自动化技术在焦炉除尘系统中的应用

吴君华

（华菱涟钢信息自动化中心，湖南 娄底 417009）

随着经济的发展，焦炭的需求量在不断的增加，然而国家对环保的要求越来越高，粉尘的排放指标相应的也越来越苛刻，所以对焦炉烟尘排放提出了更高要求。在涟钢3#焦炉除尘系统中，由于对处理能力、除尘效率、工作稳定可靠性提出了较高的要求，我们采用了西门子S7-300系列PLC自动化控制系统进行在线监测与控制。此系统自动化程度高，管理方便，运行可靠，故障率低，维护简便，为焦炉除尘的稳定运行提供了可靠的技术保证。

1 焦炉除尘工艺

除尘系统是由除尘风机提供动力，将焦炉装煤与出焦时产生的烟气，通过管道吸入阻火型脉冲袋式除尘器中，再通过双层排灰阀排入灰尘管道，由离心风机抽入储灰仓，加湿后排出。

1.1 除尘主要设备描述

（1）除尘风机：在焦炉装煤或出焦时启动高速运行，将烟尘吸入阻火型脉冲袋式除尘器中，过滤烟尘后排出气体；

（2）阻火型脉冲袋式除尘器：收集烟气中的灰尘并反吹，使得灰尘暂时存储在除尘器的灰斗中；

（3）离线阀：当除尘器反吹时关闭离线阀，阻止除尘风机对除尘器的吸力，提高反吹效果；

（4）仓壁振动器：将除尘器布袋上的灰尘振落至除尘器灰斗中；

（5）电磁脉冲阀：将除尘器中的灰尘反吹掉落至除尘器灰斗中；

（6）双层排灰阀：将除尘器灰斗中的灰尘排入排灰管道；

（7）离心风机：将排灰管道中的灰尘吸入储灰仓中，由加湿机加湿后排出；

（8）掺冷风阀：防止布袋温度过高，前烟气温度过高时，自动开阀；

（9）液压快速切断阀：安装于装煤除尘管道，风机启动时自动开，停止时自动关；

1.2 主要控制工艺

主要控制工艺流程如图1所示。

图1 主要控制工艺流程图

2 焦炉除尘控制系统

2.1 系统特点

本系统是实现对整个焦炉除尘设备的联锁控制、实时数据的采集与分析、过程与设备状态的监控与报警、过程趋势数据的采集与处理、报表打印、画面显示等。我们根据工艺对控制系统的要求，选择了性价比较好的西门子S7-300系列PLC组成控制系统。S7-300系列PLC主要具有以下特点：

（1）运算速度快，循环周期短，逻辑指令执行时间最快可达0.05 μs。

（2）编程功能强。可以用于复杂功能的编程与控制，可以采用STEP7或STEP7-Lite编程软件，利用多种编程语言进行编程。

（3）通讯功能强。S7-300系列的CPU模块至少带有一个标准的RS-485/422串行通讯接口，可以支持MPI多点通信。

（4）扩展性好。S7-300PLC不仅具有众多的开关量I/O扩展模块，而且还具有众多的特殊功能模块可以供用户选择，大大提高了PLC的控制性能。

2.2 硬件与通讯

本系统采用了西门子S7-300系列PLC作为控制系统，通讯网络采用Siemens公司的PROFIBUS DP总线（网络通讯速率选择1.5 MB/s）。主要由一个控制主站以及三个远程站组成，两台上位机通过以太网交换机与控制主站进行通讯（网络通讯速率100 MB/s）。系统配置图如图2所示。

图2 系统配置图

2.3 软件设计

焦炉除尘控制系统分为：控制部分、数据采集、数据通讯、设备运行曲线以及操作记录。

（1）控制部分为软件主程序，主要执行系统数字量信号的逻辑关系处理，以及对模拟量信号的分析与控制。

（2）数据采集部分主要将设备温度、压力、振动、启停状态、开关状态以及灰仓料位等数据进行采集，给主程序提供必要的数据依据，来实现对设备的自动控制，同时完成各类参数的实时数据显示。

（3）数据通讯部分主要通过PROFIBUS DP总线来控制各个从站设备与主站的系统协调性。

（4）设备运行曲线以及操作记录，主要是完成对数据的归档以及对操作记录的存档。

2.4 系统的实现

焦炉除尘系统具有全自动控制、半自动控制、集中手动控制以及现场手动控制共4种控制方式，4种方式可以由操作人员根据生产或检修的需要进行切换。

（1）全自动控制。是除尘系统的主要运行方式，当所有设备都处在正常状态时，操作人员只有点击“系统启动”按钮，所有设备将根据预先设定好的启停顺序自动运行；

（2）半自动控制。本系统分为排灰与清灰两个子系统，如果不需要所有设备都运行，可以单独启停排灰或清灰系统，相应设备也按预先设定好的启停顺序自动运行；

（3）集中手动控制。在设备无故障前提下，可以在控制室对任何一台设备进行单一的手动启停动作；

（4）现场手动控制。在现场就地操作时的启停方式，仅作为调试或检修手段。

当除尘过程中某一设备出现故障时，故障点来尘方向的所有设备立即停止，故障点去尘方向的设备保持运行状态不变，待维修人员确定并解除故障后，由操作人员重新启动已停止的设备。紧急情况时，可点击“紧急停止”按钮，所有运行中的设备都将立即停止运行，待设备恢复正常后，点击“故障复位”按钮，系统又可正常启动。

2.5 主要人机界面设计

系统主画面如图3，操作画面如图4。

图3 系统主画面图

图4 操作画面图

3 结束语

在满足生产需要的同时，采用成本相对较合理的自动控制系统，是企业所追求的低投资高回报的价值取向。设备运行的稳定性，模块化结构，可扩展性，程序在线式修改，维护量少，是此系统运行准确性与可靠性的保障。清晰简洁的画面，交互式的人机对话，简单方便的操作方式，降低了操作人员的操作难度，在线式的故障诊断，减少了维护人员的工作量，同时也提高了工作效率，缩短了设备故障时间，为企业带来了经济效益的增长。

[1]胡 敏.深入浅出西门子S7-300 PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2]蒋 辉，王 鑫.西门子PLC在输煤上的应用[J].PLC&FA， 2009，（11）:45.