DCS系统在煤气环缝洗涤中的应用

　　摘 要：宣钢动力厂对煤气洗涤系统实施DCS技术控制取代原采用的一文二文过滤煤气设置，对系统的稳定性、安全性有很明显的改善。
　　关键词：DCS控制 硬件 SIMATIC S7-400H系列 软件 上位控制软件采用Wincc和下位编程软件采用PCS7
　　中图分类号：TF8文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0060-02
　　动力厂煤气环缝洗涤系统主要负责将宣钢9#大高炉产生的荒煤气经过环缝洗涤处理后进入净煤气管道，再经过减压后送给低压煤气用户。在这次的9#高炉的配套工程中，煤气清洗采用了德国卢森堡PW公司的环缝自动调节系统，其中自控系统采用西门子公司的分散分布式控制系统（DCS），该系统为一个开放的、规模可扩展的、分散式控制系统，很好的满足了环缝洗涤系统的各种联锁及控制要求。
　　环缝煤气洗涤自动控制系统选用西门子公司的DCS系列可编程序控制器，完成数据采集、存储、过程调节、逻辑控制及保护等功能。
　　1 控制方案
　　1.1 S7-400H PLC系统的选择
　　原有煤气洗涤系统采用一文二文过滤煤气洗涤，控制系统采用S7-300控制系统，采用的是单控制系统。而9#高炉煤气洗涤采用环缝自动调节系统，采用SIMATICS7-400H冗余控制系统，所谓H（高可靠性）系统，就是通过将发生中断的单元自动切换到备用单元的方法实现系统的不中断工作，H系统通过部件的冗余实现系统的高可靠性，S7-400H是西门子提供的最新冗余PLC，大大加大了控制系统的安全性和可靠性。
　　1.2 系统硬件配置
　　PS：PS407.10A（数量2）。
　　CPU：CPU 417-4H（数量2）。
　　通讯模块：SM 421（数量2）。
　　SM 422（数量2）。
　　1.3 系统软件构成
　　下位机：下位编程软件采用PCS7。
　　上位机：上位控制软件采用Wincc。
　　1.4 系统功能
　　（1）使用西门子可编程控制器构成自动控制系统。煤气环缝洗涤自控系统将要完成以下主要功能：①实现所要求的各水位、温度、压力等参数的采集和生产工艺流程的自动控制。②进行液压泵和循环水泵的手自动启停工作。③完成大型阀组的自动控制功能。
　　（2）使用PCS7软件进行程序设计和上位操作画面的设计，设计完成以下功能：①工艺曲线图形化管理与操作，自动监测过程记录曲线，历史趋势的显示。②记录文件长期保存。③报警事件自动记录，报警系统的主要参数的自动打印。④报表的自动生成等等功能。
　　（3）设计为冗余操作站，所有的参数都在操作站上显示，可以进行微机操作和现场手动操作的切换。
　　（4）在环缝现场的PCC现场控制盘中，设有环缝调节、预洗段液位调节和洗涤段液位调节的现场操作开关，可以和微机相互配合，在某一系统失灵的紧急情况下，运用另一系统对其进行操作，保证三套重要调节阀的正确动作。
　　（5）环缝系统通过液压泵驱动工作，通过液压阀台的比例阀控制环缝的开关动作，液压泵系统的手自动控制、根据压力进行泵自动起停控制是相当重要的。
　　1.5 系统安全性的设计
　　系统设计了两级权限，维护人员可以登录后对下位程序进行修改和维护，而环缝设定值和差压值则由运行人员根据高炉运行情况在计算机上进行随时修改。
　　2 工作原理
　　2.1 环缝煤气洗涤自动调节
　　在现场设有控制阀台，控制环缝的自动动作。阀台包括三种操作模式：（1）通过比例阀自动遥控模式。（2）电磁阀开关手动遥控模式。（3）电磁阀开/关和锁/开现场手动模式。在自动模式中，比例阀通过与顶压管理器相连的现场管理器操作或来自现场控制柜的维持效果的工具。在锁定状态下三个容器阀（前面一个，后连两个比例阀）被堵塞，这样可以自动避免在压力泵出现故障时油的泄漏。另一方面通过调节比例阀，使系统油压趋于正常。并且在开锁状态下，容器阀可以互相转换。这可以通过打开/锁定电磁阀来实现调节通过比例阀到液压阀的油速通过环缝的自动动作，来完成对高炉顶压的自动调节功能，保证高炉顶压的稳定。
　　环缝动作是通过液压油的驱动，在环缝现场设有液压站，液压站内共有两台液压泵，一备一用。在液压站内，设有现场操作盘，操作盘按钮有“自动-手动；开启液压系统；紧急停止；亮度测试；接受报警；液压系统启动；”指示灯有“液压系统启动；液压系统停止”。现场级别优先。液压泵由压力控制轴向活塞泵组成，通过自动控制程序设计，要求在整个系统中泵保持185巴的恒压。在液压阀台内有5套球囊型蓄能器，每个瓶的容积为50L。独立的每套蓄能器装有安全易调的活塞，在压力过高时可以排放到油箱中。蓄能器内填充90巴的氮气。如果压力泵出现故障，则由蓄能器向紧急驱动装置输送油，保证环缝正常运行。
　　环缝系统包括两台循环提升水泵，主要功能是将环缝预洗段洗涤后的水循环后再打到洗涤塔里，再对洗涤段的煤气进行清洗，这样可以在一定程度上节约水资源，由控制系统对提升泵的起停进行自控控制，包括水系统的各种连锁停机功能，有效的保护了提升泵。
　　2.2 环缝控制系统采用冗余硬件配置
　　（1）西门子DCS系统采用双冗余控制系统-SIMATIC S7-400H系统，大大加强了系统稳定性，以单机操作的系数为1，那么安装与H-RACK机架上（2×9槽，中间物理分隔）的H（高可靠性）系统可靠性提高57倍。
　　另外，操作员站也是采用两个上位机显示，网络通讯也采用双网卡，充分保证了系统的运行可靠性。
　　（2）S7-400H系统的冗余结构确保了任何时候的系统可靠性，例如所有的重要部件都是冗余配置。这包括了冗余的CPU、供电模件和用于冗余CPU通信的同步模块。根据特定的自动化控制过程需要，还可以配置冗余客户服务器、冗余通讯介质、冗余接口模件IM153-2等。
　　（3）S7-400H系统亮点。
　　①平滑的主从切换。
　　②自动事件同步。
　　③集成的错误识别和错误定位功能。
　　④操作期间可对系统进行修改。
　　⑤类似标准CPU的在线编程。
　　⑥下载程序时，只考虑单个CPU，程序可自动拷贝到另一个CPU中。
　　⑦CPU修复后自动再进入。
　　⑧运行中所有部件可更换。
　　2.3 技术关键
　　（1）环缝自动控制是环缝洗涤的关键所在，通过控制环缝的开度来保证高炉顶压在正常范围内。在TRT正常运行的情况下，环缝只负责控制环缝差压在35kpa，在TRT紧急停机或运行不稳定的情况下，岗位工需要及时的转变为控制高炉顶压。在以前的程序设计中，在每次切换的时候，操作需要先将自动转化为手动，在面板中将内部给定转换为外部给定，点击顶压调节，同时慢开DN1600阀，等到稳定后再将手动转换为自动，繁琐的操作导致岗位工容易出现差错，导致严重的后果。因此，我们修改了下位机、上位机的程序，在上位机点击顶压调节，下位机程序中即把外部调节转换为内部调节。改造后，只需要将差压转化为顶压，同时慢开DN1600阀就行了。这样大大方便了岗位工操作，也加强了系统运行的安全性和稳定性。
　　（2）DN1600调节阀和DN800快开阀在最初设计时没有阀位反馈，操作工无法正确的看到DN1600调节阀和DN800快开阀的开度，使工作强度加大，操作安全性降低，我们为其增加了阀位反馈，使岗位工可以清楚的知道阀的开度，保证了安全生产，降低了岗位工工作强度。DN1600调节阀和800快开阀在最初设计时都是手动开关阀位，这样在紧急的情况下就显得很不适宜，高炉顶压一下憋得很高，手动开DN1600调节阀操作总是很紧张，而且如果反映失误的话，也许应该开DN1600调节阀，反而关了DN1600调节阀，这样导致高炉顶压更高了，必将导致非常严重的后果，所以为了消除这个安全隐患，我们将DN1600调节阀和DN800快开阀的程序更改为可以投用自动，根据工艺需要自动开关阀位，减轻了操作工的工作强度，提高了系统的稳定性。
　　（3）S7-400H系统之中的PID功能块根据高炉顶压自动调节环缝开度，通过调试过程中反复调整比例系数、积分时间，最终达到的环缝开度能准确、快速的跟踪高炉煤气因为流量变化而压力的突然升高或降低，及时开关环缝，稳定管道压力、减少浪费。
　　3 运行效果
　　该系统自投运至今一直运行稳定，提高了煤气的洗涤效果，提高了控制水平，彻底解决了旧洗涤自动控制存在的问题，减轻了操作人员的劳动强度，减少了维护的难度，取得了良好的效