天铁高炉除尘系统的烟气分析系统及其PLC控制

崔立亮

（天津天铁冶金集团有限公司炼铁厂，河北涉县056404）

0 引言

为满足我国日益严格的烟气监测要求，强化环保意识，炼铁厂高炉区域在原有的基础上又新增加了5套在线监测烟气分析系统，分别安装在1#～4#高炉出铁场和沟下栈桥等处，实现数据实时动态传输，满足国家环保要求。

1 设备现状

1#～4#高炉原有在线监测采用北京雪迪龙公司的烟气监测设备，现场检测数据存在丢失、不准确，通讯电缆连接找不到终端设备等现象，定期标定的气体、压缩空气导管易出现堵塞，无法完成标定，从而导致上传数据失真。为符合国家环保局的要求，满足企业正常生产，炼铁厂新配备了CEMS-200烟气分析系统，并将其安装到高炉、槽下等现场各个平台处。

2 CEMS-200烟气分析系统概述

2.1 系统特点

（1）可靠性高，该气体分析仪采用疝灯光源，寿命能达到10年左右。粉尘检测仪采用一体化设计结构，结构紧凑、可靠性性能高。

（2）检修维护方便，成本较低，设备探头采用一体化过滤器，过滤效果好，反吹效率高，探头使用寿命长。气体分析仪中光源、气体室和光谱仪之间采用光纤连接，维护更换简单。

（3）测量的准确率高，具有自动校准功能，可自动纠正零点偏差，校准周期可灵活调整；气体分析仪原理是采用紫外差分光学吸收光谱技术，有效解决了水、粉尘、烟气等对测量数据准确的影响。

（4）带远程监控和诊断功能，采用GPRS技术，实现了设备的远程监控、诊断，也能实现远程维护，方便检修操作。

2.2 系统组成

CEMS-200全程高温伴热法系统由气态污染物（SO2、NOx、O2、HCL、HF 等）现场监测子系统、高炉烟尘颗粒物监测子系统、高炉烟气参数监测子系统以及数据采集与子系统组成。

2.3 工作原理

CESM-2000全程高温伴热法系统预处理的流程如图1所示。高炉产生的烟气经过高温采样探头以及伴热管到达高温气体室，测量池放在加热容器中，使采样过程中的烟气一直处于高温状态，因此没有冷凝水析出，SO2、NOx等水溶性气体也就不会有丢失，从而保证了设备不受酸性溶液的腐蚀，以及测量结果的准确度。前面板上的温控表，我们根据现场高炉的实际情况给采样探头，伴热管和加热盒分别设定不同的温度。整个测量完成后，烟气通过排空管排空。

烟尘粉尘监测子系统采用LDM-100激光后散射烟尘仪，利用激光后散射原理测量高炉烟气粉尘的实际浓度。烟气粉尘参数监测子系统主要包括高炉烟气的流速、管道取口采样的温度压力、湿度等测量，烟气流速采用差压变送器进行测量，通过现场测量高炉烟气流动中的全压和静压，最后换算得到烟气流速。

图1 CESM-2000全程高温伴热法系统采样流程

数据采集与处理子系统包括高端一体化工作站、监控软件、DCS接口模块等。SC-100控制箱安装在高炉现场管道平台上，监测设备均由SC-100进行持续供电，同时SC-100兼有接受所有设备的输出信号，信号通过设备内部的处理单元转换为RJ485与工控机进行通讯，工控机与检测软件汇总需要的气体浓度，取数时间，5 min或15 min，时间可调，操作人员点击可生成报表，存储备份数据，以及上传当地的环保部门。

3 烟气在线系统与PLC控制

烟气在线监测系统实时上传数据，超标时会有报警，曲线分析，没有声音报警，由于操作人员不能一直看守计算机屏幕，所以会出现超标时未及时看到，造成数据上传时无法及时通知检修人员检修，从而影响高炉正常生产。为解决这一问题，利用现有的GE产品RX3I系列PLC控制系统，采用并行输出模拟量值到PLC模板，通过程序控制，实现声音报警。

3.1 烟气在线系统与PLC的连接

炼铁厂高炉生产系统采用GE公司的PLC设备，现场烟气采集模块并联输出信号到GE模拟量模板，通过ME可编程控制程序进行换算，设定报警值，出铁场粉尘颗粒浓度大于5 umol/mol，槽下粉尘颗粒物浓度大于10 umol/mol，系统输出报警，蜂鸣报警器响。5个除尘站点通过PLC程序通讯，以1高炉为例，1#高炉除尘系统分别与其他4个站点PLC建立软件通讯，读取寄存器数值到本地PLC设备，本地PLC设定报警值，输出中间节点M线圈，中间节点线圈输出到Q点继电器得电，蜂鸣报警器响。在监控图中，显示哪一个粉尘颗粒物超标，超标的具体数值都能看到，数据准确，方便操作工检查及时通知检修人员检修，避免数据长时间超标，降低了生产故障率。

3.2 可编程程序控制

GE公司的PLC模拟量输入模板采集现场烟气集线箱模块上的输出4～2 0MA信号，进入PLC模拟量模板，使用可编程控制软件ME 7.0，硬件配置添加模拟量输入模板IC693ALG221，设置开始地址，然后编写程序，算法是AI值对应4～20 MA，对应量程 0～50 umol/mol，对应 0～32 000 个数据点，即32 000除以最大量程算出系数，乘以现场进来的AI值得到实际颗粒物浓度或烟气浓度，存入寄存器R值，R值进行上限比较，当R值大于上限输出报警中间寄存器M点，M得电则输出到Q点，继电器得电，声音报警，蜂鸣响。

R值寄存器与下限比较，下限设定为0.1，当小于0.1时，延时时间大于5 min，延时报警，监控画面显示检修或通讯未建立连接，蜂鸣响，操作人员及时联系检修人员处理故障，并上报上级主管部门，声音报警器可消音处理。

高炉现场5个除尘站点都集中在一个操作室操作，需要一个PLC与其他4个PLC分别建立通讯系统，使用通讯请求指令COMMREQ，块移动指令BLKMOV配合完成，读取数据2003，写入数据2004，读取哪个PLC时，就写入相应的PLC的IP地址，本地寄存器地址是指存放读取的数据的首地址，远程寄存器地址是指从那个地址开始读取数据，读取的数据类型为寄存器值时，则INT写入8，数据长度可根据使用情况自定义，Enable使能控制，使用1S控制，初始值为0，1S完成由0到1的跳变，使能接通，执行后续指令，完成通讯请求指令。

当一个PLC同时与4个PLC通讯时，出现延误报警或误报的现象，修改程序，添加周期扫面，扫面时间为质数 3、5、7、9 ms，一高炉 PLC 与二高炉通讯时开点得电，与其他PLC通讯的闭点得电，一次只于一个PLC通讯，循环扫面45 ms为一个周期，网络不会出现堵塞，保证通讯畅通，不丢数据。程序控制见图2。

3.3 监控制作

图2 程序控制图

监控组态软件采用Cimplicity hmi 6.1版本，Cimplicity 6.1组态软件是美国通用公司开发的，主要用于快速构造和生成计算机监控画面系统的组态软件。

在现有的工程项目PRJECT中，添加新点，定义别名，例如M点，定义为布尔型，R寄存器为浮点型，然后写入实际地址，%r%m，定义元素个数，数据源等参数配置，完成点的建立。图形的编译，输入文本框，写入汉字颗粒物值，在text文本框下方连接点选择刚新建的对应的点，这样完成颗粒物的实际数值显示，报警画面在工程图形编辑对话窗中的标签栏visble是否可见一项写入表达式，M=1时，图形显示，显示颗粒物超标，汉字闪烁红黑交替显示，M=0时，不显示报警，画面正常。

在历史趋势中，添加数据表、定义点，表属性中定义扫描时间3 min，取数间隔1 min，取数时间设定的越小，曲线显示越平滑，曲线是由取数的点形成的曲线，根据需要可以调节数值，数据保存时间为一周一删除，数据库文件比较大，工控机不能满足数据库的要求，所以定期要删除，否则会将磁盘写满，造成工控机无法运行。曲线的XY轴自定义，栅格划分，曲线画线的方向可以是从右向左随时间轴向前滚动，也可以是从左向右方向滚动，一般采用自右向左方向，数据比较全面，同时看到上一时段的数据。数据更新时间设定0.1s，不可为0，否则无曲线显示，来源一定要选择正在启动的工程。

4 结束语

烟气分析系统符合国家环保局要求，我们在此基础上，使用GE公司PLC添加了声音报警系统，解决了操作员不能及时观察烟气数据，出线超标时未能及时处理造成的生产故障。该系统保证了上传数据的真实准确，为高炉正常生产奠定了坚实的基础。