基础级自动化系统在转炉烟气冷却工艺中的应用.doc

SIEMES PCS7过程控制系统在干法除尘系统蒸发冷却工艺中的应用摘 要：本文研究了基础级自动化系统在转炉干法除尘烟气冷却工艺中的应用；系统采用SIEMES PCS7过程控制系统，通过对烟道内的烟气温度，烟气流量等数据采集，控制烟气冷却器中的喷射蒸汽和喷射水量调节，以达到对烟气降温的目的。关键词：SIEMES PCS7过程控制系统 、PID 、蒸发冷却器1 引 言蒸汽冷却器是转炉干法除尘系统中不可缺少的一部分，主要功能是在干法除尘本体前进行烟气冷却，保证干法除尘的正常工作。但是干发除尘系统对烟气冷却、除尘本体及烟气含量的要求较高。蒸汽冷却器烟气冷却的效果直接影响到干法除尘系统正常工作。所以蒸汽冷却器系统采用SIEMES PCS7过程控制系统。它是一种具有典型的过程工程特性，构成了集成且质量一致的一体化系统，能够处理所有层次级、上游和下游过程之中的自动化任务。SIEMES PCS7基于最新的标准技术，例如多用户的HMI、PROFIBUS和快速以太网等。由于使用了SIEMES PCS7过程控制系统，在通讯连接上更容易实现，避免了由于选用不同厂家PLC及HMI而需要中间协议进行数据转换的数据处理过程。在工业控制系统中，PLC作为一种稳定可靠的控制器，已经得到了广泛的应用。特别是在冶金、化工等领域，利用PLC运行稳定、编程控制简单的特点，实现了各种设备的复杂控制。SIEMES PCS7过程控制系统在本系统中主要通过SIEMES PCS7系统中集成的PID控制软件，结合其它烟道内各种数据实现准确、有效的控制。本文将以SIEMENS S7-400 型PLC为基础，讨论基础级自动化及仪表自动化系统在转炉干法除尘烟气冷却工艺中的应用。2 转炉干法除尘烟气冷却的工艺流程2.1 主体设备组成 实现烟气冷却的主要设备有：喷射蒸汽切断阀、喷射蒸汽调节阀、喷射水切断阀、喷射水调节阀。 参与控制的仪表有：蒸汽冷却器入口及出口温度、喷射蒸汽及喷射水流量、除尘本体入口及出口温度、烟气流量。具体分布见（图1）图（1）2.2 工艺控制过程转炉生产过程中，吹炼阶段蒸发冷却器温度满足条件，蒸汽切断阀及蒸汽调节阀首先打开，烟道内烟气温度继续上升到一定值时，喷射水切断阀及喷射水调节阀到开，精确调整通过PID控制，根据设定温度及蒸发冷却器出口实际温度的偏差校准水量。在非吹炼阶段蒸发冷却器的入口及出口温度高于一定值时，喷射蒸汽切断阀和喷射蒸汽调节阀开，保证烟道内烟气温度不是过高。当吹炼结束，开始出钢阶段粗输灰系统将烟气沉积的大粒粗灰输送到储灰仓，保证下一炉的正常吹炼。3 系统构成 PLC在控制及编程方面方便、可靠。HMI人机界面控制系统WINCC在控制方面的功能非常强大。通过PCS7的集成使得PLC与WINCC之间的连接与编程变得方便、快捷、可靠，更加方便于自动控制。3.1 PLCPLC采用可以使用PCS7软件的S7-400型可编程控制器，基本配置包括底板、电源模块、CPU及I/O模块。3.1.1 CPU CPU414-3是SIEMENS推出的高性能处理器，工作内存0.8MB， 0.08ms/1000条指令，16KB I/O点，可连接2个DP/MPI口，且有接收发送的直接数据交换能力，多值计算能力。 3.1.2 SM431模拟量输入模件8*14bit，可采集2线、4线制电流，电压信号及热电阻/热电偶线性化A/D转换，其有自诊断功能。3.1.3 SM432模拟量输出模件8*13bit，可输出420ma信号3.1.4 SM421数字量输入模件32点，DC24V ，4组输入。3.1.5 SM422数字量输出模件32点，DV24V*0.5A，4组输出。 4 WINCCWincc是世界上第一个HMI（集成人机界面）软件系统，它将工厂的系统软件真正集成进自动化过程中。作为一个过程可视化应用程序能方便地观察自动控制过程的全部特征。其项目工程环境包括：图形归档、报表编辑器及数据处理器等。为用户提供了良好的编程环境。5 软件设计蒸发冷却器作为干法除尘系统的一部分其主要作用就是将转炉烟气通过雾化水冷却，由于干法除尘从安全角度考虑对烟气当中的水和蒸汽含量要求较高。所以当转炉生产吹炼过程中，喷射蒸汽和喷射水阀的开关顺序有严格的要求，并且对喷射水量的控制要求平稳且准确。详见下（图2）NYNNNYYYYYYYY自动方式蒸汽切断阀吹炼阶段非吹炼阶段入口温度250入口温度300出口温度130入口温度350蒸汽切断阀开到位水切断阀水切断阀开到位水调节阀延时20秒出口温度300水调节阀投入PID延时20秒或蒸汽调节阀水切断阀关到位入口温度130图(2) 在PLC程序的设计主要在于喷射蒸汽阀与喷射水阀间的开关顺序及喷射水量的调节，水量的调节主要根据蒸汽冷却器出口温度与设定温度的偏差，通过温度PID控制器计算出主给定，再根据烟气流量、除尘器本体温度及喷射蒸汽和水流量计算出补偿值进行喷射水量给定的补偿来精确控制喷水量。6 WINCC画面Wincc画面由主画面和报警画面组成。主画面包括：操作及选择对话框，模拟现场的设备画面及实际的设备运行状态、入口和出口温度及各种数据显示。在操作中通过选择自动/手动，可实现自动连锁联动，手动方式则可以单体动作是一种检修的模式。调节器不可以手动，以防误动作。在画面中可进行蒸发冷却器出口温度设定。7 调试过程中出现的问题及解决方法7.1 吹炼初期依靠温度控制导致EC出口温度过高。由于吹炼初期管道及EC本体烟气温度上升过快，检测温度达到控制温度时，再开阀喷水、蒸汽已经滞后，造成EC出口温度长期持续高温。为解决这个问题，在吹炼初期喷射蒸汽和喷射水都以恒定阀开度喷射，对烟气进行快速降温。7.2 在吹炼过程中蒸汽冷却器的入口及出口温度检测元件不能快速、准确反应烟道内部烟气温度，导致EC出口温度不能根据其设定温度准确调节。吹炼过程中，烟气温度波动大而且与实际不符。经检查温度检测元件N型电偶的温度变送器量程错误，后对温度变送器重新标定。7.3 喷射水流量波动，EC出口温度控制不稳。在程序设计当中采用两个PID控制器。第一个PID温度控制器是根据出口温度设定与实际出口温度的偏差计算出喷射水流量主给定值。第二个PID控制器是将主给定和计算出的补偿值相加后得出喷射水的流量给定值以控制喷射水调节。由于PID温度控制器参数调整不好，在温度急剧上升时，主给定不能跟随变化，经过在实际情况将比例和积分参数调整后，通过喷射水的调节将出口温度控制在规定范围内。7 结束语 包钢薄板坯连铸连轧厂2座210吨转炉干法除尘系统是引进奥钢联公司的具有世界先进水平的转炉一次烟气处理系统。该系统与原有的湿法除尘系统相比具有节能、高效的明显优势。该系统建成后对薄板厂炼钢系统实现负能炼钢，改善工作环境有明显效果。 参 考 文 献l PID温度控制手册 SIEMEN