基于西門子S7-400H PLC 在昆鋼80000M3 煤氣柜的應用

李恒昆 郭 韜

（昆明鋼鐵集團 動力能源分公司，云南 昆明650302）

1 控制系統介紹

西門子公司推出了S7-200、S7-300、S7-400 等系列PLC， 各系列PLC 都有各自的優劣勢， 其中S7-400H 系列PLC 是西門子公司推出的適用于中高檔性能控制領域的PLC，具有熱備冗余、易擴展、容錯性和通訊能力強等的特性，尤其以熱備冗余性能適合控制要求較高的系統使用。 選用S7-400H 系列CPU 搭配S7-300 系列I/O 模塊，既能降低控制系統硬件成本，還能把S7-400H 系列PLC 的優勢發揮到極致，該種搭配既繼承了S7-300 系列模塊的低價位， 又很好的發揮了S7-400H 系列CPU 的熱備冗余及穩定性能。 昆鋼新區煤氣柜屬于高度危險源區域，對控制系統的穩定性要求非常高，但還要考慮到控制系統的成本控制，故此選用該種搭配的選型。

2 工藝流程介紹

轉爐煤氣柜作為轉爐煤氣管網平衡的緩沖裝置，合理的利用好轉爐煤氣柜對于轉爐煤氣的高效回收利用起到至關重要的作用。首先轉爐煤氣經過一次除塵系統進行初步的煤氣回收系統后進入管網，在進入氣柜之前進行煤氣中氧氣含量的再次檢測確定煤氣質量是否滿足要求，滿足要求則結合當時的氣柜中煤氣容量進行合理的取舍，如果煤氣柜符合進氣要求，煤氣質量達標，則開啟煤氣柜進口進口閥，關閉放散閥，煤氣回收進去氣柜。合理控制進出氣柜的煤氣，保證氣柜內煤氣在控制范圍內，原則上在保證安全的前提下，最大限度的回收來自轉爐的煤氣。 回收后的煤氣從氣柜出來后經過加壓機加壓后送入25MW 發電站進行發電，緊急情況下可通過柜后放散進行緊急放散。

3 控制聯鎖介紹

3.1 進口閥閥門控制聯鎖

當煤氣柜控制參數同時滿足一下條件時： 煤氣中O2的含量低于1.9%、煤氣管網壓力正常、煤氣柜柜容小于70000M3、煤氣柜沒有拒絕回收、煤氣入口溫度小于70℃，煤氣柜進口閥打開，放散閥關閉，煤氣柜開始回收煤氣。 當煤氣柜柜容高于70000M3入口溫度大于60℃時自動輸出停止回收信號，煤氣回收停止。

3.2 煤氣柜柜容控制

煤氣柜柜容始終根據生產情況實時控制在10000-65000M3之間安全運行，當煤氣柜容高于65000M3或低于10000M3時，系統報警提示。 煤氣柜內壓力控制在2.75kPa 左右， 但煤氣柜內柜容高于70000 M3時拒絕回收煤氣，當煤氣柜柜容低于8000M3停止加壓機，關閉送入發電廠的煤氣出口閥，保持煤氣柜最低極限控制容積，特殊情況下緊急充入氮氣維持轉爐煤氣柜的的安全。

3.3 煤氣柜變頻加壓機控制

正常情況下，變頻加壓機采用手動控制的方式調節管網壓力保證供給終端電廠用戶的煤氣壓力平衡，可根據煤氣壓力的高低適度調節煤氣加壓機的工作頻率，最大限度發電的同時，保證煤氣管網的壓力平衡。 加壓機在自動模式時，可根據沒輸送到煤氣管網壓力和流量及相應設定值自動調整煤氣加壓機工作頻率，自動完成對輸送給用戶的煤氣壓力。 當送入用戶的煤氣壓力高于設定壓力時，可通過放散塔緊急放散泄壓。

3.4 煤氣柜和轉爐一次風機的配合

煤氣柜根據煤氣柜的情況，可選擇手動向轉爐風機發送拒絕或者允許回收煤氣的信號，轉爐風機收到拒絕回收信號時，煤氣將從轉爐風機直接放散，煤氣柜工作正常的時候將給轉爐風機系統送去氣柜允許回收煤氣的信號，轉爐風機系統根據生產情況進行綜合判斷后回收煤氣。通過煤氣柜監控監控上位機可以看見轉爐煤氣回收系統三通閥動作情況，并有相應的聲音提醒。

3.5 煤氣柜和發電廠的協同

正常情況下， 煤氣柜提供常規壓力和流量的煤氣流量供電廠使用，但煤氣回收數量較多和回收不足時及時通知發電廠就行適當的調節，氣柜操作室也根據情況實時調節加壓機的頻率來調節管網流量。

3.6 活塞升降速度的控制

由于活塞的升降速度能間接反應出活塞的運行情況，能實時提醒操作人員注意觀測煤氣柜容的變化情況，由于檢測系統的精度、靈敏度的影響以及活塞在升降時受到機械作用力, 柜位信號變化很大, 甚至在升降柜時出現相反方向的信號,不利于監視與控制。 為了消除這幾方面的影響,采用了程序判斷濾波方法,即把每次采樣值與上一次進行比較(An-An-1)，同時將每5 次的采樣結果進行平均計算,并除以采樣周期,所得最終結果即為活塞升降速度。 活塞速度變化較大時發出聲光報警提醒操作人員注意觀察是否活塞動作存在異常。

4 監控畫面、歷史趨勢記錄介紹

由于煤氣柜屬于非常危險的的區域，控制參數不但要根據工藝條件進行有效的聯鎖之外，還需要對數據進行記錄分析，方便工程技術人員及時分析控制中存在的不足和儀表上存在的問題，同時在事故時能夠提供最真實的數據供事故原因查找分析。 只要在西門子WINCC7.0 組態軟件上進行簡單的配置即可輕松實現對控制系統各個參數的歷史趨勢記錄，還可以根據需要進行采樣周期的設置，完全能滿足實時數據記錄的目的，也能保證事故狀態下的歷史趨勢記錄。

5 結語

S7-400H PLC 在國內工業領域中的廣泛應用， 使得越來越多的用戶選擇了使用S7-400H 控制系統， 該控制系統在昆鋼新區80000M3 轉爐煤氣柜使用至今， 穩定性和可靠性得到很好的驗證，為昆鋼新區煤氣的的回收創造了良好的條件，同時也為節能降耗工作做出了貢獻。該系統良好的開放性及易學性，適合更好的推廣和維護，同時也適合二次開發人員根據需要開發出各種控制系統軟件。