安钢七米焦炉及煤气净化回收综合智能管理控制系统

李凯

摘要：鉴于七米焦炉及煤气净化回收生产工艺复杂，自动化要求很高，控制过程中需实现设备联锁控制、智能算法和控制理论等。该系统将焦化各工段基础自动化系统、远程I/O站及设备控制站等通过PROFIBUS-DP网和百兆光纤环网进行集成，建立覆盖全厂各个监控系统的生产管理信息网络，建立以企业调度为中心，通过智能优化管理模块，为调度员提供优化控制的辅助决策功能，使企业提高生产管理水平，并通过优化控制实现节能降耗、提高产品产量和质量的目标。

关键词：智能管理 S7-400冗余 自动化

安钢七米焦炉及煤气净化回收综合智能管理控制系统项目属于安钢集团公司重要的技改项目之一，该项目以七米焦炉为主体，该焦炉为JNX70-2型，由中冶焦耐技术工程公司设计，其结构为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷、高炉煤气侧入的复热式下调焦炉，是当今世界上先进的成熟的焦炭生产技术，它具有对原燃料适应性强，产品质量好和生产成本低等特点。

1 设计开发部分

1.1 自动化控制系统概述。该自动化控制系统采用西门子公司S7-400系列冗余PLC控制系统，共包括8个控制系统，即焦炉加热控制系统，冷凝鼓风控制系统，煤气回收粗苯硫铵控制系统，煤气回收辅助工艺控制系统，焦炉装煤出焦除尘控制系统，运焦筛焦控制系统，筛焦除尘控制系统，脱硫控制系统。8个控制站功能上相互独立，各自负责完成本区域内所有控制功能。在控制级预留与自带PLC设备成套系统通讯的接口。远程站、变频器、仪表等都可通过工业以太网或Profibus-DP协议与控制器进行通讯和数据传输。集中控制室中控室综合智能管理系统完成所有生产工序的集中监视、控制和管理。实现集中管理分散控制的企业管理模式，实现所有数据共享的管理模式。S7-400系列是西门子公司先进的计算机软、硬件技术，面向所有过程控制应用的先进过程控制系统。操作方便、功能齐全、组合自由、网络开放、数据标准、兼容性强、覆盖面广是该控制系统的优点。

1.2 控制系统设计的特点。①控制系统之间采用环形工业以太网进行数据通讯，传输节点采用工业以太网交换机，传输介质为光缆，其优点是传输速率快，抗干扰能力强，传输速率最大可达100M/s。预留与上一级网络的传输接口，使生产数据能及时上传。②控制系统开放性好。系统硬件、软件采用了通用的工业标准，使系统能与多个供货商的设备接口。③控制系统电控和仪控使用同一种控制器，使用户能更有效地利用系统资源。

2 控制系统选型方案

通过论证结合焦炭生产特点，参考其他同行企业先进的经验，确定控制系统采用目前国内先进焦化厂使用较多、性能稳定控制功能强大的西门子公司S7-400系列冗余PLC控制系统。根据各个控制站控制功能要求，焦炉加热控制系统，冷凝鼓风控制系统，煤气回收粗苯硫铵控制系统，煤气回收辅助工艺控制系统，脱硫控制系统，运焦筛焦控制系统六大控制系统均采用414-4-2HCPU的冗余PLC自动化系统。焦炉装煤出焦除尘、筛焦除尘煤粉制备两个系统采用315-2CPU的PLC自动化系统。数字量输入/输出模块采用16点24VAC模块。模拟量输入/输出模块采用8点模块。所有数字量输出信号均采用继电器隔离，对于两线制4-20mA输入信号采用配电器供电，同时起信号隔离作用。安装在控制柜内。控制系统采用不间断电源（UPS电源）供电，UPS电源具备旁路功能，并配置旁路隔离变压器。UPS电源配备后备电池，电池后备时间30分钟。对于需要直流电源的系统设备，在机柜内提供电源变换器。每套PLC控制系统I/O站通过PROFIBUS-DP网络与CPU组成完整的控制系统。整个生产区共8套PLC通过百兆光纤双环网组成管理控制系统，交换机采用N-TRON公司系列交换机，其中管理交换机设在中控室，完成对8套PLC控制系统数据交换，并通过单机版形式与中控室计算机完成生产控制。操作员站及工程师站均采用了DIGGCOM主流配置工控机，显示器采用22寸液晶显示器，保证完成强大的控制功能。

3 S7-400控制系统功能简介

3.1 硬件配置部分。焦炉加热控制系统，冷凝鼓风控制系统，煤气回收粗苯硫铵控制系统，煤气回收辅助工艺控制系统，脱硫控制系统，运焦筛焦控制系统六大控制系统均采用414-4-2HCPU的冗余PLC自动化系统。焦炉装煤出焦除尘、筛焦除尘煤粉制备两个系统采用315-2CPU的PLC自动化系统。系统远程站、现场仪表均通过三级开放网络Profibus-dp、Ethernet/IP构成分布式控制系统。

3.2 软件配置部分。工控机以Windows XP Professional SP3中文版系统作为支撑平台。西门子公司的STEP7作为下位机控制软件和WINCC软件开发上位机监控软件。除可以完成一般性监控软件可以完成的功能外，又可以通过加入各种控件脚本编程完成更加复杂的功能，并通过OPC协议，实现各种数据的管理。

為了使操作人员及时地掌握整个计算机控制系统运行情况，准确地控制系统平稳运行，方便操作，本系统需建立各类监控显示画面，主要包括工艺生产过程总貌画面、设备控制画面、参数表画面、趋势画面、报表画面、联锁控制以及报警显示等画面。

4 结论

安钢七米焦炉及煤气净化回收综合智能管理控制系统应用以来，技术先进，自动化水平高，操作简便，运行稳定可靠，经济效益显著，社会效益和经济效益均明显，在同行业中处于领先水平，具有推广价值。

参考文献：

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[2]张炳玉，金蝶翔.焦炉煤气净化工艺评述[J].包钢科技，2001（02）.

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