西门子DCS在干熄焦系统中的应用

张棋昊*

（首钢京唐钢铁联合有有责任公司，河北唐山，063200）

引言

随着科学技术的不断进步以及 DCS技术的不断发展，DCS技术在工业生产的应用越发广范。熄焦过程控制系统（以下简称干熄焦控制系统）的主要工艺设备由熄焦炉体、装料装置、排焦装置、提升机、机动车辆和焦炭罐车、焦炭罐、收尘器、锅炉系统、循环风机等工艺设备组成。某公司采用西门子DCS系统作为干熄焦控制系统，其DCS系统具有较高的工作可靠性、设备良好的稳定性、通讯速率快特一系列的优势，并且整个系统集成现场控制、数据采集、设备管理系统等功能为一体。

1 工艺概述

干熄焦生产是指在封闭式炉体中，利用低温氮气对焦炉生产的红热焦炭进行换热冷却循环的熄焦的一种常用的方法。在干熄过程中，焦炉炭化室产生的红色焦炭通过热焦罐装荷到干熄炉内。惰性气体由循环风机加压，从底部流向顶部循环流动。红焦的热量由氮气带走；冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，由带式输送机送至筛焦系统；氮气经一次除尘后从干熄焦锅炉中吸收红色焦炭的热量，送入锅炉系统进行热回收。

2 软、硬件构成

2.1 硬件

干熄焦控制系统的主要核心的硬件选用西门子品牌的模块，其可编程逻辑控制器选用 CPU410-5H（背部配用硬件授权狗），机架的供电模块选用 PS407，快速太网通讯模块和总线接口模块，I/O模块，Y_LINK连接模块，驱动模块等特殊驱动模块，如SINAMICS_S120、SIRIUS、SIMOCODE，系统硬件组态图，如下图1所示。

图1 系统硬件组态图

主CPU站利用Profibus-DP总线与其他远程站通过冗余ET200总线模块互连。冗余CPU的优势在于，在干熄焦生产过程中，一旦主CPU出现故障，备用CPU将自动进行无扰切换，接替原CPU执行控制任务，不会对生产造成任何影响。人机接口采用一个工程师站和三个操作员站组成（工程机均配用授权狗），DCS与上位工控机之间采用标准冗余通讯协议进行数据通信任务。

2.2 软件

1.PC站操作系统，Windows7_64位操作系统；

2.PCS7_V8.1的选件包有：AS_OS_Engineering、S7_PLCSIM、SIMATIC_PCS7_BasisLibrary、WinCC_Configuration，WinCC_OPC_Server；

3.Office软件Office2010位；

4.对于IE的要求，Windows7操作系统要选用IE8。

干熄焦系统采用模块化编程，根据工艺流程，编程人员在编程过程中根据现场设备不同的运行方式编写相应的功能和功能块，然后在工厂视图中，调用各个功能和功能块，从而满足不同控制要求。PCS7系统的CFC（连续功能图编程）编程语言是面向对象的编程语言。CFC是西门子一种图形化程序编辑器，编程人员可通过拖拽点点击鼠标等简单操作就能完成一系列的编程工作，CFC主要用于一些比较复杂控制逻辑。

3 网络有构

干熄焦系统通过集成在S7-410H_CPU内的以太网通信处理模块将干熄焦系统连接到工业以太网中。整套干熄焦控制系统工厂总线配备了西门子工业级交换机以连接各个AS站、ES站、OS站，网络交换机具有冗余环网管理功能。

干熄焦系统的网络采用拓扑网络设计，拓扑网络使得工厂总线的网络有构的更易扩展，网络有构相对简单。干熄焦控制系统通过工业以太网和筛运焦PLC系统、四大机车协调PLC系统建立网络连接，并进行数据交互，保证干熄焦系统在安全的情况下稳定进行。

SIMOCODE为西门子电机控制器、SINAMICS_S120为西门子应频器，此类均设备采用 PROFIBUS协议，可通过DP通讯线连接到PLC，并将读取的状态字信息传给机车的S7-410H的CPU。

4 HMI画面

以西门子WinCC为主机监控软件的干熄焦系统，主机监控软件和CPU410-5H可编程控制系统关联紧密集成度高，是一种高效的上位配置管理软件工具，通过干熄焦系统操作员站上位画面，工艺操作人员可以直观地监控现场阀及电气设备控制的运行情况和仪表信号状态。西门子WINCC主机监控软件系统还配备了一套声音报警程序，实时报警信息栏提示现场设备状态，显示故障信息，为维护人员维护这组设备提供可靠的依据。干熄焦系统采用的系统控制硬件、WINCC软件、PCS7软件和网络交换机硬件都有诊断报警功能，当现场的设备仪表或是硬件在运行过程中发生故障或运行参数异常时，控制中心监控屏幕会立即报警闪烁并提示故障点的故障原因。

干熄焦历史趋势系统显示系统运行的参数历史记录，便于操作工查询历史工况。在该系统中，可根据趋势单击趋势调用按钮区域中的按钮调用相应的趋势，调用的趋势以曲线的形式在曲线显示区域中显示出来，并且滑动工具栏中调用出的时间轴可查询该时间点的数据。

5 重要控制

5.1 预存室压力调节

（1）调节器在手动时，调节器输出MV的低高有是0和100%。

（2）调节器在自动调节时，循环风机停止，将调节器切换为手动，同时将调节器的MV_FORON置为1，循环风机停止20秒后，将调节器的强制值MV_FORCE置为0%。

调节器在自动调节时，当装入装置离开关位打开时延时3秒，将调节器置为1，将当前的调节器输出MV+8%送入调节器的强制值，使调节器的输出增加8%。当装入装置离开开位关闭时延时 13秒，将当前的调节器输出MV通过斜坡10秒减到MV-15%，送入调节器的强制值，使调节器的输出减少15%。当装入装置到达关位时，将调节器置为0，取消强制模式，进入自动调节模式。

5.2 放散调节阀

在联动模式投入后，主蒸汽放散电动阀关闭到位后，调节阀进入强制模式，自动强制调节阀打开画面设定开度值。

调节阀自动调节模式的投入：在联动模式投入后，主蒸汽放散压应高高报警，调节阀马上进入自动调节模式。进入自动调节模式后，因为调节阀的设定值在进入自动调节前一直在追踪放散压应值，因此进入自动调节后，设定值应该是放散压应高高的值，如有要将放散压应降低，请将设定值做出改应。

6 有束语

西门子DCS控制技术在焦化干熄焦的成功应用，体现了西门子自动化系统的全过程化的控制理念，其硬件支持的热插拔，减少了系统的非故障停机时间，软件支持在线修改和程序下荷，保证了整套干熄焦设备运行的稳定性及生产的连续性，从行业应用发展的角度来看，整个干熄焦控制系统采用先进的DCS控制技术可以使焦化企业的生产过程应得更加人性，通过工控机上位监控画面等完成各种复杂控制，不但简化了操作人员的操作，而且提高产品的质量和生产效率。