李凱

摘要：鑒于七米焦?fàn)t及煤氣凈化回收生產(chǎn)工藝復(fù)雜，自動化要求很高，控制過程中需實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖控制、智能算法和控制理論等。該系統(tǒng)將焦化各工段基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)、遠(yuǎn)程I/O站及設(shè)備控制站等通過PROFIBUS-DP網(wǎng)和百兆光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行集成，建立覆蓋全廠各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)管理信息網(wǎng)絡(luò)，建立以企業(yè)調(diào)度為中心，通過智能優(yōu)化管理模塊，為調(diào)度員提供優(yōu)化控制的輔助決策功能，使企業(yè)提高生產(chǎn)管理水平，并通過優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：智能管理 S7-400冗余 自動化

安鋼七米焦?fàn)t及煤氣凈化回收綜合智能管理控制系統(tǒng)項(xiàng)目屬于安鋼集團(tuán)公司重要的技改項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目以七米焦?fàn)t為主體，該焦?fàn)t為JNX70-2型，由中冶焦耐技術(shù)工程公司設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)為雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、焦?fàn)t煤氣下噴、高爐煤氣側(cè)入的復(fù)熱式下調(diào)焦?fàn)t，是當(dāng)今世界上先進(jìn)的成熟的焦炭生產(chǎn)技術(shù)，它具有對原燃料適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量好和生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)開發(fā)部分

1.1 自動化控制系統(tǒng)概述。該自動化控制系統(tǒng)采用西門子公司S7-400系列冗余PLC控制系統(tǒng)，共包括8個(gè)控制系統(tǒng)，即焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)，冷凝鼓風(fēng)控制系統(tǒng)，煤氣回收粗苯硫銨控制系統(tǒng)，煤氣回收輔助工藝控制系統(tǒng)，焦?fàn)t裝煤出焦除塵控制系統(tǒng)，運(yùn)焦篩焦控制系統(tǒng)，篩焦除塵控制系統(tǒng)，脫硫控制系統(tǒng)。8個(gè)控制站功能上相互獨(dú)立，各自負(fù)責(zé)完成本區(qū)域內(nèi)所有控制功能。在控制級預(yù)留與自帶PLC設(shè)備成套系統(tǒng)通訊的接口。遠(yuǎn)程站、變頻器、儀表等都可通過工業(yè)以太網(wǎng)或Profibus-DP協(xié)議與控制器進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸。集中控制室中控室綜合智能管理系統(tǒng)完成所有生產(chǎn)工序的集中監(jiān)視、控制和管理。實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制的企業(yè)管理模式，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)共享的管理模式。S7-400系列是西門子公司先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，面向所有過程控制應(yīng)用的先進(jìn)過程控制系統(tǒng)。操作方便、功能齊全、組合自由、網(wǎng)絡(luò)開放、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、兼容性強(qiáng)、覆蓋面廣是該控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。①控制系統(tǒng)之間采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，傳輸節(jié)點(diǎn)采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，傳輸介質(zhì)為光纜，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率快，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速率最大可達(dá)100M/s。預(yù)留與上一級網(wǎng)絡(luò)的傳輸接口，使生產(chǎn)數(shù)據(jù)能及時(shí)上傳。②控制系統(tǒng)開放性好。系統(tǒng)硬件、軟件采用了通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)能與多個(gè)供貨商的設(shè)備接口。③控制系統(tǒng)電控和儀控使用同一種控制器，使用戶能更有效地利用系統(tǒng)資源。

2 控制系統(tǒng)選型方案

通過論證結(jié)合焦炭生產(chǎn)特點(diǎn)，參考其他同行企業(yè)先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，確定控制系統(tǒng)采用目前國內(nèi)先進(jìn)焦化廠使用較多、性能穩(wěn)定控制功能強(qiáng)大的西門子公司S7-400系列冗余PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)各個(gè)控制站控制功能要求，焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)，冷凝鼓風(fēng)控制系統(tǒng)，煤氣回收粗苯硫銨控制系統(tǒng)，煤氣回收輔助工藝控制系統(tǒng)，脫硫控制系統(tǒng)，運(yùn)焦篩焦控制系統(tǒng)六大控制系統(tǒng)均采用414-4-2HCPU的冗余PLC自動化系統(tǒng)。焦?fàn)t裝煤出焦除塵、篩焦除塵煤粉制備兩個(gè)系統(tǒng)采用315-2CPU的PLC自動化系統(tǒng)。數(shù)字量輸入/輸出模塊采用16點(diǎn)24VAC模塊。模擬量輸入/輸出模塊采用8點(diǎn)模塊。所有數(shù)字量輸出信號均采用繼電器隔離，對于兩線制4-20mA輸入信號采用配電器供電，同時(shí)起信號隔離作用。安裝在控制柜內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)采用不間斷電源（UPS電源）供電，UPS電源具備旁路功能，并配置旁路隔離變壓器。UPS電源配備后備電池，電池后備時(shí)間30分鐘。對于需要直流電源的系統(tǒng)設(shè)備，在機(jī)柜內(nèi)提供電源變換器。每套PLC控制系統(tǒng)I/O站通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與CPU組成完整的控制系統(tǒng)。整個(gè)生產(chǎn)區(qū)共8套PLC通過百兆光纖雙環(huán)網(wǎng)組成管理控制系統(tǒng)，交換機(jī)采用N-TRON公司系列交換機(jī)，其中管理交換機(jī)設(shè)在中控室，完成對8套PLC控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換，并通過單機(jī)版形式與中控室計(jì)算機(jī)完成生產(chǎn)控制。操作員站及工程師站均采用了DIGGCOM主流配置工控機(jī)，顯示器采用22寸液晶顯示器，保證完成強(qiáng)大的控制功能。

3 S7-400控制系統(tǒng)功能簡介

3.1 硬件配置部分。焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)，冷凝鼓風(fēng)控制系統(tǒng)，煤氣回收粗苯硫銨控制系統(tǒng)，煤氣回收輔助工藝控制系統(tǒng)，脫硫控制系統(tǒng)，運(yùn)焦篩焦控制系統(tǒng)六大控制系統(tǒng)均采用414-4-2HCPU的冗余PLC自動化系統(tǒng)。焦?fàn)t裝煤出焦除塵、篩焦除塵煤粉制備兩個(gè)系統(tǒng)采用315-2CPU的PLC自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)遠(yuǎn)程站、現(xiàn)場儀表均通過三級開放網(wǎng)絡(luò)Profibus-dp、Ethernet/IP構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。

3.2 軟件配置部分。工控機(jī)以Windows XP Professional SP3中文版系統(tǒng)作為支撐平臺。西門子公司的STEP7作為下位機(jī)控制軟件和WINCC軟件開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控軟件。除可以完成一般性監(jiān)控軟件可以完成的功能外，又可以通過加入各種控件腳本編程完成更加復(fù)雜的功能，并通過OPC協(xié)議，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的管理。

為了使操作人員及時(shí)地掌握整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行情況，準(zhǔn)確地控制系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，方便操作，本系統(tǒng)需建立各類監(jiān)控顯示畫面，主要包括工藝生產(chǎn)過程總貌畫面、設(shè)備控制畫面、參數(shù)表畫面、趨勢畫面、報(bào)表畫面、聯(lián)鎖控制以及報(bào)警顯示等畫面。

4 結(jié)論

安鋼七米焦?fàn)t及煤氣凈化回收綜合智能管理控制系統(tǒng)應(yīng)用以來，技術(shù)先進(jìn)，自動化水平高，操作簡便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益均明顯，在同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，具有推廣價(jià)值。

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