苗渤鈺 姚陽陽

（河鋼集團邯鋼自動化部  河北邯鄲  056001）

摘  要：煉鋼二次除塵系統作為煉鋼除塵的最后一道關，對煉鋼生產過程環保能否達標起到至關重要的作用。本文介紹了對某鋼廠二次除塵系統通過聯網改造，實現對所有二次除塵系統的集中監控，提高了除塵設備管理的自動化水平，確保生產的穩定運行。

關鍵詞：二次除塵；聯網改造；集中監控

0  引言

煉鋼二次除塵系統主要用來捕集煉鋼過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閥、除塵風機、布袋除塵器等除塵設備。某鋼廠二次除塵控制系統采用了分布式架構，各除塵控制站位置分散，長期依靠人工巡檢和記錄數據，一旦有故障發生，難以及時發現和處理，往往會造成設備停機，甚至會導致停產和產生嚴重的環境污染。為了減少或避免除塵設備事故停機，提高設備運行的穩定性，將所有二次除塵系統集中監控、集中管理，從而提高設備的維護和管理水平。

1  系統總體設計

1.1  監控系統網絡拓撲

某鋼廠的二次除塵系統包括轉爐、精煉、鐵水倒罐站、車間屋頂罩、上料除塵5個系統單元。主要設備包括8組風機、8組電機、18臺除塵風閥、5個稀油站、8組變頻器、5套PLC和5個操作站。改造前，所有的操作站分布在各除塵站的PLC控制室，通過Profibus-DP現場總線和PLC通訊。為了實現集中監控，對網絡架構進行了規劃和設計，網絡拓撲如圖1所示：

圖1 集中監控網絡拓撲圖

除塵監控室部署有5臺監控上位機，一臺工程師站，一臺數據報表服務器，一臺交換機，所有除塵PLC通過光纜連接至監控室的中心交換機，與監控上位機實現數據通訊，中心交換機和車間內生產主環網連接，作為生產環網的一個節點。網絡采用了星型拓撲結構，當任意一個除塵站通訊出現故障時，只會影響相應站點的設備，不會影響整個網絡，并可快速判斷故障節點，星型網絡簡單可靠，易于維護。

1.2  系統軟件構成

監控上位機軟件采用西門子WINCC，使操作人員能夠監控除塵設備的運行狀態；工程師站采用step7軟件查看和編輯PLC程序，并裝有WINCC，用來編輯和修改畫面，主要供自動化維護人員使用；數據報表服務器安裝了SQLSERVER數據庫和WINCC軟件，用來收集監控上位機的歸檔數據，生成數據報表和打印輸出。

2  改造方案

2.1  網絡改造

基于上述網絡架構對所有監控站點進行聯網改造，考慮到各除塵站和監控室距離較遠，且位置分散，對其實施聯網改造前，需要對相關設備進行選型和采購，保證施工材料充足供應。

（1） 改造所需物料：

（2）網絡布線方案

從除塵控制站到監控室的光纜采用埋式和架空敷設方式，架空敷設中光纜采用鋼絞線支承式，通過桿路吊線托掛，在光纖垂直距離較大的地方，適當的在桿上做伸縮余留；埋式敷設時須在受壓路段的溝槽中預防硬式塑料管，

除塵PLC站和監控室分別設有光纖終端盒，光端盒一端用于光纖的連接，另一端通過光纖跳線接入光電轉換器，通過光電轉換器對光纖和RJ45以太網線進行轉換，再通過以太網線分別連接PLC和監控室的交換機，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，除轉爐二次除塵PLC和倒灌站除塵PLC具備通訊模塊和工業以太網接口外，精煉除塵、屋頂罩除塵和地面料倉除塵PLC均無通訊模塊和以太網接口，而是通過MPI接口與上位機通訊，加之PLC機架擴展空間有限、除塵設備又無法停機，為了能夠采用以太網通訊，最終選用BCNET-S7代替通訊模塊的方案，BCNET-S7可實現MPI和以太網接口間的轉換。采用BCNET-S7有幾方面優點：1）設備聯網不影響既有的生產運行；2）對現有設備的改造較少；3）聯網工期短；4）網絡通訊穩定，容易維護；5）投資少；6）系統開放性和可擴展性好。

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，并在上位機安裝好產品驅動，按說明手冊經過簡單設置后，就能實現上位機與PLC的正常通訊。

3  控制功能優化

改造實施前，二次除塵風機的啟停需要崗位人員詢問調度了解生產工況和一次除塵設備的運行狀態，通過手動設定風機頻率啟動運行，這種方式效率低下，操作缺乏靈活性，不能隨著生產工序的進行及時調節風機頻率和轉速，且調節滯后，電耗高，不能保證除塵效果。通過聯網改造實施，結合實際工況，制定了針對除塵風機控制的自動化控制方案。

3.1  轉爐二次除塵風機控制優化

通過聯網改造，二次除塵網絡和生產主環網已經聯通，具備數據通訊的條件，通過對PLC網絡重新組態，在程序中定義DB通訊數據塊，將轉爐吹煉工況和一次除塵風閥等狀態信息采集到二次除塵程序，作為風機速度調節的控制參數。

根據轉爐生產所處階段（兌鐵、吹煉、出鋼）和一次除塵閥開度值，將風機轉速分成4檔：

① 低速擋：轉爐兌鐵階段，一次風閥開度為30%，二次除塵風機頻率設定為25Hz；

② 中速檔：轉爐出鋼階段，一次風閥開度為45%，二次除塵風機頻率設定為35Hz；

③ 中高速檔：轉爐補吹或濺渣階段，一次風閥開度為55%，二次除塵風機頻率設定為45Hz；

④ 高速檔：轉爐吹煉階段，一次風閥開度為75%，二次除塵風機變頻率設定為50Hz。

在HMI畫面增加“手動”和“自動”按鈕，選擇手動時，通過手動設定頻率值控制風機轉速；選擇自動時，通過程序自動調節風機轉速，無需人工干預。

3.2精煉二次除塵風機控制優化

參照轉爐二次除塵改造方案，精煉二次除塵采用同樣方法通過網絡組態，創建程序通訊塊，將精煉工況信息采集到PLC程序，作為風機速度調節的控制參數。

根據精煉鋼包車的位置、加熱狀態和一次除塵閥開度值，將風機轉速分成3檔：

⑤ 低速擋：鋼包車不在處理位，一次風閥開度為20%，二次除塵風機頻率設定為20Hz；

⑥ 中速檔：鋼包車在處理位但未加熱，一次風閥開度為40%，二次除塵風機頻率設定為35Hz；

⑦ 高速檔：鋼包車在處理位且進行加熱，一次風閥開度為60%，二次除塵風機頻率設定為50Hz。

同樣，HMI畫面增加“手動”和“自動”按鈕，選擇手動時，可通過手動設定頻率值控制風機轉速；選擇自動時，通過程序自動調節風機轉速，無需人工干預。

3.3  數據報表

在監控室單獨配置一臺數據報表服務器，將所有除塵崗位的關鍵數據歸檔集中收集到服務器，通過WINCC自帶的報表控件將歸檔數據以報表形式呈現，通過配置WINDOWS DDE驅動建立WINCC和EXCEL之間的通訊，可將數據報表以EXCEL文件格式導出，方便數據的保存和查詢。

4  改造效果

（1）二次除塵監控系統網絡采用基于工業以太網的星型網絡拓撲，具有良好的可擴展性和安全性，若某個網絡節點出現故障，不會影響其他除塵系統的網絡通訊，通過將中心交換機接入生產環網，減少設備投入的同時，實現了除塵系統和生產系統間的數據傳輸；

（2）對二次除塵控制程序的優化升級，使除塵風機可根據不同冶煉工況進行自動調節，減少人員操作，提高設備運行的自動化水平，同時有利于節能降耗，降低生產成本；

（3）所有除塵系統的設備狀態和運行參數統一歸檔和收集，以數據報表形式在服務端生成，徹底改變了依靠人工點檢記錄的方式，提高了數據記錄的實時性和準確性。

（4）整個改造以較小的投入成本實現了顯著的經濟和社會收益，在不改變原有硬件配置的前提下，通過單邊編程的方式提升了除塵設備的自動化水平，改造后系統運行穩定，保證了管理人員和操作人員有效監控設備的運行狀態，及時發現設備隱患，并通過提取數據報表指導后續生產，具有很高的實用性。

5  結束語

本改造體現了公司集中管理和可持續發展的理念，有利于減少設備損耗，降低除塵系統的運行成本，減少人員操作和檢修定員，利用自動化手段實現煉鋼除塵設備的集中監控，進一步提升了設備的管理和運維水平，提高了除塵效率，使污染物總量可控和排放達標，助力企業生產。

參考文獻

[1]  王偉林，劉夢月，張秀鳳。轉爐煉鋼除塵系統優化與改進。冶金動力，2019年10期，第12-15頁