西門子PCS7在干熄焦余熱發電控制系統中的應用

摘要：本文以青海江倉90t/h干熄焦余熱發電項目為背景，詳細介紹了西門子PCS7在該項目中的配置、特點及應用等。

關鍵詞：干熄焦；西門子PCS7

0引言

干熄焦是相對濕熄焦而言，其原理為采用氮氣在干熄爐內與紅焦換熱從而熄滅紅焦，吸收了紅焦熱量的氮氣與鍋爐換熱產生蒸汽，蒸汽推動汽輪發電機做功發電。干熄焦發電技術不僅提高焦炭品質，而且節約能源，改善環境，具有可觀的經濟效益和社會效益。干熄焦工藝復雜，自動化程度要求高，控制系統關系著整個工藝流程的安全、穩定、高效運行。

1 干熄焦工藝簡介

焦炭從焦爐炭化室推到焦罐臺車上的焦罐里，通過電機車送到提升井底部，提升機將焦罐提升并橫移至干熄爐爐頂，通過裝入裝置裝入干熄爐內，裝焦完畢焦罐被送回提升井，這時裝焦料斗自動移開，干熄爐爐蓋蓋上，隨后空焦罐放到焦罐臺車上，這一過程稱為干熄焦系統的裝焦過程，操作指令由裝焦系統控制完成。

紅焦炭在干熄爐中，經預存室到冷卻室，與惰性氣體進行直接換熱，焦炭被冷卻至200℃以下，經排焦裝置卸到皮帶輸送機上，然后送往現有焦爐運焦皮帶。

循環風機將惰性氣體從干熄爐底部的鼓風裝置鼓入干熄爐內，在冷卻段經過與熱焦炭換熱變為熱氣體后進入一次除塵器。自干熄爐排出的熱循環氣體的溫度約為900～980℃，經一次除塵器除塵后進入干熄焦鍋爐換熱，溫度降至160～180℃。鍋爐出來的循環氣體經二次除塵器除塵后，由循環風機加壓，再經副省煤器換熱冷卻至135℃后進入干熄爐循環使用。干熄焦余熱發電流程如圖1所示。

2 控制系統設計

2.1控制系統硬件設計

干熄焦余熱發電控制系統主要完成紅焦運輸系統、排焦系統、氣體循環系統、鍋爐汽水系統、電站系統等部分的自動控制，實現全自動的操作功能，并實時監測過程參數，具備報警、歷史趨勢查詢、報表等功能。

本項目硬件采用西門子公司的Sinamics S7-400H（410 smart）系列冗余控制單元，系統架構采用冗余CPU及冗余總線的DCS控制系統，實現無擾動切換，保證控制系統的安全性。配ET200M遠程IO站。控制系統采用UPS不間斷電源供電。具體配置如圖2所示。

2.2控制系統軟件設計

控制系統的應用軟件采用了西門子公司的SIMATIC PCS7。 該軟件集合了多款軟件的優點，內嵌包括Step7、Simatic Net和WinCC以及PDM等在內的多款軟件，組態對象選用S7-400高端CPU，在鋼鐵焦化行業應用廣泛。SIMATIC PCS7具有客戶端/服務器的靈活結構，集中的組態方式，移植性能好，友好的人機操作界面，開放的結構，可以同管理級進行通訊，同現場總線技術緊密契合等優點。利用開放的現場總線和工業以太網實現現場信息采集和系統通訊，采用S7自動化系統作為現場控制單元實現過程控制，以靈活多樣的分布式I/O接受現場傳感檢測信號，所有的系統信息都存儲于一個數據庫中，大大增強了系統的整體性和信息的準確性。

PCS7組態編程采用CFC（連續功能塊）、SFC（順序功能塊）等更高級、更簡易便捷的方式。

CFC是一種簡潔的圖形組態工具，以功能塊為基礎進行組態，PCS7系統配置了很多預編程的功能塊，這些功能塊以庫的形式體現，每個功能塊有一個參數表，可根據實際情況使能不同參數，系統通過調用不用的功能塊實現數據的采集、處理、顯示、報警、連鎖、記錄，并可同時生成顯示畫面，省去了大量上位畫面編輯時間。CFC組態如圖3所示。

SFC主要用于順序控制的自動任務，可在上位生成流程圖式的結構畫面，其中包括順序、并行分支等信息，直觀反映順空流程中的條件判斷情況及每部執行情況。SFC自動生成的上位畫面如圖4所示。

操作監控畫面的設計原則是操作方便、內容精煉且易于觀察，在此基礎上，伴有語音、文字和顏色閃爍等報警信息。每一個數據的趨勢可以一鍵調出，每一個報警信息可以自動跟蹤至故障所在界面，實現了故障的預警和快速排查處理，縮短了故障時間，提高了生產的穩定運行。監控畫面如圖5所示。

3 結語

本控制系統投運至今已接近一年，運行穩定，保證了干熄焦余熱發電系統的安全、連續、高效生產，得到用戶的認可，并對今后同類項目提供了一個較好的參考模式。

作者簡介：劉闖（1983-），男，工程師，主要研究方向：自動化控制系統、儀控系統設計、開發及調試。