白灰回轉(zhuǎn)窯噴煤自動化系統(tǒng)改造

郝莉 李澤光 靳誼 李翠玲

(安陽鋼鐵股份有限公司)

白灰回轉(zhuǎn)窯噴煤自動化系統(tǒng)改造

郝莉 李澤光 靳誼 李翠玲

(安陽鋼鐵股份有限公司)

針對白灰回轉(zhuǎn)窯原有噴煤自動化控制系統(tǒng)存在的問題進行分析，提出了改造方案。通過改造，完善了系統(tǒng)

的聯(lián)鎖保護，大大降低了事故率，滿足了生產(chǎn)的要求，取得了較好的經(jīng)濟效益。

噴煤 自動化系統(tǒng) 聯(lián)鎖

0 前言

安鋼冶金爐料公司現(xiàn)有二條白灰回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，其原有噴煤系統(tǒng)自動化程度低，安全生產(chǎn)無法保障，導致了嚴重的設(shè)備事故的頻繁發(fā)生，一度成了制約白灰產(chǎn)量的最大難題。為了從根本上解決難題，對其噴煤的自動化控制系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)安全生產(chǎn)聯(lián)鎖，取得了良好的控制效果。

1 原有系統(tǒng)運行狀況

回轉(zhuǎn)窯原有噴煤自動化控制系統(tǒng)采用SIEMENS的S7－300 CPU315－2DP作為主站，工業(yè)過程監(jiān)控上位機采用西門子組態(tài)軟件WinCC 6.0，配置SIEMENS標準以太網(wǎng)模塊CP343－1，利用工業(yè)以太網(wǎng)基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用標準TCP/IP協(xié)議與控制管理層操作員站及工程師站進行通訊。同時，采用PROFIBUS DP通訊標準與現(xiàn)場I/O站ET200M進行通訊。控制系統(tǒng)分為熱風爐、制粉、噴吹三個互為獨立的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)之間缺乏必要聯(lián)鎖保護，在安全生產(chǎn)上存在隱患。其基本功能如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)基本功能框圖

1.1 熱風爐系統(tǒng)

該系統(tǒng)配置一臺SIEMENS的S7－200 CPU214作為熱風爐獨立系統(tǒng)。現(xiàn)場操作圓盤進行數(shù)據(jù)的設(shè)定及調(diào)整，與噴吹及制粉系統(tǒng)沒有設(shè)立通信接口，無法進行中控。出現(xiàn)滅火或溫度過高過低現(xiàn)象時，只能由操作工現(xiàn)場重新點火或在操作圓盤進行操作，降低了生產(chǎn)效率，由于與噴吹系統(tǒng)無安全連鎖，造成故障時無法正常停車而引起的火災(zāi)及爆炸。

1.2 制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)的稀油潤滑站為電器繼電器回路控制，其油泵只是與油溫、油位、油壓采用繼電器聯(lián)鎖，重要參數(shù)沒有進入中控與磨煤機進行必要的聯(lián)鎖控制，潤滑油溫過高而導致減速箱損壞。

1.3 噴吹系統(tǒng)

噴吹系統(tǒng)的主要設(shè)備已經(jīng)進入了中控進行遠程集中操作，但其重要設(shè)備的電流、轉(zhuǎn)速只是在儀表上顯示，無法實時的分析重要設(shè)備的工作狀況。

在噴煤系統(tǒng)中尤為重要的是安全生產(chǎn)，由于煤粉易燃易爆，CO和氧氣的濃度需要控制在一定的范圍內(nèi)，及時有效地補充氮氣是是頗有良效的方法，該系統(tǒng)采用手動閥門充氮，經(jīng)常造成煤粉倉由于氧氣、CO濃度過高引起的煤粉燃燒。

根據(jù)以上分析，系統(tǒng)存在的問題主要是安全生產(chǎn)隱患，應(yīng)從提高生產(chǎn)的自動化程度入手，增加重要生產(chǎn)設(shè)備之間的連鎖，打造自動化安全生產(chǎn)平臺。

2 改造方案及實施

基于安全生產(chǎn)的目的，利用系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——以太網(wǎng)及PROFIBUS－DP網(wǎng)，與熱風爐系統(tǒng)及制粉系統(tǒng)建立聯(lián)系，并引入中控，最終實現(xiàn)安全生產(chǎn)連鎖。通過對原系統(tǒng)存在的問題進行分析，提出了改造方案及具體實施如下:

2.1 建立自動充氮模式，提高安全操作系數(shù)

在噴煤的重要關(guān)鍵部位安裝電動控制閥門，將其開、關(guān)信號線引入中控PLC，分配四個電動控制閥門的輸入輸出地址，在STEP7的控制程序中，建立電動控制閥門自定義功能塊FB201，對電動控制閥門的自動、手動控制進行編程，將閥門的自動控制與一氧化炭和氧氣分析儀的數(shù)據(jù)進行連鎖，建立一氧化碳和氮氣的報警濃度設(shè)定值變量CO_HHSETUP及O2_HHSETUP，并在WINCC6.0監(jiān)控畫面上建立輸入窗口，根據(jù)工藝需求設(shè)定一氧化碳及氫氣的安全閥值，自動進行充氮，從根本上杜絕了煤粉燃燒爆炸事故的產(chǎn)生。

表1 電動控制閥門的自定義功能塊變量分配

2.2 搭建熱風爐與中控以太網(wǎng)通訊，集中調(diào)節(jié)風溫

利用中控站的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在熱風爐新增CP243－1模板，建立S7200與S7300客戶與服務(wù)器通信機制，分配IP地址，在STEP7編程軟件中配置熱風爐S7200的PLC站點為通信的客戶端(CLIENT)，分配V數(shù)據(jù)利用系統(tǒng)功能塊ETH0_CTRL及ETH0_XFR，將熱風爐的重要參數(shù):熱風爐溫度、入口風溫的PID控制及熱風爐點火狀態(tài)通訊至中控;配置中控S7300的PLC站點為通信的服務(wù)器端(SERVER)，讀取熱風爐S7200的客戶端的通訊數(shù)據(jù)，根據(jù)所傳數(shù)據(jù)的狀態(tài)遠程控制熱風爐的點火及升、降溫，使熱風爐操作變得簡便有效，大大降低了勞動強度，提高了熱風爐的燃燒熱值及熱風爐的生產(chǎn)安全性。

表2 熱風爐與中控PLC的CLIENT/SERVER通訊參數(shù)

2.3 設(shè)立稀油潤滑站分站，實現(xiàn)中控

增加稀油站ET200M分站，利用PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)與中控S7300的PLC站點建立通訊。把稀油潤滑站的兩個油泵控制從機旁手動的繼電器控制模式改為遠程/就地PLC控制模式，將其控制信號引入中控PLC。在STEP7中，建立油泵自定義控制功能塊FB202，設(shè)立油泵A、B泵自動啟泵、按時間、油位、油壓自動切換泵組。增加減速機軸溫檢測，與稀油站的油溫、油壓、油位與磨煤機的運行進行連鎖控制。大大提高了核心設(shè)備磨煤機的運行安全。

2.4 構(gòu)建重要設(shè)備參數(shù)實時監(jiān)控，完善監(jiān)控系統(tǒng)

從現(xiàn)場投用的情況著手，對系統(tǒng)的重要參數(shù)重新進行了重新定位，建立了重要設(shè)備實時監(jiān)控系統(tǒng)。將磨煤機、羅茨風機、引風機的電流、轉(zhuǎn)速、故障信號引入了中控，在監(jiān)控畫面內(nèi)設(shè)定報警值，增加了聲光報警及歷史數(shù)據(jù)記錄，便于維修人員查找故障，提高了處理故障的效率。將密封皮帶機的轉(zhuǎn)速、熱風電動閥門、冷風電動閥門及引風機的電動閥門的控制由手動控制引入中控PLC，采用PID控制，根據(jù)煤量設(shè)定自動調(diào)節(jié)密封皮帶機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)熱風溫度設(shè)定自動調(diào)節(jié)熱風電動閥門及冷風電動閥門的開度及引風機的電動閥門的開度，改變了以往的手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及閥門開度的方式，提高了控制精確度，從根本上杜絕了磨煤機堵煤及熱風溫度變化頻率快的疑難問題。改造后的網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

3 改造后效果

通過對白灰回轉(zhuǎn)窯噴煤自動化系統(tǒng)改造后，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)備運行狀態(tài)良好，大大減少了工藝設(shè)備的檢修時間，其備品備件消耗也相應(yīng)地降低。

1)控制系統(tǒng)引入自動調(diào)節(jié)控制新理念，從根本上解決了噴煤系統(tǒng)落后的操作模式，實現(xiàn)了集中、實時、遠程、自動控制一氧化碳和氧氣的含量，節(jié)省了氮氣的用量，從而達到了降本增效。

2)利用自動控制系統(tǒng)的PID功能實現(xiàn)了煤量與風量的閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制煤量的平穩(wěn)輸送及風溫的高低調(diào)節(jié)，減少了堵煤事故與滅火事故的產(chǎn)生，有效地提高了設(shè)備的利用率。

圖2 網(wǎng)絡(luò)示意圖

3)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的改造，增強了系統(tǒng)的擴容性，為實現(xiàn)噴煤量的持續(xù)穩(wěn)定性提供了可靠的硬件基礎(chǔ)，減少了因設(shè)備通訊問題引起的回轉(zhuǎn)窯粘圈問題，使噴煤與回轉(zhuǎn)窯兩個獨立的系統(tǒng)具有了統(tǒng)一可操作性，減少了人力資源的浪費。

4)在系統(tǒng)中實現(xiàn)了與PLC有關(guān)聯(lián)的現(xiàn)場設(shè)備的自動連鎖及部分閉環(huán)控制和所有設(shè)備開停狀態(tài)、主要設(shè)備的運行時間、故障信息、報警記錄查詢、事故開關(guān)動作的具體點位查詢、主要工藝檢測數(shù)據(jù)歷史查詢、工藝參數(shù)的采集等功能，控制系統(tǒng)可靠快速，運行穩(wěn)定，能夠保證生產(chǎn)的順利高效運行，并能與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實行各種信息資源共享、能源管理的高層管理、且備品備件通用性強，保證設(shè)備的正常后續(xù)維護。

［1］ 陳在平，趙相賓.可編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002:54－85.

［2］ 崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南(上冊).北京:機械工業(yè)出版社，2005:50 －82.

［3］ 崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南(下冊).北京:機械工業(yè)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