干法除塵自動控制系統(tǒng)略談
論文導讀：對其自動控制系統(tǒng)進行改進。改進，干法除塵自動控制系統(tǒng)的研究與應用。
關鍵詞：自動控制系統(tǒng)功能，改進
1 前言
萊鋼三座120噸轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及煤氣回收采用干法除塵技術(shù)，干法除塵系統(tǒng)的設備在布置上基本分兩部分：蒸發(fā)冷卻器在轉(zhuǎn)爐跨內(nèi)，靜電除塵器、風機、液壓站、放散煙囪和煤氣冷卻器分布在廠房外。其中的每個設備都非常重要，哪個設備出現(xiàn)了問題都將影響整個系統(tǒng)的進行，而這些設備的維修需要一個漫長的過程，因此原有的控制系統(tǒng)已不能適應轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的快速節(jié)奏和環(huán)保要求，為此我們通過研究，對其自動控制系統(tǒng)進行改進，對于三座轉(zhuǎn)爐公用的斗式提升機和刮板輸送機，增加一套備用細灰運輸系統(tǒng)，蒸發(fā)冷卻器部分增加一旁通管路，當主管上的水調(diào)節(jié)閥和切斷閥出現(xiàn)故障時切換到主管，從而不影響煙氣的冷卻，新上一套4#靜電除塵器系統(tǒng)，哪個爐子的靜電除塵器出現(xiàn)問題時可以切換到4#靜電除塵器，新上一套備用風機系統(tǒng)和4#風機切換站系統(tǒng)，哪個爐子的風機出現(xiàn)問題時可以切換到備用風機系統(tǒng)或4#風機切換站系統(tǒng)，從而不會影響生產(chǎn)的正常進行。
2 工藝流程簡述
轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，氧氣與碳反應生成具有高含量一氧化碳的尾氣。由于與工藝相關的原因，加熱期間的煙道氣流量、煙道氣成分和溫度是不同的。在高熱的轉(zhuǎn)爐煙道氣可被有效使用之前，必須對它進行冷卻和除塵。離開轉(zhuǎn)爐的主煙道氣在余熱鍋爐中得到降溫，出口可得到約為850℃的煙道氣平均出口溫度。水被直接噴入要被冷卻的煙道氣流中。應將噴水速率選擇為能確保被轉(zhuǎn)爐熱煙道氣完全汽化，同時借助于雙介質(zhì)噴嘴實現(xiàn)水的霧化。除了冷卻轉(zhuǎn)爐煙道氣之外，由于煙道氣速度減速和用水滴濕潤粉塵的緣故，出現(xiàn)集塵。被收集的粉塵量取決于轉(zhuǎn)爐工藝及在吹氧階段添加石灰的速率和時間。從蒸發(fā)冷卻器出來的200℃左右的煙道氣進入靜電除塵器。靜電除塵器包括并排布置的集電電極和呈缺口的條狀電極狀的放電電極。在靜電場的作用下，氣體離子向地遷移，導致電流流動。這些負氣體離子的一些依附在粉塵上，從而使它們依附在集電電極上。然后通過規(guī)定的間隔時間通過振打使粉塵沉積下來。為了防止粉塵沉積或濕度引起電飛弧，對靜電場的絕緣子要進行加熱。利用可調(diào)速的軸流風機實現(xiàn)煙道氣的吸入控制，并根據(jù)氣體分析儀檢測的CO濃度來控制切換站將煤氣送至煙囪或煤氣柜，實現(xiàn)放散或回收的快速切換。論文參考，改進。圖1簡單的表示了干法除塵的工藝流程圖
圖1 干法除塵工藝流程圖
3自動控制系統(tǒng)功能
3.1系統(tǒng)的控制功能和特點
整個干法除塵自動控制系統(tǒng)的一級自動化（基礎自動化）采用SIMATIC S7－400PLC系統(tǒng)作為系統(tǒng)的中心，系統(tǒng)軟件選擇SIMATIC WINCC6.2和STEP7 5.4作為監(jiān)控軟件和編程軟件，與轉(zhuǎn)爐本體、余熱鍋爐等自動化系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)通訊，組成以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)PLC與上位機之間的信號的傳輸、報警和數(shù)據(jù)采集等。根據(jù)干法除塵設備分散的特點，PLC按設備分布區(qū)域劃分為主站和從站，從站為主PLC的遠程擴展單元，主站放置在干法除塵電磁站內(nèi)，控制蒸發(fā)冷卻器及相應的排灰等的蒸發(fā)冷卻器從站放置在主控樓的PLC室內(nèi)，采用SIMATIC S7－300PLC系統(tǒng)，通過光纜與主站進行通訊，其它分站通過IM460-0和IM461-0接口模塊與主站進行通訊。論文參考，改進。其中蒸發(fā)冷卻器的旁通在PLC室的從站上，備用細灰運輸系統(tǒng)、備用風機、4#靜電除塵器、4#風機切換站系統(tǒng)在干法除塵公用PLC上，公用PLC亦分為主站和從站，均放置在干法除塵電磁站內(nèi)，其中煤氣冷卻器部分的從站采用SIMATIC S7－300PLC系統(tǒng)，通過PROFIBUS電纜與主站通訊，其余兩個從站通過IM460-0和IM461-0接口模塊與主站進行通訊。另外三座轉(zhuǎn)爐公用的斗式提升機和刮板輸送機的控制在1#爐干法除塵PLC上，因此在進行1#爐干法除塵PLC維護時注意，只有在確認另外兩個爐子都沒有使用的情況下，才能對其PLC進行斷電等操作。
3.2蒸發(fā)冷卻器的噴水控制
首先應進入吹煉的準備階段（加鐵水或二次吹煉信號），在畫面上反映為第三階段（PHASE3）在第三階段的基礎上氧閥打開，開始吹煉，進入第四階段（PHASE4）。氧閥打開后，蒸汽閥立即打開。論文參考，改進。同時因為爐內(nèi)的碳氧反應，煙道氣溫度開始上升，當EC入口高于300度時，水閥打開，開始對煙道氣噴水進行降溫，此時調(diào)節(jié)閥的開度保持在默認值（開度50％，可調(diào)）。15秒后，水量調(diào)節(jié)控制器打開，再過5秒后，溫度控制器（PID調(diào)節(jié)塊）被激活為自動模式。吹氧結(jié)束后，一旦EC的入口溫度低于預設值（默認為250度，可調(diào)），水閥關閉，溫度控制器回到手動模式，水量調(diào)節(jié)控制器關閉。水閥關閉20秒并且停止吹氧120秒后，蒸汽閥關閉（為了保證系統(tǒng)中剩余的水被完全霧化）。進入第四階段后（PHASE4），過90秒，自動進入第五階段（PHASE5）：吹氧。在氧氣閥關閉以后，系統(tǒng)認為一個冶煉周期結(jié)束，自動進入第六階段（PHASE6）：吹氧結(jié)束。該階段自我保持100秒后回到第一階段（PHASE1）：停止冶煉。等待加鐵水信號或二次吹煉信號來到時，再次進入第三階段，重新開始一個循環(huán)。
3.3轉(zhuǎn)爐的煙氣流量控制
為了適應煉鋼工藝，將煉鋼過程分為不吹氧、預熱、開始吹氧、吹氧、吹氧結(jié)束、爐口清理等六個階段，分別設定各階段由軸流風機的變頻器控制的煙氣流量，根據(jù)該設定值和爐口壓力來實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣流量的控制。
將吹氧量與爐口壓力控制器的輸出信號相乘所得到的值，加到各階段煙氣流量設定的串級比例控制器上。論文參考，改進。如果吹氧速度發(fā)生變化，這種比例控制能夠通過爐口壓力控制器的輸出信號，確保煙氣的流速在相同的比例上立即得到適應。
爐況的變化以及爐氣溫度等所導致的余熱鍋爐中的壓力變化通過壓力控制器對吹氧速度和煙氣流量之間的比例關系加以修正來進行補償。測量的煙氣流量根據(jù)標準的條件進行壓力和溫度校正。此外，將噴入蒸發(fā)冷卻器的水蒸汽含量從校正后的煙氣流量中扣除，使得受控變量能夠代表標準條件下干態(tài)的煙氣流量。
煙氣流量控制器的輸出信號經(jīng)過變頻器控制軸流風機的轉(zhuǎn)速。
3.4 切換站的壓差控制和鐘形閥的位置控制
在煉鋼過程中，煙氣放散或回收是由CO的濃度條件來觸發(fā)切換的，通過切換站的兩個分別通往煤氣柜和煙囪的鐘形閥的開啟來實現(xiàn)控制。論文參考，改進。
在放散轉(zhuǎn)回收之前，首先通過煙囪鐘形閥對風機下游的壓力進行憋壓，直到高于煤氣柜一定的壓力才能進行回收操作;當回收切換至放散時，也必須保持一個小的正壓，以防止煤氣從煤氣柜倒流，因此針對這兩種不同的切換方式，在程序中也必須由具有兩個不同設定值的差壓控制回路來控制切換過程，該控制器的輸出信號控制煙囪鐘形閥的開度調(diào)節(jié)，使煤氣柜鐘形閥前后的壓差達到相應的設定值，從而保證煤氣在正常切換或緊急快速切換過程中均能實現(xiàn)無壓力擾動切換。LT系統(tǒng)的煙氣切換所需時間僅為8秒，如在作業(yè)過程中發(fā)生事故，煙氣流可在3秒內(nèi)被迅速地從通往煤氣柜切換到通往火炬的通道里。論文參考，改進。
3.5 原控制系統(tǒng)與備用系統(tǒng)的切換
蒸發(fā)冷卻器系統(tǒng)當水切斷閥或切斷閥出現(xiàn)故障時，可以切換到旁通，通過點擊蒸發(fā)冷卻器畫面上的主管/旁通按鈕來實現(xiàn)，旁通管路上有水流量計，切換以后則旁通的水流量參與噴水流量調(diào)節(jié)。
當三座轉(zhuǎn)爐公用的斗式提升機和刮板輸送機出現(xiàn)故障時，可以切換到備用細灰運輸，通過切換到備用細灰運輸畫面啟動設備來實現(xiàn)。
靜電除塵器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以切換到4#靜電除塵器，通過在每個爐子的4#靜電除塵器畫面上點擊選擇/放棄4#靜電除塵器按鈕來實現(xiàn)。只能有一個爐子選擇，某一個爐子選擇時，其它兩個爐子必須放棄選擇才能正常使用。
風機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以切換到備用風機系統(tǒng)，通過在每個爐子的備用風機畫面上點擊使用/不使用備用風機來實現(xiàn)。也可以切換到4#風機切換站系統(tǒng)，通過在每個爐子的4#風機畫面上點擊選擇/放棄4#風機來實現(xiàn)，同樣只能有一個爐子選擇，某一個爐子選擇時，其它兩個爐子必須放棄選擇才能正常使用。切換到4#風機切換站系統(tǒng)后，則煤氣回收通過4#切換站來實現(xiàn)。
4 抗干擾功能的設計與實現(xiàn)
由于供電系統(tǒng)中有大量高次諧波存在，嚴重威脅控制系統(tǒng)的正常運行和通訊網(wǎng)絡的實現(xiàn)、安全、穩(wěn)定、暢通.為此設計中根據(jù)各種干擾源的情況，采取了以下抗干擾功能.
4．1 接地措施
計算機系統(tǒng)單獨接地，接地電阻小于1.0歐姆，與電氣接地分開，以防形成接地環(huán)在接地線上產(chǎn)生接地電流引起PLC誤動作。
4．2 模擬量輸入信號濾波
對系統(tǒng)模擬量輸入信號在進入PLC模擬量通道以前，先經(jīng)過信號隔離器消除通道中的串模干擾，提高了通道的信躁比。
4．3 模擬量通道屏蔽
模擬量信號的輸入導線采用有內(nèi)外屏蔽線的多芯雙絞線電纜，在橋架中分開敷設，單端接地,有效地衰減了高頻干擾,降低了輻射干擾和電磁偶合干擾，保證了有用信號正常傳輸.
4．4 通訊電纜設置
采用光纜通訊，防止對設備進行干擾，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
4．5設備安裝部置
PLC柜與動力柜分別安裝在不同的地點,PLC柜安裝在操作室,動力柜安裝在電氣室,這樣有效地減少了強電磁干擾.
5結(jié)束語
系統(tǒng)投運至今運行可靠，抗干擾技術(shù)的合理應用，保證了PLC設備和通訊網(wǎng)絡在惡劣環(huán)境下的安全運行，特別是控制系統(tǒng)改進后，提高了系統(tǒng)的自動化水平，為煉鋼贏得了寶貴的時間，同時也為設計和維護人員積累了寶貴的經(jīng)驗。
參考文獻：
（1）潘新民、王燕芳微型計算機控制技術(shù)人民郵電出版社1999年
（2）皮壯行等可編程控制器系統(tǒng)設計與應用實例機械工業(yè)出版社2003年
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