苗渤鈺 姚陽(yáng)陽(yáng)

（河鋼集團(tuán)邯鋼自動(dòng)化部  河北邯鄲  056001）

摘  要：煉鋼二次除塵系統(tǒng)作為煉鋼除塵的最后一道關(guān)，對(duì)煉鋼生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保能否達(dá)標(biāo)起到至關(guān)重要的作用。本文介紹了對(duì)某鋼廠二次除塵系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有二次除塵系統(tǒng)的集中監(jiān)控，提高了除塵設(shè)備管理的自動(dòng)化水平，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：二次除塵；聯(lián)網(wǎng)改造；集中監(jiān)控

0  引言

煉鋼二次除塵系統(tǒng)主要用來(lái)捕集煉鋼過(guò)程中一次除塵處理不徹底而溢出的多余煙氣，控制和管理著煙道風(fēng)閥、除塵風(fēng)機(jī)、布袋除塵器等除塵設(shè)備。某鋼廠二次除塵控制系統(tǒng)采用了分布式架構(gòu)，各除塵控制站位置分散，長(zhǎng)期依靠人工巡檢和記錄數(shù)據(jù)，一旦有故障發(fā)生，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，往往會(huì)造成設(shè)備停機(jī)，甚至?xí)?dǎo)致停產(chǎn)和產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了減少或避免除塵設(shè)備事故停機(jī)，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，將所有二次除塵系統(tǒng)集中監(jiān)控、集中管理，從而提高設(shè)備的維護(hù)和管理水平。

1  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1  監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

某鋼廠的二次除塵系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐、精煉、鐵水倒罐站、車(chē)間屋頂罩、上料除塵5個(gè)系統(tǒng)單元。主要設(shè)備包括8組風(fēng)機(jī)、8組電機(jī)、18臺(tái)除塵風(fēng)閥、5個(gè)稀油站、8組變頻器、5套PLC和5個(gè)操作站。改造前，所有的操作站分布在各除塵站的PLC控制室，通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線和PLC通訊。為了實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了規(guī)劃和設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示：

圖1 集中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

除塵監(jiān)控室部署有5臺(tái)監(jiān)控上位機(jī)，一臺(tái)工程師站，一臺(tái)數(shù)據(jù)報(bào)表服務(wù)器，一臺(tái)交換機(jī)，所有除塵PLC通過(guò)光纜連接至監(jiān)控室的中心交換機(jī)，與監(jiān)控上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，中心交換機(jī)和車(chē)間內(nèi)生產(chǎn)主環(huán)網(wǎng)連接，作為生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)采用了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)任意一個(gè)除塵站通訊出現(xiàn)故障時(shí)，只會(huì)影響相應(yīng)站點(diǎn)的設(shè)備，不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并可快速判斷故障節(jié)點(diǎn)，星型網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單可靠，易于維護(hù)。

1.2  系統(tǒng)軟件構(gòu)成

監(jiān)控上位機(jī)軟件采用西門(mén)子WINCC，使操作人員能夠監(jiān)控除塵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；工程師站采用step7軟件查看和編輯PLC程序，并裝有WINCC，用來(lái)編輯和修改畫(huà)面，主要供自動(dòng)化維護(hù)人員使用；數(shù)據(jù)報(bào)表服務(wù)器安裝了SQLSERVER數(shù)據(jù)庫(kù)和WINCC軟件，用來(lái)收集監(jiān)控上位機(jī)的歸檔數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)報(bào)表和打印輸出。

2  改造方案

2.1  網(wǎng)絡(luò)改造

基于上述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)所有監(jiān)控站點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)改造，考慮到各除塵站和監(jiān)控室距離較遠(yuǎn)，且位置分散，對(duì)其實(shí)施聯(lián)網(wǎng)改造前，需要對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行選型和采購(gòu)，保證施工材料充足供應(yīng)。

（1） 改造所需物料：

（2）網(wǎng)絡(luò)布線方案

從除塵控制站到監(jiān)控室的光纜采用埋式和架空敷設(shè)方式，架空敷設(shè)中光纜采用鋼絞線支承式，通過(guò)桿路吊線托掛，在光纖垂直距離較大的地方，適當(dāng)?shù)脑跅U上做伸縮余留；埋式敷設(shè)時(shí)須在受壓路段的溝槽中預(yù)防硬式塑料管，

除塵PLC站和監(jiān)控室分別設(shè)有光纖終端盒，光端盒一端用于光纖的連接，另一端通過(guò)光纖跳線接入光電轉(zhuǎn)換器，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器對(duì)光纖和RJ45以太網(wǎng)線進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過(guò)以太網(wǎng)線分別連接PLC和監(jiān)控室的交換機(jī)，連接示意圖如圖2所示：

圖2 光纖連接示意圖

由于各除塵PLC硬件配置存在差異，除轉(zhuǎn)爐二次除塵PLC和倒灌站除塵PLC具備通訊模塊和工業(yè)以太網(wǎng)接口外，精煉除塵、屋頂罩除塵和地面料倉(cāng)除塵PLC均無(wú)通訊模塊和以太網(wǎng)接口，而是通過(guò)MPI接口與上位機(jī)通訊，加之PLC機(jī)架擴(kuò)展空間有限、除塵設(shè)備又無(wú)法停機(jī)，為了能夠采用以太網(wǎng)通訊，最終選用BCNET-S7代替通訊模塊的方案，BCNET-S7可實(shí)現(xiàn)MPI和以太網(wǎng)接口間的轉(zhuǎn)換。采用BCNET-S7有幾方面優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)備聯(lián)網(wǎng)不影響既有的生產(chǎn)運(yùn)行；2）對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造較少；3）聯(lián)網(wǎng)工期短；4）網(wǎng)絡(luò)通訊穩(wěn)定，容易維護(hù)；5）投資少；6）系統(tǒng)開(kāi)放性和可擴(kuò)展性好。

采用BCNET-S7，只需將其一端的九針插頭直接與PLC上的MPI或PROFIBUS DP接口直接連接，并在上位機(jī)安裝好產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)，按說(shuō)明手冊(cè)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置后，就能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的正常通訊。

3  控制功能優(yōu)化

改造實(shí)施前，二次除塵風(fēng)機(jī)的啟停需要崗位人員詢(xún)問(wèn)調(diào)度了解生產(chǎn)工況和一次除塵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)手動(dòng)設(shè)定風(fēng)機(jī)頻率啟動(dòng)運(yùn)行，這種方式效率低下，操作缺乏靈活性，不能隨著生產(chǎn)工序的進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率和轉(zhuǎn)速，且調(diào)節(jié)滯后，電耗高，不能保證除塵效果。通過(guò)聯(lián)網(wǎng)改造實(shí)施，結(jié)合實(shí)際工況，制定了針對(duì)除塵風(fēng)機(jī)控制的自動(dòng)化控制方案。

3.1  轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)機(jī)控制優(yōu)化

通過(guò)聯(lián)網(wǎng)改造，二次除塵網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)主環(huán)網(wǎng)已經(jīng)聯(lián)通，具備數(shù)據(jù)通訊的條件，通過(guò)對(duì)PLC網(wǎng)絡(luò)重新組態(tài)，在程序中定義DB通訊數(shù)據(jù)塊，將轉(zhuǎn)爐吹煉工況和一次除塵風(fēng)閥等狀態(tài)信息采集到二次除塵程序，作為風(fēng)機(jī)速度調(diào)節(jié)的控制參數(shù)。

根據(jù)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)所處階段（兌鐵、吹煉、出鋼）和一次除塵閥開(kāi)度值，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分成4檔：

① 低速擋：轉(zhuǎn)爐兌鐵階段，一次風(fēng)閥開(kāi)度為30%，二次除塵風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為25Hz；

② 中速檔：轉(zhuǎn)爐出鋼階段，一次風(fēng)閥開(kāi)度為45%，二次除塵風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為35Hz；

③ 中高速檔：轉(zhuǎn)爐補(bǔ)吹或?yàn)R渣階段，一次風(fēng)閥開(kāi)度為55%，二次除塵風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為45Hz；

④ 高速檔：轉(zhuǎn)爐吹煉階段，一次風(fēng)閥開(kāi)度為75%，二次除塵風(fēng)機(jī)變頻率設(shè)定為50Hz。

在HMI畫(huà)面增加“手動(dòng)”和“自動(dòng)”按鈕，選擇手動(dòng)時(shí)，通過(guò)手動(dòng)設(shè)定頻率值控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；選擇自動(dòng)時(shí)，通過(guò)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，無(wú)需人工干預(yù)。

3.2精煉二次除塵風(fēng)機(jī)控制優(yōu)化

參照轉(zhuǎn)爐二次除塵改造方案，精煉二次除塵采用同樣方法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，創(chuàng)建程序通訊塊，將精煉工況信息采集到PLC程序，作為風(fēng)機(jī)速度調(diào)節(jié)的控制參數(shù)。

根據(jù)精煉鋼包車(chē)的位置、加熱狀態(tài)和一次除塵閥開(kāi)度值，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分成3檔：

⑤ 低速擋：鋼包車(chē)不在處理位，一次風(fēng)閥開(kāi)度為20%，二次除塵風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為20Hz；

⑥ 中速檔：鋼包車(chē)在處理位但未加熱，一次風(fēng)閥開(kāi)度為40%，二次除塵風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為35Hz；

⑦ 高速檔：鋼包車(chē)在處理位且進(jìn)行加熱，一次風(fēng)閥開(kāi)度為60%，二次除塵風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為50Hz。

同樣，HMI畫(huà)面增加“手動(dòng)”和“自動(dòng)”按鈕，選擇手動(dòng)時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)設(shè)定頻率值控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；選擇自動(dòng)時(shí)，通過(guò)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，無(wú)需人工干預(yù)。

3.3  數(shù)據(jù)報(bào)表

在監(jiān)控室單獨(dú)配置一臺(tái)數(shù)據(jù)報(bào)表服務(wù)器，將所有除塵崗位的關(guān)鍵數(shù)據(jù)歸檔集中收集到服務(wù)器，通過(guò)WINCC自帶的報(bào)表控件將歸檔數(shù)據(jù)以報(bào)表形式呈現(xiàn)，通過(guò)配置WINDOWS DDE驅(qū)動(dòng)建立WINCC和EXCEL之間的通訊，可將數(shù)據(jù)報(bào)表以EXCEL文件格式導(dǎo)出，方便數(shù)據(jù)的保存和查詢(xún)。

4  改造效果

（1）二次除塵監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌哂辛己玫目蓴U(kuò)展性和安全性，若某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，不會(huì)影響其他除塵系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊，通過(guò)將中心交換機(jī)接入生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)，減少設(shè)備投入的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了除塵系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸；

（2）對(duì)二次除塵控制程序的優(yōu)化升級(jí)，使除塵風(fēng)機(jī)可根據(jù)不同冶煉工況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少人員操作，提高設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化水平，同時(shí)有利于節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本；

（3）所有除塵系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)一歸檔和收集，以數(shù)據(jù)報(bào)表形式在服務(wù)端生成，徹底改變了依靠人工點(diǎn)檢記錄的方式，提高了數(shù)據(jù)記錄的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

（4）整個(gè)改造以較小的投入成本實(shí)現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)收益，在不改變?cè)杏布渲玫那疤嵯拢ㄟ^(guò)單邊編程的方式提升了除塵設(shè)備的自動(dòng)化水平，改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，保證了管理人員和操作人員有效監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，并通過(guò)提取數(shù)據(jù)報(bào)表指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)，具有很高的實(shí)用性。

5  結(jié)束語(yǔ)

本改造體現(xiàn)了公司集中管理和可持續(xù)發(fā)展的理念，有利于減少設(shè)備損耗，降低除塵系統(tǒng)的運(yùn)行成本，減少人員操作和檢修定員，利用自動(dòng)化手段實(shí)現(xiàn)煉鋼除塵設(shè)備的集中監(jiān)控，進(jìn)一步提升了設(shè)備的管理和運(yùn)維水平，提高了除塵效率，使污染物總量可控和排放達(dá)標(biāo)，助力企業(yè)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]  王偉林，劉夢(mèng)月，張秀鳳。轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)。冶金動(dòng)力，2019年10期，第12-15頁(yè)