孫善川 王杰錕

【摘要】噴吹煤粉[1]是高爐技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵因素，將高風(fēng)溫、富氧鼓風(fēng)和噴吹煤粉有機(jī)結(jié)合起來(lái)后，不僅節(jié)焦和增產(chǎn)兩方面同時(shí)獲益，而且這種有機(jī)結(jié)合也成為一種不可缺少的高爐下部調(diào)劑手段。將西門子S7-400H冗余PLC系統(tǒng)應(yīng)用于承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)中，有效提高了煤粉噴吹的穩(wěn)定性，在降低成本的基礎(chǔ)上也提升了高爐運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】噴煤；S7-400H；冗余；PCS 7

1、引言

目前國(guó)內(nèi)正在應(yīng)用的煤粉噴吹系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的布置可分為串罐噴吹和并罐噴吹兩大類[2]，承鋼各高爐采用的均為并罐噴吹系統(tǒng)。承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)由原煤貯運(yùn)部分，干燥氣制備部分，煤粉制備部分，煤粉收集存儲(chǔ)部分，煤粉噴吹系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)（氮?dú)?、壓縮空氣）部分等6個(gè)子系統(tǒng)組成。其中煤粉制備部分、和煤粉噴吹系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性將會(huì)影響高爐煤粉噴吹是否順暢，因此這兩個(gè)部分的自動(dòng)化控制為高爐噴煤系統(tǒng)控制的關(guān)鍵所在。

2、西門子S7-400冗余PLC系統(tǒng)概述

S7-400H冗余PLC系統(tǒng)屬于SIMATIC S7系統(tǒng)系列，它完全利用了SIMATIC S7的所有優(yōu)點(diǎn)[3]。能滿足對(duì)最先進(jìn)可編程邏輯控制器在有效性、智能度和分布式方面的高要求。系統(tǒng)提供了采集以及準(zhǔn)備過(guò)程數(shù)據(jù)所需的所有功能，其中包括用于控制、開(kāi)環(huán)控制以及監(jiān)視機(jī)組和設(shè)備的功能。S7-400H冗余PLC系統(tǒng)能夠和所有其它SIMATIC組件，例如SIMATIC PCS7控制系統(tǒng)相協(xié)調(diào)地工作。從控制室直到傳感器和執(zhí)行器的全集成系統(tǒng)是行業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果，它能確保系統(tǒng)性能最優(yōu)。S7-400H的冗余結(jié)構(gòu)包括電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)模塊、IM153模塊和DP網(wǎng)絡(luò)的冗余配置。當(dāng)工作主系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題時(shí)，自動(dòng)切換到從系統(tǒng)工作。

3、承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)硬件配置結(jié)構(gòu)

承鋼5號(hào)高爐噴煤原來(lái)采用4套非冗余的S7-400 PLC系統(tǒng)控制：供料系統(tǒng)、制粉A系統(tǒng)、制粉B系統(tǒng)和噴吹系統(tǒng)。為了提升設(shè)備的穩(wěn)定性，2015年9月份對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)現(xiàn)用的硬件配置結(jié)構(gòu)，如圖1所示：主要包括S7-400H PLC系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)和工控機(jī)系統(tǒng)。

3.1 S7-400H PLC系統(tǒng)

承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)搭建了2套S7-400H PLC系統(tǒng)，一套控制噴煤制粉系統(tǒng)，另一套控制噴吹系統(tǒng)。兩套PLC系統(tǒng)之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊交換數(shù)據(jù)。每一套PLC系統(tǒng)的單一的電源PC模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)CP模塊、ET200模塊和DP網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，系統(tǒng)均會(huì)自動(dòng)切換到從系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行工作，不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)故障的發(fā)生。

3.2 工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)配置采用了2塊X208西門子交換機(jī)和1塊X204西門子交換機(jī)，第一塊X208交換機(jī)連接制粉PLC系統(tǒng)0站以太網(wǎng)CP模塊、噴吹1工控機(jī)、制粉1工控機(jī)和X204交換機(jī)；第二塊PLC系統(tǒng)1站以太網(wǎng)CP模塊、噴吹2工控機(jī)、制粉2工控機(jī)和X204交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的冗余功能：當(dāng)任意一個(gè)X208、X204或以太網(wǎng)CP模塊出現(xiàn)故障無(wú)法通訊時(shí)，扔能保證另一個(gè)對(duì)應(yīng)模塊繼續(xù)工作，同時(shí)必然有一臺(tái)噴吹和制粉的工控機(jī)處于通訊正常狀態(tài)。

3.3 工控機(jī)系統(tǒng)

工控機(jī)系統(tǒng)配置了5臺(tái)工控機(jī)，分別為工程師站、噴吹1、噴吹2、制粉1和制粉2工控機(jī)。工程師站主要用于程序的修改、程序的監(jiān)控、故障的診斷和項(xiàng)目初始畫面的設(shè)計(jì)；噴吹1和噴吹2工控機(jī)主要由崗位工操作，對(duì)應(yīng)于噴吹PLC系統(tǒng)的畫面，用于對(duì)噴吹工藝設(shè)備的操作和監(jiān)控；制粉1和制粉2工控機(jī)主要由崗位工操作，對(duì)應(yīng)于制粉PLC系統(tǒng)的畫面，用于對(duì)制粉工藝設(shè)備的操作和監(jiān)控。所有工控機(jī)系統(tǒng)均采用了西門子1613網(wǎng)卡通訊，與冗余PLC系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)WinCC[4]畫面和主從PLC系統(tǒng)的冗余通訊功能。

4、承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)軟件平臺(tái)

SIMATIC PCS 7過(guò)程控制系統(tǒng)是全集成自動(dòng)化（TIA）的核心部分，為生產(chǎn)、過(guò)程控制和綜合工業(yè)中所有領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一且符合客戶要求的自動(dòng)化平臺(tái)。通過(guò)采用SIMATIC PCS 7的全集成自動(dòng)化解決方案，可實(shí)現(xiàn)一致性的數(shù)據(jù)管理和通訊和組態(tài)，性能優(yōu)異并可前瞻性地確保滿足典型的過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)用需求。

承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用了SIMATIC PCS 7 V6.1。程序設(shè)計(jì)主要使用了PCS 7的CFC語(yǔ)言，利用強(qiáng)大的預(yù)制程序庫(kù)，通過(guò)繪制功能圖來(lái)自動(dòng)生成程序，最終編譯生成WinCC的部分控制畫面和大部分所需變量。

5、結(jié)束語(yǔ)

西門子S7-400H冗余PLC系統(tǒng)于2015年10月份在在承鋼5號(hào)高爐噴煤系統(tǒng)中上線應(yīng)用，連續(xù)運(yùn)行5個(gè)月，從未發(fā)生過(guò)導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)的故障，其優(yōu)異的自動(dòng)化控制效果得到了充分的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳林森.高爐煤粉噴吹技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代冶金，2010，38（2）：1～4.

[2]郝素菊，蔣武鋒，方覺(jué).高爐煉鐵設(shè)計(jì)原理.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[3]西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).西門子PLC編程手冊(cè).北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[4]西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).西門子WinCC V6.北京航空航天大學(xué)出版社，2004.