式，计算机操作控制属于自动控制方式，在自动控制状态下，所有现场设备操作控制由计算机系统进行，机旁操作箱上和操作台上的按钮此时均不起作用。

PCS7系统软件

控制系统安装有STEP7 5.3基本编程软件、WINCC系统软件、WINCC运行软件包、CP1613通讯软件包。该组态软件可动态显示工艺流程图画面，历史曲线图、实时曲线图、电气仪表图和棒形图显示及实现各画面之间自由切换。主要完成脉冲反吹控制系统、温度控制、煤气含尘量检测报警、箱体过程检测系统、卸灰系统和外管系统的参数检测和报警。

PLC系统通过采集干法除尘生产过程中的各种工艺参数数据，并在操作画面上上进行实时显示、记录及报警，实时监测干法除尘相关的工艺参数和设备运行状态，并对系统采集的数据进行报表打印和事故报警打印，还可以进行历史数据、趋势图等参数查询。相关的数据以ACCESS数据库的格式存储，数据信息经交换机及防火墙后以Web形式发布给权限用户查看，以实现资源共享。高炉煤气干法除尘控制系统是实现高炉煤气干法除尘自动化的重要手段和方法，操作人员在计算机上输入相关工艺设定参数，向PLC系统传达控制指令，实现在操作室对干法除尘系统的控制与操作。

系统控制功能

采用计算机控制，极大的提高了生产效率，通过远程控制，节约生产时间，加快了生产节奏。干法除尘控制系统其主要控制功能有：箱体过程检测系统、布袋反吹控制系统、温度控制系统、卸灰系统等。自动化控制系统是工程最重要核心组成部分，该系统设备包括1个电源柜，2个PLC柜，1个在线监测柜，1个蝶阀控制柜，2个脉冲阀控制柜，8个机旁操作箱及各种检测设备等。

箱体过程检测系统项目包括：每个箱体的半净煤气、净煤气支管温度，氮气反吹气包压力并用压力表现场显示，布袋除尘器半净煤气总管、净煤气总管压差，布袋箱体进出口（半净煤气、净煤气支管）压差和布袋箱体出口净煤气支管、净煤气总管含尘量在线监测及超高报警，除尘器前后煤气温度，氮气储气罐压力，氮气减压阀后氮气压力和压缩空气总管压力，净煤气总管、氮气总管以及压缩空气总管压力、流量等。所有仪表检测信号送控制室计算机显示、记录及报警。

布袋反吹控制有定压差反吹控制和定时反吹控制两种方式。定压差反吹控制信号有两种，一种是以单个箱体进出口管压差值作为控制参数，压差设定范围在0～10kPa之间，当压差值到了设定值时，压差控制器输出压差接点信号，从来带动脉冲阀启动，实现单箱体定压差控制；另一种是以除尘器进出口总管压差作为控制参数，压差设定范围在0～10kPa之间，当压差值到了设定值时，压差控制器输出压差接点信号，从来带动脉冲阀启动，实现多个箱体定压差顺序控制。定时反吹控制按时间进行控制，定时控制时间可根据用户需要任意设定，从而实现在一定时间内连续顺序反吹。无论那种反吹控制都是由PLC控制系统自动完成，所有箱体按顺序依次完成启动反吹、过滤、停止反吹操作，用户也可以根据实际需要人工选择箱体进行反吹控制。

布袋除尘器对煤气温度有一定要求，要求进入箱体的半净煤气温度控制在80～260℃之间。高炉实际生产过程中，由于煤气温度较高，煤气不必考虑加热措施，也无须设降温措施。在事故状态下，如果煤气温度超高则需要采取炉顶喷水降温，使煤气温度控制在合理的范围；如果煤气温度过低，则需要采取炉顶煤气放散措施，让煤气直接从高炉炉顶进行紧急放散，不让煤气进入布袋，确保煤气干法除尘系统生产运行安全和布袋的长使用寿命。在实际生产运行过程中，高炉煤气的温度在100～200℃之间时除尘效果会比较好。温度太低会使除尘布袋寿命大大降低，如果低于80℃则容易发生水汽凝结现象，潮湿的煤气，使除尘布袋受潮，大量的高炉灰尘非常容易堆积在潮湿的布袋上进而堵住布袋的通气孔，从来降低除尘布袋的除尘能力，最终导致除尘布袋损坏。温度太高也会使除尘布袋寿命大打折扣，如果煤气温度高于260℃，除尘布袋长期在260℃以上的高温下运行，非常容易烧毁除尘布袋。为了延长除尘布袋的使用寿命，降低设备维护成本，建议将高炉炉顶温度控制在150～250℃，这样就可以将干法除尘箱体入口半净煤气温度应控制在100～200℃。

结束语

PCS7-400控制系统具有高度的可靠性和稳定性、友好的人机界面、 开放的结构、比较强大的控制功能、自诊断功能、易集成、规模灵活、紧凑等优点。该控制系统自投入以来，性能稳定、可靠性高、故障率低，为高炉生产提供了保障，达到了预期设计的效果。应用实践表明，净煤气含尘量控制在2.0～3.5mg/m3左右，为干法除尘机组运行提供了有效保障，该高炉干法除尘系统自2007年5月投运至今，整个工艺系统运行平稳，控制精度高，操作强度低，故障率低，达到了节能降耗、生产稳定、操作简单的目的。

[1] 李长连.干法除尘在高炉上的运用. 冶金动力.2010 (1)：28-29

[2] 李明,王岚潇. SIMATIC S7-400在100吨转炉自动化系统中的应.自动化博览.2009,9(9)：32-34

Introduction of PCS7 Control System in Blast Furnace Gas Dry Dust

SHEN Shi-wu, ZHOU Yun, YANG Chun

book=75,ebook=59

广西华锐钢铁工程设计咨询有限公司，广西 柳州 545002

申世武，(1978—),男,贵州金沙县人，工程师，学士学位，主要从事DCS、PLC、自动化、智能仪器仪表应用。