西 门 子 PCS7 V8 系 统 在 太 钢 4350 高 炉 中 的 应 用 摘 要 : 该 论 文 主 要 介 绍 了 西 门 子 PCS7 V8 系 统 及 其 丰 富 的 选 件 在 太 钢 4350m3 高 炉 DCS 项 目 中 的 应 用, 并 着 重 从 系 统 稳 定 性, 安 全 性, 和 先 进 性 几 个 方 面 描 述 了 整 个 高 炉 自 动 化 系 统 的 具 体 亮 点 关 键 词 :PCS7, 高 炉 DCS, 自 动 控 制 系 统 一 项 目 简 介 1. 山 西 太 钢 4350m3 高 炉 DCS 项 目, 是 西 门 子 PCS7 系 统 及 AS 产 品 在 全 球 范 围 内 4000 m3 以 上 大 型 高 炉 的 第 一 个 应 用 业 绩, 对 太 钢 和 西 门 子 都 有 着 非 常 重 要 的 意 义 本 项 目 是 太 钢 建 设 的 第 二 座 4350m³ 高 炉 项 目 立 项 之 初, 用 户 倾 向 于 照 搬 原 来 的 横 河 控 制 系 统 为 了 能 够 在 没 有 业 绩 的 情 况 下 击 败 强 大 的 竞 争 对 手, 西 门 子 工 厂 自 动 化 工 程 有 限 公 司 从 2009 年 项 目 立 项 开 始 做 了 大 量 的 技 术 准 备 工 作 并 积 极 与 用 户 沟 通 组 织 了 多 次 的 技 术 交 流, 并 给 用 户 进 行 西 门 子 产 品 的 培 训, 使 习 惯 使 用 横 河 系 统 的 用 户 逐 渐 接 受 了 西 门 子 的 产 品 和 方 案 项 目 开 标 后 又 积 极 组 织 德 国 的 专 家 与 用 户 交 流, 介 绍 西 门 子 最 新 的 技 术 和 解 决 方 案, 从 技 术 上 努 力 满 足 客 户 的 需 求, 最 终 赢 得 了 订 单 2. 太 钢 4350m3 高 炉 自 动 化 装 备 水 平, 技 术 先 进 性, 功 能 完 善 度, 生 产 能 力 都 达 到 了 国 内 最 高 水 平, 使 用 了 多 项 西 门 子 的 典 型 先 进 技 术 : 星 型 光 纤 Profibus 网 络 智 能 MCC 柜 带 环 网 的 PA 仪 表 及 过 程 设 备 管 理 软 件 PDM 过 程 故 障 安 全 系 统 诊 断 维 护 站 PH 历 史 归 档 服 务 器 3. 该 项 目 的 主 要 规 模 如 下 : PCS7 V8 SP1 SOFTWARE IO 点 数 :13466 点 10 套 冗 余 CPU417-2-4H 2 套 工 程 师 站 3 对 冗 余 I/O 服 务 器 1 对 冗 余 历 史 归 档 服 务 器 (PH) 1 套 资 产 管 理 维 护 站 (AMS) 417 块 PA 仪 表
二 系 统 构 成 1. 该 项 目 细 分 为 10 大 工 艺 环 节, 每 个 工 艺 环 节 由 一 套 PLC 负 责 进 行 控 制 和 数 据 采 集 这 10 个 工 艺 环 节 如 下 : - CPU01: 供 料 系 统 - CPU02: 矿 焦 槽 及 上 料 系 统 - CPU03: 炉 顶 系 统 - CPU04: 高 炉 本 体 - CPU05: 热 风 炉 - CPU06: 西 水 渣 - CPU07: 东 水 渣 - CPU08: 干 法 除 尘 - CPU09: 湿 法 除 尘 - CPU10: 高 炉 循 环 水 系 统 为 了 减 少 服 务 器 的 负 担, 整 个 一 级 系 统 共 设 置 3 对 冗 余 服 务 器 (IBM X3650 M3), 第 一 对 冗 余 服 务 器 负 责 供 料 系 统 矿 焦 槽 及 上 料 系 统 炉 顶 系 统 ; 第 二 对 冗 余 服 务 器 负 责 热 风 炉 系 统 干 法 除 尘 系 统 湿 法 除 尘 系 统 ; 第 三 对 服 务 器 负 责 高 炉 本 体 循 环 水 和 东 西 水 渣 系 统 其 中 热 风 炉 工 艺 干 法 除 尘 和 湿 法 除 尘 系 统 使 用 了 故 障 安 全 PLC 整 个 系 统 的 网 络 结 构 图 如 ( 图 1) 2. 智 能 MCC 柜 现 场 的 电 机, 电 动 阀 门 等 电 动 执 行 机 构 均 采 用 智 能 MCC 柜 进 行 控 制, 每 个 抽 屉 单 元 内 安 装 西 门 子 SIMOCODE 电 机 智 能 控 制 装 置, 由 Y-LINK 将 冗 余 的 Profibus 网 络 转 换 成 Profibus 单 网, 再 跟 SIMOCODE 网 络 进 行 连 接, 为 了 提 高 系 统 的 可 靠 性,Y-LINK 之 后 并 不 直 接 连 接 SIMOCODE, 而 是 先 连 接 到 安 装 在 智 能 MCC 柜 小 母 线 隔 室 内 的 RS-485 中 继 器, 由 中 继 器 组 成 星 型 网 络, 中 继 器 的 出 线 端 再 连 接 内 的 一 串 SIMOCODE, 每 个 中 继 器 可 以 连 接 1-2 面 智 能 MCC 柜 的 SIMOCODE 连 接 的 方 式 如 下 图 所 示 : 图 1 图 2
3.PA 仪 表 CPU04 高 炉 本 体 的 压 力 流 量 检 测 及 气 动 调 节 阀 门 均 用 到 了 带 PA 总 线 接 口 的 仪 表 在 连 接 PA 仪 表 时 采 用 了 PA 仪 表 RING 冗 余 技 术, 在 这 种 方 案 中, 如 果 其 中 一 个 PA COUPLER(FDC157-0) 故 障 或 AFD4 的 任 意 一 端 总 线 短 路 或 断 路, 则 不 影 响 整 个 PA 总 线 的 正 常 运 行, 在 太 钢 高 炉 方 案 中 每 个 Profibus PA 环 最 多 组 态 了 4 个 AFD4( 实 际 可 以 组 态 8 个 ), 因 此 每 个 环 中 最 多 连 接 了 16 块 PA 仪 表 每 个 环 上 所 有 PA 仪 表 的 总 线 电 流 消 耗 还 必 须 线 制 在 1A 的 范 围 之 内 在 使 用 PDM 过 程 设 备 管 理 软 件 进 行 PA 仪 表 参 数 化 时 需 要 注 意, 需 要 将 系 统 的 PG/PC 接 口 设 置 成 PC internal local, 并 在 SCE 中 组 态 CP1623 网 卡 PA 总 线 仪 表 的 连 接 方 案 如 ( 图 3) 所 示 : 4. 诊 断 维 护 站 在 整 个 系 统 中 配 置 了 一 台 诊 断 维 护 站, 如 图 1 所 示, 诊 断 维 护 站 通 过 CP1623 连 接 到 工 厂 总 线, 通 过 普 通 以 太 网 卡 连 接 到 终 端 总 线, 这 台 诊 断 维 护 站 在 工 程 师 站 上 组 态, 作 为 独 立 的 站 使 用, 即 作 为 诊 断 维 护 站 的 服 务 器, 整 个 系 统 并 不 设 置 诊 断 维 护 站 的 客 户 端, 操 作 诊 断 维 护 站 直 接 在 诊 断 维 护 站 服 务 器 上 执 行 诊 断 维 护 站 上 的 CP1623 需 要 激 活 NDIS 功 能, 通 过 勾 选 从 工 厂 层 级 继 承 诊 断 层 级 和 生 成 / 更 新 诊 断 画 面 即 可 自 动 生 成 系 统 的 诊 断 层 级 及 诊 断 画 面 由 于 诊 断 维 护 站 的 原 理 是 将 将 CPU 编 译 上 来 的 诊 断 信 息 保 存 在 一 级 服 务 器 中, 然 后 诊 断 维 护 站 再 通 过 OPC 服 务 器 读 取 一 级 服 务 器 中 的 诊 断 信 息, 因 此 在 诊 断 维 护 站 运 行 之 前 还 需 要 类 似 客 户 端 一 样, 加 载 服 务 器 数 据 包 才 能 正 常 采 集 诊 断 数 据 而 不 是 直 接 从 PLC 采 集 诊 断 数 据 三 系 统 完 成 的 功 能 高 炉 工 艺 复 杂, 主 要 分 为 核 心 工 艺 及 辅 助 工 艺, 核 心 工 艺 包 括 槽 下, 炉 顶, 热 风 炉, 高 炉 本 体 1. 槽 下 大 致 工 艺 流 程 : 矿 槽 焦 槽 采 取 并 列 式 布 置, 上 料 设 备 采 用 布 置 灵 活 而 上 料 能 力 大 的 皮 带 机 上 料 设 置 有 7 个 焦 炭 槽, 焦 槽 下 设 有 双 向 给 料 机 竖 直 环 保 筛 焦 炭 及 碎 焦 胶 带 机 等 设 备 焦 炭 由 焦 炭 筛 筛 分 后, 筛 上 块 焦 排 放 到 ( 新 )Y-601 焦 炭 胶 带 机 经 ( 新 )Y-602 焦 炭 胶 带 机 及 转 换 溜 槽 送 入 焦 炭 称 量 斗 内 筛 下 碎 焦 排 放 到 ( 新 )Y-603 碎 焦 炭 胶 带 机 上, 再 经 过 ( 新 )Y-604D,( 新 )Y-605A 或 ( 新 )Y-605B 送 至 碎 焦 筛 分 站 进 行 分 级 处 理 小 块 焦 回 收 时, 碎 焦 经 碎 焦 电 液 翻 板 碎 焦 振 动 筛 后, 将 碎 焦 中 10mm 的 小 块 焦 排 入 小 块 焦 仓, 再 由 小 块 焦 仓 下 振 动 给 料 机 ( 新 )Y-603F 和 小 块 焦 称 量 斗 排 料 至 ( 新 )X-602 矿 石 胶 带 机 送 入 中 间 台 架 的 矿 石 中 间 称 量 漏 斗 筛 下 <10mm 的 粉 焦 落 入 粉 焦 仓 ; 当 碎 焦 筛 需 要 检 修 或 小 块 焦 不 回 收 时, 将 电 液 翻 板 打 到 另 一 侧, 碎 焦 直 接 排 入 粉 焦 仓 ; 粉 焦 采 用 汽 车 外 运 矿 槽 为 双 排 料 槽, 共 设 有 22 个 料 槽 大 矿 槽 侧 为 11 个 烧 结 矿 槽 (1A~11A), 小 矿 槽 侧 为 6 个 球 团 矿 槽 (1B~6B) 3 个 块 矿 槽 (7B~9B) 2 个 杂 矿 槽 (10B~11B) 槽 下 设 有 液 压 及 手 动 闸 门 电 机 振 动 给 料 机, 振 动 筛, 称 量 漏 斗 及 闸 门 和 胶 带 机 等, 并 且 所 有 原 料 均 过 筛 入 炉 入 炉 料 按 预 先 设 定 的 排 料 程 序 由 称 量 斗 排 放 到 ( 新 )X-601 矿 石 胶 带 机 上, 再 经 ( 新 )X-602 矿 石 胶 带 机 及 矿 石 转 换 溜 槽 进 入 中 间 台 架 矿 石 中 间 称 量 斗 ; 槽 下 各 种 物 料 筛 分 后 产 生 的 粉 矿 经 ( 新 ) X-603 ( 新 )X-604 ( 新 )X-605 粉 矿 胶 带 机 ( 新 )X-605D ( 新 )X-606A 或 ( 新 )X-606B 大 倾 角 胶 带 机 送 至 粉 矿 筛 分 站 进 行 分 级 处 理 小 粒 矿 回 收 时, 粉 矿 经 电 液 翻 板 流 入 粉 矿 筛 筛 分 分 级, 将 筛 上 4mm 的 小 粒 矿 排 入 小 粒 矿 槽, 再 由 小 粒 矿 槽 下 振 动 给 料 机 ( 新 )X-609F 给 料 至 ( 新 )X-609 胶 带 机 送 入 中 间 台 架 的 小 粒 度 矿 称 量 漏 斗 筛 下 <4mm 的 粉 矿 落 入 粉 矿
仓 ; 当 粉 矿 筛 需 要 检 修 或 小 粒 矿 不 回 收 时, 将 电 液 翻 板 打 到 另 一 侧 粉 矿 直 接 排 入 粉 矿 仓 粉 矿 定 期 经 粉 矿 仓 下 给 料 机 ( 新 )S411F 排 放 到 返 矿 系 统 ( 新 )S411 胶 带 机 上 外 运 当 返 矿 系 统 需 检 修 时, 可 用 汽 车 外 运 槽 下 大 致 流 程 画 面 如 ( 图 4) 图 3 图 4 2. 炉 顶 大 致 工 艺 流 程 : 炉 顶 装 料 系 统 的 功 能 是 将 原 料 系 统 配 好 的 物 料, 按 预 先 设 定 的 装 料 程 序 装 入 炉 内, 以 保 证 高 炉 的 连 续 生 产 炉 顶 系 统 控 制 范 围 包 括 : 无 料 钟 炉 顶 ( 无 料 钟 料 罐 容 积 为 85m3, 各 阀 采 用 液 压 驱 动, 定 位 监 测 采 用 位 置 传 感 器 和 位 置 编 码 器 ), 均 排 压 设 备 ( 均 压 分 为 二 步 进 行 ), 炉 顶 探 料 尺, 炉 顶 液 压 站, 集 中 润 滑 站, 布 料 溜 槽 传 动 齿 轮 箱 及 其 水 冷 设 施, 炉 顶 框 架 结 构 以 及 检 修 设 施 等 炉 顶 仪 表 主 要 完 成 高 炉 炉 顶 压 力 检 测 均 排 压 控 制 炉 顶 放 散 阀 控 制 等 炉 顶 的 主 要 控 制 功 能 包 括 : 炉 顶 系 统 设 备 的 运 转 控 制 包 括 : 无 料 钟 炉 顶 装 料 设 备, 均 排 压 设 备, 探 尺, 炉 顶 液 压 站, 集 中 润 滑 站 及 齿 轮 箱 冷 却 系 统 设 备 等 装 料 系 统 设 备 的 时 序 控 制 炉 顶 布 料 方 式 控 制, 包 括 布 料 模 式 设 定, 排 料 控 制 方 式 等 料 流 调 节 阀 的 自 学 习 炉 顶 料 罐 的 均 排 压 称 量 及 压 力 补 偿 控 制 炉 顶 探 尺 对 炉 喉 物 料 的 跟 踪 记 录 与 监 视 装 料 系 统 装 料 制 度 装 入 待 的 设 定 料 线 设 定 装 料 循 环 周 期 的 处 理 装 料 操 作 参 数 的 设 定 实 际 装 入 操 作 的 数 据 收 集 处 理 炉 顶 大 致 流 程 画 面 如 下 ( 图 5) 3. 热 风 炉 系 统 大 致 工 艺 流 程 : 热 风 炉 的 任 务 为 燃 烧 燃 料 蓄 热 加 热 鼓 风, 连 续 将 高 炉 生 产 所 需 的 热 风 送 往 高 炉 本 高 炉 热 风 炉 系 统 设 计 配 置 4 座 KALUGIN 顶 燃 式 热 风 炉, 呈 一 列 式 布 置 设 计 单 烧 高 炉 煤 气 实 现 年 平 均 风 温 1300 配 置 整 体 板 式 换 热 器, 利 用 热 风 炉 系 统 烟 气, 将 燃 烧 用 高 炉 煤 气 和 助 燃 空 气 预 热 到 180 ; 再 配 置 二 座 顶 燃 式 小 热 风 炉 ( 预 热 炉 ), 采 用 一 烧 一 送 基 本 工 作 制 度, 将 空 气 从 180 预 热 到 400~600 大 热 风 炉 采 用 二 台 大 助 燃 风 机 热 并 联 集 中 供 风 ( 兼 检 修 时 逆 吹 功 能 ); 小 热 风 炉 配 置 二 台 小 助 燃 风 机 单 独 供 风 ( 兼 检 修 时 烟 气 引 风 机 ), 一 用 一 备 热 风 炉 除 大 小 热 风 阀, 倒 流 休 风 阀, 混 风 阀 助 燃 空 气 燃 烧 阀 等 大 型 闸 阀 采 用 气 动, 其 余 均 采 用 电 动 热 风 炉 系 统 设 置 有 干 油 润 滑 站 由 于 热 风 炉 系 统 无 液 动 阀 门, 故 热 风 炉 系 统 未 设 置 液 压 站 本 系 统 的 二 次 仪 表 紧 急 操 作 台 及 热 风 炉 HMI 画 面 操 作 均 设 在 高 炉 控 制 室 内 热 风 炉 自 动 控 制 包 括 燃 烧 控 制 送 风 温 度 控 制 换 炉 时 各 阀 门 的 顺 序 控 制 送 风 湿 度 控 制 助 燃 风 机 吸 风 口 调 节 阀 ( 设 备 带 ) 压 力 调 节 监 测 温 度 压 力 流 量 控 制 助 燃 风 机 区 助 燃 空 气 一 级 预 热 系 统 煤 气 预 热 系 统 各 设 备 不 参 与 热 风 炉
本 体 设 备 联 动 控 制 热 风 炉 大 致 流 程 画 面 如 ( 图 6) 图 5 图 6 4. 高 炉 本 体 大 致 工 艺 如 下 : 高 炉 本 体 设 有 38 个 风 口,4 个 铁 口,1 套 十 字 测 温 装 置,1 套 炉 顶 洒 水 设 施 等, 高 炉 冷 却 设 备 形 式 为 冷 却 壁 加 新 型 冷 却 板 复 合 式 结 构 炉 缸 炉 身 上 部 为 冷 却 壁 ; 炉 腹 炉 腰 炉 身 中 下 部 为 铜 冷 却 板, 炉 喉 设 2 段 钢 砖 ; 炉 底 设 有 冷 却 水 管 冷 却 系 统 分 软 水 密 闭 循 环 系 统 和 高 压 工 业 水 系 统 炉 体 系 统 还 设 有 炉 身 静 压 监 测, 冷 却 设 备 温 度 监 测, 冷 却 水 系 统 监 测 及 耐 火 材 料 温 度 监 测 设 施 等 炉 体 三 电 控 制 系 统 的 主 要 功 能 如 下 : 炉 顶 温 度 控 制 炉 喉 十 字 测 温 炉 身 差 压 静 压 监 测 风 口 冷 却 壁 冷 却 板 漏 水 监 测 炉 体 各 部 温 度 监 测 炉 体 冷 却 水 系 统 的 监 测 高 炉 本 体 概 览 画 面 如 ( 图 7) 四 项 目 运 行 图 7 该 项 目 已 于 2013 年 底 顺 利 完 成 调 试, 至 今 用 户 反 映 良 好