崔立亮
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鐵廠，河北涉縣 056404）
[摘 要] 介紹了天鐵高爐除塵的 CEMS-200 煙氣分析系統(tǒng)的特點(diǎn)、系統(tǒng)組成和工作原理，同時(shí)介紹了通過(guò) PLC采集在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，程序控制，輸出聲音報(bào)警等功能的實(shí)現(xiàn)。
[關(guān)鍵詞] 煙氣；分析系統(tǒng)；在線監(jiān)測(cè)；高爐；除塵
0 引言
為滿足我國(guó)日益嚴(yán)格的煙氣監(jiān)測(cè)要求，強(qiáng)化環(huán) 保意識(shí)，煉鐵廠高爐區(qū)域在原有的基礎(chǔ)上又新增加了 5 套在線監(jiān)測(cè)煙氣分析系統(tǒng)，分別安裝在 1#~4# 高爐出鐵場(chǎng)和溝下棧橋等處，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳 輸，滿足國(guó)家環(huán)保要求。
1 設(shè)備現(xiàn)狀
1#~4# 高爐原有在線監(jiān)測(cè)采用北京雪迪龍公司的煙氣監(jiān)測(cè)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)存在丟失、不準(zhǔn)確， 通訊電纜連接找不到終端設(shè)備等現(xiàn)象，定期標(biāo)定的 氣體、壓縮空氣導(dǎo)管易出現(xiàn)堵塞，無(wú)法完成標(biāo)定，從而導(dǎo)致上傳數(shù)據(jù)失真。為符合國(guó)家環(huán)保局的要求， 滿足企業(yè)正常生產(chǎn)，煉鐵廠新配備了 CEMS-200 煙 氣分析系統(tǒng)，并將其安裝到高爐、槽下等現(xiàn)場(chǎng)各個(gè) 平臺(tái)處。
2 CEMS-200 煙氣分析系統(tǒng)概述
2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）可靠性高，該氣體分析儀采用疝燈光源，壽 命能達(dá)到 10 年左右。粉塵檢測(cè)儀采用一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性性能高。
（2）檢修維護(hù)方便，成本較低，設(shè)備探頭采用一 體化過(guò)濾器，過(guò)濾效果好，反吹效率高，探頭使用壽 命長(zhǎng)。氣體分析儀中光源、氣體室和光譜儀之間采用光纖連接，維護(hù)更換簡(jiǎn)單。
（3）測(cè)量的準(zhǔn)確率高，具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能，可自 動(dòng)糾正零點(diǎn)偏差，校準(zhǔn)周期可靈活調(diào)整；氣體分析儀原理是采用紫外差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)，有效解 決了水、粉塵、煙氣等對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的影響。
（4）帶遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷功能，采用 GPRS 技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷，也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)， 方便檢修操作。
2.2 系統(tǒng)組成 CEMS-200
全程高溫伴熱法系統(tǒng)由氣態(tài)污染物 （SO2、NOx、O2、HCL、HF 等）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、高爐煙 塵顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、高爐煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)以 及數(shù)據(jù)采集與子系統(tǒng)組成。
2.3 工作原理 CESM-2000
全程高溫伴熱法系統(tǒng)預(yù)處理的流 程如圖 1 所示。高爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)高溫采樣探頭 以及伴熱管到達(dá)高溫氣體室，測(cè)量池放在加熱容器中，使采樣過(guò)程中的煙氣一直處于高溫狀態(tài)，因此沒(méi)有冷凝水析出，SO2、NOx 等水溶性氣體也就不會(huì)有丟失，從而保證了設(shè)備不受酸性溶液的腐蝕，以 及測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。前面板上的溫控表，我們根 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高爐的實(shí)際情況給采樣探頭，伴熱管和加熱 盒分別設(shè)定不同的溫度。整個(gè)測(cè)量完成后，煙氣通 過(guò)排空管排空。
煙塵粉塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)采用 LDM-100 激光后散 射煙塵儀，利用激光后散射原理測(cè)量高爐煙氣粉塵的實(shí)際濃度。煙氣粉塵參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要包括高 爐煙氣的流速、管道取口采樣的溫度壓力、濕度等 測(cè)量，煙氣流速采用差壓變送器進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量高爐煙氣流動(dòng)中的全壓和靜壓，最后換算得 到煙氣流速。 數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)包括高端一體化工作站、監(jiān)控軟件、DCS 接口模塊等。SC-100 控制箱安裝 在高爐現(xiàn)場(chǎng)管道平臺(tái)上，監(jiān)測(cè)設(shè)備均由 SC-100 進(jìn) 行持續(xù)供電，同時(shí) SC-100 兼有接受所有設(shè)備的輸 出信號(hào)，信號(hào)通過(guò)設(shè)備內(nèi)部的處理單元轉(zhuǎn)換為 RJ485 與工控機(jī)進(jìn)行通訊，工控機(jī)與檢測(cè)軟件匯總 需要的氣體濃度，取數(shù)時(shí)間，5 min 或 15 min，時(shí)間 可調(diào)，操作人員點(diǎn)擊可生成報(bào)表，存儲(chǔ)備份數(shù)據(jù)，以 及上傳當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門(mén)。
3 煙氣在線系統(tǒng)與 PLC 控制
煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，超標(biāo)時(shí)會(huì)有 報(bào)警，曲線分析，沒(méi)有聲音報(bào)警，由于操作人員不能 一直看守計(jì)算機(jī)屏幕，所以會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)未及時(shí)看 到，造成數(shù)據(jù)上傳時(shí)無(wú)法及時(shí)通知檢修人員檢修，從而影響高爐正常生產(chǎn)。為解決這一問(wèn)題，利用現(xiàn)有的GE 產(chǎn)品 RX3I 系列 PLC 控制系統(tǒng)，采用并行輸出模 擬量值到 PLC 模板，通過(guò)程序控制，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警。
3.1 煙氣在線系統(tǒng)與 PLC 的連接
煉鐵廠高爐生產(chǎn)系統(tǒng)采用 GE 公司的 PLC 設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)煙氣采集模塊并聯(lián)輸出信號(hào)到 GE 模擬量 模板，通過(guò) ME 可編程控制程序進(jìn)行換算，設(shè)定報(bào)警 值，出鐵場(chǎng)粉塵顆粒濃度大于 5 umol/mol，槽下粉塵顆粒物濃度大于 10 umol/mol，系統(tǒng)輸出報(bào)警，蜂鳴報(bào)警器響。5 個(gè)除塵站點(diǎn)通過(guò) PLC 程序通訊，以 1#高爐為例，1# 高爐除塵系統(tǒng)分別與其他 4 個(gè)站點(diǎn)PLC 建立軟件通訊，讀取寄存器數(shù)值到本地 PLC 設(shè) 備，本地 PLC 設(shè)定報(bào)警值，輸出中間節(jié)點(diǎn) M 線圈，中 間節(jié)點(diǎn)線圈輸出到 Q 點(diǎn)繼電器得電，蜂鳴報(bào)警器響。在監(jiān)控圖中，顯示哪一個(gè)粉塵顆粒物超標(biāo)，超標(biāo) 的具體數(shù)值都能看到，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，方便操作工檢查， 及時(shí)通知檢修人員檢修，避免數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)，降 低了生產(chǎn)故障率。
3.2 可編程程序控制
GE 公司的 PLC 模擬量輸入模板采集現(xiàn)場(chǎng)煙氣 集線箱模塊上的輸出 4~2 0MA 信號(hào)，進(jìn)入 PLC 模 擬量模板，使用可編程控制軟件 ME 7.0，硬件配置 添加模擬量輸入模板 IC693ALG221，設(shè)置開(kāi)始地 址，然后編寫(xiě)程序，算法是 AI 值對(duì)應(yīng) 4~20 MA，對(duì)應(yīng)量程 0~50 umol/mol，對(duì)應(yīng) 0~32 000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，即 32 000 除以最大量程算出系數(shù)，乘以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)來(lái)的 AI值得到實(shí)際顆粒物濃度或煙氣濃度，存入寄存器 R 值，R 值進(jìn)行上限比較，當(dāng) R 值大于上限輸出報(bào)警 中間寄存器 M 點(diǎn)，M 得電則輸出到 Q 點(diǎn)，繼電器得 電，聲音報(bào)警，蜂鳴響。R 值寄存器與下限比較，下限設(shè)定為 0.1，當(dāng)小 于 0.1 時(shí)，延時(shí)時(shí)間大于 5 min，延時(shí)報(bào)警，監(jiān)控畫(huà)面 顯示檢修或通訊未建立連接，蜂鳴響，操作人員及時(shí)聯(lián)系檢修人員處理故障，并上報(bào)上級(jí)主管部門(mén)， 聲音報(bào)警器可消音處理。
高爐現(xiàn)場(chǎng) 5 個(gè)除塵站點(diǎn)都集中在一個(gè)操作室操作，需要一個(gè) PLC 與其他 4 個(gè) PLC 分別建立通訊系統(tǒng)，使用通訊請(qǐng)求指令 COMMREQ，塊移動(dòng)指令 BLKMOV 配合完成，讀取數(shù)據(jù) 2003，寫(xiě)入數(shù)據(jù)2004，讀取哪個(gè) PLC 時(shí)，就寫(xiě)入相應(yīng)的 PLC 的 IP 地址，本地寄存器地址是指存放讀取的數(shù)據(jù)的首地址， 遠(yuǎn)程寄存器地址是指從那個(gè)地址開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)類(lèi)型為寄存器值時(shí)，則 INT 寫(xiě)入 8，數(shù)據(jù)長(zhǎng) 度可根據(jù)使用情況自定義，Enable 使能控制，使用1S 控制，初始值為 0，1S 完成由 0 到 1 的跳變，使能 接通，執(zhí)行后續(xù)指令，完成通訊請(qǐng)求指令。 當(dāng)一個(gè) PLC 同時(shí)與 4 個(gè) PLC 通訊時(shí)，出現(xiàn)延誤 報(bào)警或誤報(bào)的現(xiàn)象，修改程序，添加周期掃面，掃面 時(shí)間為質(zhì)數(shù) 3、5、7、9 ms，一高爐 PLC 與二高爐通訊時(shí)開(kāi)點(diǎn)得電，與其他 PLC 通訊的閉點(diǎn)得電，一次只 于一個(gè) PLC 通訊，循環(huán)掃面 45 ms 為一個(gè)周期，網(wǎng) 絡(luò)不會(huì)出現(xiàn)堵塞，保證通訊暢通，不丟數(shù)據(jù)。程序控 制見(jiàn)圖 2。
監(jiān)控組態(tài)軟件采用 Cimplicity hmi 6.1 版本， Cimplicity 6.1 組態(tài)軟件是美國(guó)通用公司開(kāi)發(fā)的，主 要用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫(huà)面系統(tǒng)的組 態(tài)軟件。在現(xiàn)有的工程項(xiàng)目 PRJECT 中，添加新點(diǎn)，定義 別名，例如 M 點(diǎn)，定義為布爾型，R 寄存器為浮點(diǎn) 型，然后寫(xiě)入實(shí)際地址，%r%m，定義元素個(gè)數(shù)，數(shù)據(jù) 源等參數(shù)配置，完成點(diǎn)的建立。圖形的編譯，輸入文 本框，寫(xiě)入漢字顆粒物值，在 text 文本框下方連接點(diǎn)選擇剛新建的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，這樣完成顆粒物的實(shí)際數(shù) 值顯示，報(bào)警畫(huà)面在工程圖形編輯對(duì)話窗中的標(biāo)簽 欄 visble 是否可見(jiàn)一項(xiàng)寫(xiě)入表達(dá)式，M=1 時(shí)，圖形顯 示，顯示顆粒物超標(biāo)，漢字閃爍紅黑交替顯示，M=0時(shí)，不顯示報(bào)警，畫(huà)面正常。 在歷史趨勢(shì)中，添加數(shù)據(jù)表、定義點(diǎn)，表屬性中 定義掃描時(shí)間 3 min，取數(shù)間隔 1 min，取數(shù)時(shí)間設(shè) 定的越小，曲線顯示越平滑，曲線是由取數(shù)的點(diǎn)形 成的曲線，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)數(shù)值，數(shù)據(jù)保存時(shí)間 為一周一刪除，數(shù)據(jù)庫(kù)文件比較大，工控機(jī)不能滿 足數(shù)據(jù)庫(kù)的要求，所以定期要?jiǎng)h除，否則會(huì)將磁盤(pán) 寫(xiě)滿，造成工控機(jī)無(wú)法運(yùn)行。曲線的 XY 軸自定義， 柵格劃分，曲線畫(huà)線的方向可以是從右向左隨時(shí)間 軸向前滾動(dòng)，也可以是從左向右方向滾動(dòng)，一般采 用自右向左方向，數(shù)據(jù)比較全面，同時(shí)看到上一時(shí)段的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)更新時(shí)間設(shè)定 0.1s，不可為 0，否則 無(wú)曲線顯示，來(lái)源一定要選擇正在啟動(dòng)的工程。
4 結(jié)束語(yǔ)
煙氣分析系統(tǒng)符合國(guó)家環(huán)保局要求，我們?cè)诖?基礎(chǔ)上，使用 GE 公司 PLC 添加了聲音報(bào)警系統(tǒng)，解 決了操作員不能及時(shí)觀察煙氣數(shù)據(jù)，出線超標(biāo)時(shí)未 能及時(shí)處理造成的生產(chǎn)故障。該系統(tǒng)保證了上傳數(shù) 據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確，為高爐正常生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。