西門子DCS在干熄焦系統(tǒng)中的應用

張棋昊*

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有有責任公司，河北唐山，063200）

引言

隨著科學技術的不斷進步以及 DCS技術的不斷發(fā)展，DCS技術在工業(yè)生產(chǎn)的應用越發(fā)廣范。熄焦過程控制系統(tǒng)（以下簡稱干熄焦控制系統(tǒng)）的主要工藝設備由熄焦爐體、裝料裝置、排焦裝置、提升機、機動車輛和焦炭罐車、焦炭罐、收塵器、鍋爐系統(tǒng)、循環(huán)風機等工藝設備組成。某公司采用西門子DCS系統(tǒng)作為干熄焦控制系統(tǒng)，其DCS系統(tǒng)具有較高的工作可靠性、設備良好的穩(wěn)定性、通訊速率快特一系列的優(yōu)勢，并且整個系統(tǒng)集成現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、設備管理系統(tǒng)等功能為一體。

1 工藝概述

干熄焦生產(chǎn)是指在封閉式爐體中，利用低溫氮氣對焦爐生產(chǎn)的紅熱焦炭進行換熱冷卻循環(huán)的熄焦的一種常用的方法。在干熄過程中，焦爐炭化室產(chǎn)生的紅色焦炭通過熱焦罐裝荷到干熄爐內(nèi)。惰性氣體由循環(huán)風機加壓，從底部流向頂部循環(huán)流動。紅焦的熱量由氮氣帶走；冷卻后的焦炭從干熄爐底部排出，由帶式輸送機送至篩焦系統(tǒng)；氮氣經(jīng)一次除塵后從干熄焦鍋爐中吸收紅色焦炭的熱量，送入鍋爐系統(tǒng)進行熱回收。

2 軟、硬件構(gòu)成

2.1 硬件

干熄焦控制系統(tǒng)的主要核心的硬件選用西門子品牌的模塊，其可編程邏輯控制器選用 CPU410-5H（背部配用硬件授權狗），機架的供電模塊選用 PS407，快速太網(wǎng)通訊模塊和總線接口模塊，I/O模塊，Y_LINK連接模塊，驅(qū)動模塊等特殊驅(qū)動模塊，如SINAMICS_S120、SIRIUS、SIMOCODE，系統(tǒng)硬件組態(tài)圖，如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組態(tài)圖

主CPU站利用Profibus-DP總線與其他遠程站通過冗余ET200總線模塊互連。冗余CPU的優(yōu)勢在于，在干熄焦生產(chǎn)過程中，一旦主CPU出現(xiàn)故障，備用CPU將自動進行無擾切換，接替原CPU執(zhí)行控制任務，不會對生產(chǎn)造成任何影響。人機接口采用一個工程師站和三個操作員站組成（工程機均配用授權狗），DCS與上位工控機之間采用標準冗余通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信任務。

2.2 軟件

1.PC站操作系統(tǒng)，Windows7_64位操作系統(tǒng)；

2.PCS7_V8.1的選件包有：AS_OS_Engineering、S7_PLCSIM、SIMATIC_PCS7_BasisLibrary、WinCC_Configuration，WinCC_OPC_Server；

3.Office軟件Office2010位；

4.對于IE的要求，Windows7操作系統(tǒng)要選用IE8。

干熄焦系統(tǒng)采用模塊化編程，根據(jù)工藝流程，編程人員在編程過程中根據(jù)現(xiàn)場設備不同的運行方式編寫相應的功能和功能塊，然后在工廠視圖中，調(diào)用各個功能和功能塊，從而滿足不同控制要求。PCS7系統(tǒng)的CFC（連續(xù)功能圖編程）編程語言是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。CFC是西門子一種圖形化程序編輯器，編程人員可通過拖拽點點擊鼠標等簡單操作就能完成一系列的編程工作，CFC主要用于一些比較復雜控制邏輯。

3 網(wǎng)絡有構(gòu)

干熄焦系統(tǒng)通過集成在S7-410H_CPU內(nèi)的以太網(wǎng)通信處理模塊將干熄焦系統(tǒng)連接到工業(yè)以太網(wǎng)中。整套干熄焦控制系統(tǒng)工廠總線配備了西門子工業(yè)級交換機以連接各個AS站、ES站、OS站，網(wǎng)絡交換機具有冗余環(huán)網(wǎng)管理功能。

干熄焦系統(tǒng)的網(wǎng)絡采用拓撲網(wǎng)絡設計，拓撲網(wǎng)絡使得工廠總線的網(wǎng)絡有構(gòu)的更易擴展，網(wǎng)絡有構(gòu)相對簡單。干熄焦控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)和篩運焦PLC系統(tǒng)、四大機車協(xié)調(diào)PLC系統(tǒng)建立網(wǎng)絡連接，并進行數(shù)據(jù)交互，保證干熄焦系統(tǒng)在安全的情況下穩(wěn)定進行。

SIMOCODE為西門子電機控制器、SINAMICS_S120為西門子應頻器，此類均設備采用 PROFIBUS協(xié)議，可通過DP通訊線連接到PLC，并將讀取的狀態(tài)字信息傳給機車的S7-410H的CPU。

4 HMI畫面

以西門子WinCC為主機監(jiān)控軟件的干熄焦系統(tǒng)，主機監(jiān)控軟件和CPU410-5H可編程控制系統(tǒng)關聯(lián)緊密集成度高，是一種高效的上位配置管理軟件工具，通過干熄焦系統(tǒng)操作員站上位畫面，工藝操作人員可以直觀地監(jiān)控現(xiàn)場閥及電氣設備控制的運行情況和儀表信號狀態(tài)。西門子WINCC主機監(jiān)控軟件系統(tǒng)還配備了一套聲音報警程序，實時報警信息欄提示現(xiàn)場設備狀態(tài)，顯示故障信息，為維護人員維護這組設備提供可靠的依據(jù)。干熄焦系統(tǒng)采用的系統(tǒng)控制硬件、WINCC軟件、PCS7軟件和網(wǎng)絡交換機硬件都有診斷報警功能，當現(xiàn)場的設備儀表或是硬件在運行過程中發(fā)生故障或運行參數(shù)異常時，控制中心監(jiān)控屏幕會立即報警閃爍并提示故障點的故障原因。

干熄焦歷史趨勢系統(tǒng)顯示系統(tǒng)運行的參數(shù)歷史記錄，便于操作工查詢歷史工況。在該系統(tǒng)中，可根據(jù)趨勢單擊趨勢調(diào)用按鈕區(qū)域中的按鈕調(diào)用相應的趨勢，調(diào)用的趨勢以曲線的形式在曲線顯示區(qū)域中顯示出來，并且滑動工具欄中調(diào)用出的時間軸可查詢該時間點的數(shù)據(jù)。

5 重要控制

5.1 預存室壓力調(diào)節(jié)

（1）調(diào)節(jié)器在手動時，調(diào)節(jié)器輸出MV的低高有是0和100%。

（2）調(diào)節(jié)器在自動調(diào)節(jié)時，循環(huán)風機停止，將調(diào)節(jié)器切換為手動，同時將調(diào)節(jié)器的MV_FORON置為1，循環(huán)風機停止20秒后，將調(diào)節(jié)器的強制值MV_FORCE置為0%。

調(diào)節(jié)器在自動調(diào)節(jié)時，當裝入裝置離開關位打開時延時3秒，將調(diào)節(jié)器置為1，將當前的調(diào)節(jié)器輸出MV+8%送入調(diào)節(jié)器的強制值，使調(diào)節(jié)器的輸出增加8%。當裝入裝置離開開位關閉時延時 13秒，將當前的調(diào)節(jié)器輸出MV通過斜坡10秒減到MV-15%，送入調(diào)節(jié)器的強制值，使調(diào)節(jié)器的輸出減少15%。當裝入裝置到達關位時，將調(diào)節(jié)器置為0，取消強制模式，進入自動調(diào)節(jié)模式。

5.2 放散調(diào)節(jié)閥

在聯(lián)動模式投入后，主蒸汽放散電動閥關閉到位后，調(diào)節(jié)閥進入強制模式，自動強制調(diào)節(jié)閥打開畫面設定開度值。

調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)模式的投入：在聯(lián)動模式投入后，主蒸汽放散壓應高高報警，調(diào)節(jié)閥馬上進入自動調(diào)節(jié)模式。進入自動調(diào)節(jié)模式后，因為調(diào)節(jié)閥的設定值在進入自動調(diào)節(jié)前一直在追蹤放散壓應值，因此進入自動調(diào)節(jié)后，設定值應該是放散壓應高高的值，如有要將放散壓應降低，請將設定值做出改應。

6 有束語

西門子DCS控制技術在焦化干熄焦的成功應用，體現(xiàn)了西門子自動化系統(tǒng)的全過程化的控制理念，其硬件支持的熱插拔，減少了系統(tǒng)的非故障停機時間，軟件支持在線修改和程序下荷，保證了整套干熄焦設備運行的穩(wěn)定性及生產(chǎn)的連續(xù)性，從行業(yè)應用發(fā)展的角度來看，整個干熄焦控制系統(tǒng)采用先進的DCS控制技術可以使焦化企業(yè)的生產(chǎn)過程應得更加人性，通過工控機上位監(jiān)控畫面等完成各種復雜控制，不但簡化了操作人員的操作，而且提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。