西門子PLC在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：文章簡述了西門子S7-400PLC應(yīng)用于昆鋼煉鋼廠4號轉(zhuǎn)爐煤氣回收控制系統(tǒng)的技改項目中。在煉鋼過程中，通過HMI人機操作界面用鼠標(biāo)點擊活動煙罩的下降按鈕，煙罩下降到位后，遠(yuǎn)方除塵風(fēng)機房的煙氣氣體分析儀自動啟動，當(dāng)一氧化碳、氧氣成份達(dá)到回收要求，以及其他聯(lián)鎖條件均滿足時，即可對轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行自動回收，提高了煤氣回收的質(zhì)量及回收率。

關(guān)鍵詞：PLC；煤氣回收；分析儀；聯(lián)鎖

1 前言

隨著自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，自動控制得到了廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的人工手動操作控制方式已不能滿足當(dāng)前快節(jié)奏生產(chǎn)的需要。由于轉(zhuǎn)爐氧氣頂吹煉鋼的特點決定，煙氣量及煙氣成分隨冶煉周期不斷變化，要安全有效地進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣回收，先進(jìn)的回收工藝、自動控制的實現(xiàn)是非常必要的。

可編程控制器（簡稱PLC）是一種通用性很強的新一代工業(yè)控制設(shè)備，廣泛地應(yīng)用在工廠自動化控制中，擁有抗干擾能力強、工作可靠、組態(tài)及編程靈活方便、易于系統(tǒng)擴展和維護(hù)等特點，它的出現(xiàn)有力地推動了生產(chǎn)力的發(fā)展。

2 4號轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機房煤氣回收系統(tǒng)PLC改造

4號轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機房煤氣回收系統(tǒng)原來采用控制方式較為落后的繼電器控制，由于控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，聯(lián)鎖報警信號多，繼電器輸出觸點經(jīng)常出現(xiàn)接觸不良或誤動作現(xiàn)象，導(dǎo)致控制點無輸出或誤輸出，使煤氣回收系統(tǒng)得不到有效控制，影響著煤氣回收的質(zhì)量和回收率，決定用PLC對煤氣回收控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

改造最終采用的是西門子S7-400系列PLC。設(shè)備選型的理由如下：（1）目前各PLC廠家的PLC控制系統(tǒng)都是成熟而可靠的產(chǎn)品。就改造的技術(shù)要求而言，無論是GE、Siemens還是AB的PLC都能滿足，Siemens價格較為適中。（2）Siemens PLC在冶金行業(yè)應(yīng)用比較多，且代理商多，比較容易獲得技術(shù)支持。（3）我廠現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用西門子S7系列PLC，技術(shù)人員無需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)即可操作維護(hù)。

3 4號轉(zhuǎn)爐風(fēng)機房煤氣回收系統(tǒng)工藝簡介

在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，產(chǎn)生的煤氣通過冷卻煙罩與煙道冷卻后，經(jīng)過除塵系統(tǒng)凈化裝置的過濾，在除塵風(fēng)機的抽引下，純凈的煤氣進(jìn)入風(fēng)機。轉(zhuǎn)爐下槍開氧吹煉，爐長執(zhí)行轉(zhuǎn)爐活動煙罩下降操作，煙罩下降到位后，降罩信號送到轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機房PLC系統(tǒng)。當(dāng)煤氣回收各聯(lián)鎖條件滿足，CO、O2含量合格時，水封逆止閥打開，三通閥由放散側(cè)切換至回收側(cè)，煤氣經(jīng)水封逆止閥、U型水封送入儲氣柜；如不達(dá)標(biāo)則三通閥切換至放散狀態(tài)，經(jīng)放散塔燃燒后排放到大氣中。

4 PLC控制原理及方式

爐長進(jìn)行降罩操作，降罩信號送到4號轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機房控制煤氣回收的西門子S7-400PLC系統(tǒng)，PLC發(fā)出信號啟動煙氣分析儀，通過分析儀檢測煙氣中CO、O2的含量，當(dāng)CO的含量大于35%，O2小于2%，并滿足以下煤氣回收聯(lián)鎖條件：（1）轉(zhuǎn)爐降罩信號。（2）風(fēng)機后煙氣壓力小于7KPa。（3）轉(zhuǎn)爐降罩后延時3分鐘。（4）風(fēng)機出口煙氣溫度小于70℃。（5）旁通閥已關(guān)閉信號。（6）遠(yuǎn)方儲氣柜允許煤氣回收。

PLC系統(tǒng)立即發(fā)出煤氣回收指令，通過自動控制指令打開水封逆止閥，水封逆止閥打開到位后，三通閥從放散側(cè)切換至回收側(cè)，合格的煤氣便送往遠(yuǎn)方的儲氣柜進(jìn)行儲存。轉(zhuǎn)爐冶煉末期，提起煙罩，降罩信號消失，回收結(jié)束，PLC系統(tǒng)發(fā)出指令完成一次煤氣回收，PLC自動對煤氣回收量進(jìn)行累計。若回收過程還未正常結(jié)束，但有煤氣回收聯(lián)鎖條件不滿足時，PLC系統(tǒng)會立即發(fā)出指令使三通閥由回收側(cè)轉(zhuǎn)到放散側(cè) ，水封逆止閥關(guān)閉，停止煤氣回收。

HMI人機操作界面采用西門子WINCC 6.0編程軟件進(jìn)行編制，煤氣回收過程的各種聯(lián)鎖條件、儀表參數(shù)及相關(guān)閥門狀態(tài)在界面都有顯示。通過監(jiān)控畫面可以掌握煤氣回收系統(tǒng)各設(shè)備的工作情況。一旦設(shè)備發(fā)生故障，PLC會發(fā)出指令驅(qū)動外部報警器進(jìn)行聲光報警，及時提醒操作人員，監(jiān)控畫面會對故障信息進(jìn)行記錄，操作人員可以從監(jiān)控畫面中方便地確定設(shè)備故障點。

5 煤氣回收系統(tǒng)聯(lián)鎖控制部分

5.1 回收和放散切換的自控和聯(lián)鎖

煤氣的回收和放散是靠三通閥切換動作實現(xiàn)的，回收側(cè)打開時，放散側(cè)關(guān)閉，反之亦然。轉(zhuǎn)爐降罩，啟動煙氣分析儀，分析CO和O2含量，當(dāng)煙氣中CO、O2含量滿足回收要求，則三通閥回收側(cè)打開、放散側(cè)關(guān)閉，完成一次煤氣回收。

5.2 水封逆止閥與三通閥的聯(lián)鎖

按工藝要求當(dāng)開始回收煤氣時，先打開水封逆止閥，水封逆止閥開到位后，再將三通閥由放散側(cè)轉(zhuǎn)到回收側(cè)；反之，當(dāng)停止煤氣回收時，三通閥由回收側(cè)切換到放散側(cè)，同時關(guān)閉水封逆止閥。

5.3 旁通閥與三通閥、水封逆止閥的聯(lián)鎖

正常情況下，旁通閥始終處以關(guān)閉狀態(tài)，旁通閥關(guān)閉到位信號還是煤氣回收聯(lián)鎖條件之一。當(dāng)故障造成三通閥、水封逆止閥在30秒之內(nèi)動作不能到位，PLC則判斷為閥門故障。為了確保設(shè)備以及煤氣回收的安全，PLC將立即發(fā)出指令自動打開旁通閥，對煙氣進(jìn)行強制放散。

6 PLC控制程序的調(diào)試及運行效果

程序編制完成后，進(jìn)行程序邏輯及功能的調(diào)試。在對三通閥、水封逆止閥的控制調(diào)試中，為避免閥門誤動作，采用先斷開PLC輸出點所接繼電器的方法，待調(diào)試正常后，再用PLC的輸出點帶動隔離繼電器對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行實際操作控制，避免了在PLC調(diào)試過程中因誤動作對外圍設(shè)備的損壞。

通過改造，實現(xiàn)了安全、科學(xué)可靠的回收煤氣，結(jié)束了手動回收煤氣的歷史，煤氣回收無需人工干預(yù)，減輕了風(fēng)機房操作人員的勞動強度，提高了煤氣回收合格率，增加了煤氣回收量，為煉鋼廠創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

7 結(jié)束語

通過西門子PLC改造后的煤氣回收控制系統(tǒng)，在整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、設(shè)備的先進(jìn)性和對新工藝新品種開發(fā)的促進(jìn)及拓展等方面都表現(xiàn)出色，滿足了實際生產(chǎn)當(dāng)中的需要，降低了生產(chǎn)成本，較好地實現(xiàn)了煉鋼過程中轉(zhuǎn)爐煤氣安全、高效的自動回收。

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