白灰回转窑喷煤自动化系统改造

郝莉 李泽光 靳谊 李翠玲

(安阳钢铁股份有限公司)

白灰回转窑喷煤自动化系统改造

郝莉 李泽光 靳谊 李翠玲

(安阳钢铁股份有限公司)

针对白灰回转窑原有喷煤自动化控制系统存在的问题进行分析，提出了改造方案。通过改造，完善了系统

的联锁保护，大大降低了事故率，满足了生产的要求，取得了较好的经济效益。

喷煤 自动化系统 联锁

0 前言

安钢冶金炉料公司现有二条白灰回转窑生产线，其原有喷煤系统自动化程度低，安全生产无法保障，导致了严重的设备事故的频繁发生，一度成了制约白灰产量的最大难题。为了从根本上解决难题，对其喷煤的自动化控制系统进行改造，实现安全生产联锁，取得了良好的控制效果。

1 原有系统运行状况

回转窑原有喷煤自动化控制系统采用SIEMENS的S7－300 CPU315－2DP作为主站，工业过程监控上位机采用西门子组态软件WinCC 6.0，配置SIEMENS标准以太网模块CP343－1，利用工业以太网基本网络架构，采用标准TCP/IP协议与控制管理层操作员站及工程师站进行通讯。同时，采用PROFIBUS DP通讯标准与现场I/O站ET200M进行通讯。控制系统分为热风炉、制粉、喷吹三个互为独立的控制系统，系统之间缺乏必要联锁保护，在安全生产上存在隐患。其基本功能如图1所示。

图1 系统基本功能框图

1.1 热风炉系统

该系统配置一台SIEMENS的S7－200 CPU214作为热风炉独立系统。现场操作圆盘进行数据的设定及调整，与喷吹及制粉系统没有设立通信接口，无法进行中控。出现灭火或温度过高过低现象时，只能由操作工现场重新点火或在操作圆盘进行操作，降低了生产效率，由于与喷吹系统无安全连锁，造成故障时无法正常停车而引起的火灾及爆炸。

1.2 制粉系统

制粉系统的稀油润滑站为电器继电器回路控制，其油泵只是与油温、油位、油压采用继电器联锁，重要参数没有进入中控与磨煤机进行必要的联锁控制，润滑油温过高而导致减速箱损坏。

1.3 喷吹系统

喷吹系统的主要设备已经进入了中控进行远程集中操作，但其重要设备的电流、转速只是在仪表上显示，无法实时的分析重要设备的工作状况。

在喷煤系统中尤为重要的是安全生产，由于煤粉易燃易爆，CO和氧气的浓度需要控制在一定的范围内，及时有效地补充氮气是是颇有良效的方法，该系统采用手动阀门充氮，经常造成煤粉仓由于氧气、CO浓度过高引起的煤粉燃烧。

根据以上分析，系统存在的问题主要是安全生产隐患，应从提高生产的自动化程度入手，增加重要生产设备之间的连锁，打造自动化安全生产平台。

2 改造方案及实施

基于安全生产的目的，利用系统的基本网络架构——以太网及PROFIBUS－DP网，与热风炉系统及制粉系统建立联系，并引入中控，最终实现安全生产连锁。通过对原系统存在的问题进行分析，提出了改造方案及具体实施如下:

2.1 建立自动充氮模式，提高安全操作系数

在喷煤的重要关键部位安装电动控制阀门，将其开、关信号线引入中控PLC，分配四个电动控制阀门的输入输出地址，在STEP7的控制程序中，建立电动控制阀门自定义功能块FB201，对电动控制阀门的自动、手动控制进行编程，将阀门的自动控制与一氧化炭和氧气分析仪的数据进行连锁，建立一氧化碳和氮气的报警浓度设定值变量CO_HHSETUP及O2_HHSETUP，并在WINCC6.0监控画面上建立输入窗口，根据工艺需求设定一氧化碳及氢气的安全阀值，自动进行充氮，从根本上杜绝了煤粉燃烧爆炸事故的产生。

表1 电动控制阀门的自定义功能块变量分配

2.2 搭建热风炉与中控以太网通讯，集中调节风温

利用中控站的以太网结构，在热风炉新增CP243－1模板，建立S7200与S7300客户与服务器通信机制，分配IP地址，在STEP7编程软件中配置热风炉S7200的PLC站点为通信的客户端(CLIENT)，分配V数据利用系统功能块ETH0_CTRL及ETH0_XFR，将热风炉的重要参数:热风炉温度、入口风温的PID控制及热风炉点火状态通讯至中控;配置中控S7300的PLC站点为通信的服务器端(SERVER)，读取热风炉S7200的客户端的通讯数据，根据所传数据的状态远程控制热风炉的点火及升、降温，使热风炉操作变得简便有效，大大降低了劳动强度，提高了热风炉的燃烧热值及热风炉的生产安全性。

表2 热风炉与中控PLC的CLIENT/SERVER通讯参数

2.3 设立稀油润滑站分站，实现中控

增加稀油站ET200M分站，利用PROFIBUSDP网络与中控S7300的PLC站点建立通讯。把稀油润滑站的两个油泵控制从机旁手动的继电器控制模式改为远程/就地PLC控制模式，将其控制信号引入中控PLC。在STEP7中，建立油泵自定义控制功能块FB202，设立油泵A、B泵自动启泵、按时间、油位、油压自动切换泵组。增加减速机轴温检测，与稀油站的油温、油压、油位与磨煤机的运行进行连锁控制。大大提高了核心设备磨煤机的运行安全。

2.4 构建重要设备参数实时监控，完善监控系统

从现场投用的情况着手，对系统的重要参数重新进行了重新定位，建立了重要设备实时监控系统。将磨煤机、罗茨风机、引风机的电流、转速、故障信号引入了中控，在监控画面内设定报警值，增加了声光报警及历史数据记录，便于维修人员查找故障，提高了处理故障的效率。将密封皮带机的转速、热风电动阀门、冷风电动阀门及引风机的电动阀门的控制由手动控制引入中控PLC，采用PID控制，根据煤量设定自动调节密封皮带机的转速，根据热风温度设定自动调节热风电动阀门及冷风电动阀门的开度及引风机的电动阀门的开度，改变了以往的手动调节转速及阀门开度的方式，提高了控制精确度，从根本上杜绝了磨煤机堵煤及热风温度变化频率快的疑难问题。改造后的网络如图2所示。

3 改造后效果

通过对白灰回转窑喷煤自动化系统改造后，控制系统稳定，设备运行状态良好，大大减少了工艺设备的检修时间，其备品备件消耗也相应地降低。

1)控制系统引入自动调节控制新理念，从根本上解决了喷煤系统落后的操作模式，实现了集中、实时、远程、自动控制一氧化碳和氧气的含量，节省了氮气的用量，从而达到了降本增效。

2)利用自动控制系统的PID功能实现了煤量与风量的闭环调节，控制煤量的平稳输送及风温的高低调节，减少了堵煤事故与灭火事故的产生，有效地提高了设备的利用率。

图2 网络示意图

3)通过系统网络的改造，增强了系统的扩容性，为实现喷煤量的持续稳定性提供了可靠的硬件基础，减少了因设备通讯问题引起的回转窑粘圈问题，使喷煤与回转窑两个独立的系统具有了统一可操作性，减少了人力资源的浪费。

4)在系统中实现了与PLC有关联的现场设备的自动连锁及部分闭环控制和所有设备开停状态、主要设备的运行时间、故障信息、报警记录查询、事故开关动作的具体点位查询、主要工艺检测数据历史查询、工艺参数的采集等功能，控制系统可靠快速，运行稳定，能够保证生产的顺利高效运行，并能与其他系统联网，实行各种信息资源共享、能源管理的高层管理、且备品备件通用性强，保证设备的正常后续维护。

［1］ 陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计［M］.北京:机械工业出版社，2002:54－85.

［2］ 崔坚.西门子工业网络通讯指南(上册).北京:机械工业出版社，2005:50 －82.

［3］ 崔坚.西门子工业网络通讯指南(下册).北京:机械工业出版社，2005:31 －64.、

RENOVATION ON COAL INJECTION AUTOMATION CONTROL SYSTEM IN ROTARY LIME－KILN

Hao Li Li Zeguang Jin Yi Li Cuiling

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

This paper analyzed the existing problems about coal injection automation control system of rotary limekiln，and proposed the renovation scheme.It improved the interlock protection system，decreased the fault rate，fulfilled the production demand and achieved a better economic efficiency after renovating.

coal injection automation control system interlock

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2011—2—26