干法除尘自动化控制系统

基于PLC与WinCC的干法除尘控制系统的设计及应用

(福建省三钢（集团）有限责任公司，福建三明365000) 摘要：本文介绍了一种基于PLC与WinCC的高炉煤气干法除尘自动化控制系统的设计及应用。该控制系统采用在Profibus-DP现场总线控制，中间增加两个中继器来对信号进行有效放大和再生处理，从而达到扩展网络规模，保证了控制系统可靠、及时、高速的数据通信；采用了WinCC监控软件设计的HMI监控画面，利用其全局C脚本自动生成EXCEL文件格式的生产日报表。

关键词：PLC；WinCC；Profibus-DP；干法除尘；HMI监控画面；

0 引言

炼铁高炉煤气干式布袋除尘由于节水、一次性投资后运行维护费用低，已经成为高炉重要的煤气除尘方式，同时可以开发干式高炉煤气余压发电（TRT发电）, 利用高炉煤气余压余能奠定了基础, 是目前国内外高炉煤气除尘应用热点。

2012年5月，福建省三钢( 集团) 有限责任公司4#高炉1050m3干法除尘设施进行全面改造，其电气自动化控制系统结合之前运行维护经验进行全面升级改造。本套基于PLC与WinCC的干法除尘自动化控制系统的设计，从节约成本考虑，需要将原先的现场控制箱及开关量输入输出模块应用到新系统中，并采取新增4个BL67仪表站点全面取代原先集中回控制室的仪表模拟量信号。这样即节省了中控室控制柜的数量，减少了其占地面积，为与高炉其他辅助设施控制全面集中到一个控制室奠定了基础，又使得整个采用Profibus-DP现场总线控制的PLC系统更加有利于日常的检修维护。

1系统工艺流程简介

图1 干法除尘工艺流程图

如图1所示，本套干法除尘控制系统的高炉煤气先经过重力除尘器将大颗粒

粉尘因自身重力作用自然沉降，再由荒煤气总管通过进口蝶阀和进口盲板阀分配到装有若干布袋除尘器的14个箱体中，在箱体中荒煤气颗粒较大的粉尘再因重力作用自然沉降，颗粒较小的粉尘随煤气继续上升。荒煤气经过滤袋时，粉尘被阻留在滤袋的外表面，煤气此时得到净化。净化后的煤气进入箱体上部，再通过出口盲板阀和出口蝶阀进入净煤气总管，并最终经过TRT发电机组或减压阀组输送到煤气总管网。

当荒煤气温度大于260℃或低100℃时，系统将自动关闭所有箱体进口蝶阀，同时打开荒煤气顶部放散阀组，进行荒煤气放散，该过程为无扰切换，并可以有效控制高炉炉顶压力。随着过滤过程的不断进行，滤袋上的粉尘越积越多，过滤阻力不断增大。当阻力增大或时间到一定值时，电磁脉冲阀启动，进行脉冲喷吹清灰，喷吹气采用氮气，清理的灰尘落入箱体下部。当箱体下部中的灰尘累积到一定量由料位计控制或时间控制时，启动刮板机卸输灰系统。灰尘经星型卸灰阀卸入输灰管道，由刮板机将灰尘输送至大灰仓，最后粉尘经加湿机加湿再由运灰汽车运走。

2 PLC控制系统

2.1 控制系统硬件组成

图2 干法除尘控制系统总硬件图

如图2所示，干法除尘控制系统设备控制级采用西门子S7系列的PLC, PLC控制器采用STEP7 V5.4软件进行组态编程，CPU使用高性能的414-2 DP型处理器, 确保了控制系统的稳定性和快速性。PLC和现场各远程站之间采用Profibus-DP通信网络连接, PLC与ET200工作站之间通过Profibus-DP 进行通讯，通讯速率12 M，保证了控制系统可靠、及时、高速的数据通信。电气控制、仪表控制和计算机控制采用“三电合一”，即电气控制、仪表控制、计算机全部采用一套PLC控制系

统。低压配电部分设计有电源自动切换柜，并通过UPS电源保证了PLC 主站与现场分布式I/O站电源系统的稳定性和可靠性。PLC控制柜主要硬件构成如表1所示。此外，采用图尔克BL20系列产品通过两个电机控制柜控制14个箱体的仓壁振动器与星卸电机的启停。电动设备仓壁振动器、星卸电机和刮板机，采用机旁、远程上位机两种操作方式来进行控制，机旁操作仅用于调试和检修设备时使用，远程上位机操作为正常生产时使用的操作方式。其他A、B蝶阀、C、D盲板阀和上下球阀等只采用远程上位机操作方式。

2.2 Profibus-DP现场总线通讯方式

图3 中继器

Profibus-DP现场总线采用RS-485差分平衡传输方式，最大的优点是可抑制噪声，但在现场设备过多、传输线路距离过大、外部环境电磁干扰严重情况下，控制系统就可以通过增加中继器来对信号进行有效放大和再生处理，从而达到扩展网络规模、保证良好通信质量的目的。中继器如图3所示，它的总线接口为一进三出，并分为Segment1和Segment2两段，其中Segment2具有信号放大功能，而Segment1没有。因此，在实际应用中，距离短的用Segment1或Segment2都可行，但到下一个距离远的站点通常用Segment2，这样可以防止距离远的站点丢失，有效降低总线故障。检修人员在处理总线故障时，切记不要将原先接Segment1和Segment2的总线接头位置调换，否则可能将总线故障进一步扩大丢失更多站点，查找总线故障时最好使用终端电阻，从前端站点开始逐级查找。在调试现场总线通讯过程中，由于现场电气施工人员水平参差不齐，在总线联接施

工过程中存在着一些问题，调试人员可以通过终端电阻逐级查找总线故障点。本系统由于PLC柜与现场站点的距离较远，从PLC控制柜两DP口出来的总线分别进干法现场东西两边的中继器IN端口，在由三个OUT端口分别连接现场箱体其它几层的站点，现场各个模块之间现场总线通过总线T型头串联起来，此外，中继器不需要在STEP7硬件中进行组态。

2.3 控制方式的实现

干法除尘控制系统中每个箱体设有一套脉冲氮气反吹系统。包括:氮气包、脉冲阀、喷吹管、球阀等。每个喷吹包各安装15个脉冲阀。反吹介质为氮气，脉冲用氮气压力为0.3～0.4MPa，小时用量约为1000m3。反吹方式：在线反吹、半闭线反吹和单体反吹，可连续周期性进行反吹，也可实现定时或定压差的间歇反吹操作制度。脉冲反吹系统主要包括喷吹气包、脉冲阀、喷吹管、阀门、喷嘴等。工作原理：脉冲阀开启后，高压氮气通过喷吹管从喷嘴里喷出，形成高速气流进入滤袋，并从周围引射数倍于喷射气量的净煤气冲进滤袋，使滤袋急剧膨胀，引起一次冲击振动。并在瞬间产生由里往外的逆向气流。在冲击振动和逆向气流的作用下，滤袋表面的粉尘被抖落。整个过程约为0.1秒。卸灰系统采用中间灰斗加三阀的形式，即布袋除尘器筒体下设气动锁紧式卸灰钟阀，中间灰斗下设气动锁紧式卸灰钟阀，再设星形给料阀。卸灰时，先将箱体灰斗中的灰尘卸到中间灰斗中，然后再由中间灰斗卸到刮板输送机中运出。箱体灰斗的容积大于中间灰斗的容积，以保证箱体卸灰时，能保证部分灰封，防止煤气窜入中间灰斗中。两个过程分开进行，保证煤气在卸灰过程不泄露。

现场14个布袋除尘器和其他设备的控制硬件组成如表3所示。

除脉冲反吹需要氮气气源外，气动阀门驱动、氮气炮也需要氮气。因此应设置氮气储存罐，用来暂时存储氮气。在除尘器装置中设1个10m3氮气储气罐，氮气气源压力应不小于0.8MPa。除尘器本体上面主要阀门设备为气动，气动阀门的操作采用计算机系统控制气动阀门线圈状态的方法来控制气动阀门。机旁操作通过计算机系统选择，由机旁按钮信号反馈到PLC，由PLC输出指令操作电气柜内的接触器来达到动作设备的目的。设备的现场限位开关信号均须输入计算机系统。

1、布袋除尘器荒煤气总管温度检测、报警，净煤气总管温度检测。

2、压力检测11个点，分别为荒、净煤气总管压力检测，大灰仓两个进口，1个出口压力检测，四个氮气调压阀组后压力检测和一个煤气调压阀组后压力检