印尼喀钢铁水预处理控制系统的设计与实现

发布时间：2018-08-11 15:08所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

下面文章主要围绕印度尼西亚喀拉喀托公司炼铁工程，对其中铁水预处理控制系统的软硬件设计与控制功能的实现进行介绍。该系统以标准化图纸设计平台(EPLAN)为依托，融合了工业以太网、现场总线等主流网络技术。主体工艺监控系统采用服务器/客户端架构模式搭建

　　下面文章主要围绕印度尼西亚喀拉喀托公司炼铁工程，对其中铁水预处理控制系统的软硬件设计与控制功能的实现进行介绍。该系统以标准化图纸设计平台(EPLAN)为依托，融合了工业以太网、现场总线等主流网络技术。主体工艺监控系统采用服务器/客户端架构模式搭建，特别是主控制平台采用西门子PCS7系统作为集成解决方案。铁水预处理是该项目全流程炼铁工艺中重要的一环，控制系统采用先进技术，具有可靠、稳定、安全的特点。

　　关键词：铁水预处理,EPLAN,Server/Client模式,PCS7,冗余

　　中冶京诚牵头的联合体成功中标印尼喀钢(印尼最大的国有钢铁企业，其产能几近占据印尼全部钢铁产能的一半)120万吨炼铁EPC(工程总承包)项目。该项目既是中冶京诚承接的第一个海外全流程炼铁EPC交钥匙工程，也是中冶京诚为拓宽东南亚市场迈出了坚实的一步。

　　该项目分为原料场、烧结、高炉、铁水预处理、公辅共5个工艺区域，其铁水预处理主要工艺流程为:高炉出铁至180t铁水罐，通过铁路运输至铁水预处理车间进行预处理，脱除铁水中的Si、P和S，将成分合格铁水经倒罐站倒入45t铁水罐内，加盖后，通过汽车运输到电炉兑铁水车间。作为该项目的主要生产环节铁水预处理，其是否顺利运行具有重要意义，现该控制系统已圆满设计结束，该文将对控制系统的设计内容及控制功能进行比较详细的描述。

　　1控制系统构成

　　该控制系统采用西门子PCS7(Processcontrolsystem7)控制平台构建完整的控制系统解决方案。PCS7是西门子的DCS系统(分布式控制系统)，基于过程自动化，从传感器、执行器到控制器，再到上位机，自下而上形成完整的TIA(全集成自动化)架构。铁水预处理区域PLC系统包括:1#铁水预处理PLC系统、2#铁水预处理PLC系统、SSP1电炉兑铁水PLC系统和SSP2电炉兑铁水PLC系统。

　　2控制系统设备布置

　　(1)主体工艺监控系统采用Server/Client结构，其能充分发挥客户端的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器，该结构的优点是客户端响应速度快。服务器和客户端的分布如下：

　　①主控室中设置2台冗余服务器，分别采集1#、2#铁水预处理控制系统的数据，并将数据发送到相关客户端。

　　②在主控室中设置3台客户端，分别对1#、2#铁水预处理的工艺情况进行监控。同时还配备1套工程师站对PLC系统的软硬件进行维护。

　　③在主控室中设置2台L2级操作站，用于对1#、2#铁水预处理生产数据进行采集，经过L2级模型运算，对生产发出相应指令。

　　④在主控室中设置2台铁水预处理除尘操作站，用于对铁水预处理除尘系统生产运行状况的监控。

　　⑤在倒罐站控制室设置2台操作站，一台用于倒罐站除尘系统生产运行状况的监控。另一台为L2级操作站，用于对倒罐站除尘生产数据的采集。

　　⑥在SSP1、SPP2车间未设置操作站，采用操作台控制模式实现对生产设备的监控。

　　(2)PLC控制设备分布

　　①1、2#铁水预处理PLC系统共两套，均采用SiemensAS414-5-2H产品，IO分站选用S7-300系列产品，控制系统主站与分站之间通过冗余Profibus-DP通讯形式进行网络扩展。PLC控制柜分别设置在铁水预处理PLC室。

　　②SSP1、SSP2车间电炉兑铁水设施PLC系统为系统升级改造，控制主站和IO分站均采用SiemensS7-300系列产品。PLC控制设备分别设置在SSP1、SSP2车间共五面操作台内。

　　③铁水预处理除尘、倒罐站除尘控制系统(随工艺设备成套供货)共两套，均采用SiemensAS414-5产品，IO分站选用S7-300系列产品。PLC控制柜分别设置于铁水预处理除尘电气室和倒罐站除尘电气室。

　　(3)设备网络结构

　　1#、2#铁水预处理控制系统及服务器采用工业化100Mb/s以太网组成双环网，最大限度保证网络的安全性。同时将两个环网进行耦合设计，更提高了系统的可靠性。

　　3EPLAN平台

　　印尼喀钢项目的铁水预处理控制系统首次采用EPLAN平台进行设计，可以使图纸标准、规范，大幅提高图面效果，减少错误几率，同时可以缩短PLC图纸的设计周期，提高工作效率。EPLAN软件采用P8_2.2版本，主要内容包括:部件库、窗口宏、页宏及符号库等。

　　4控制系统功能

　　系统的主要功能如下:

　　(1)称量斗自动备料功能每个工位的石灰、萤石、烧结矿称量斗可以根据设定量自动备料，备料过程中程序根据流程自动开启或关闭对应的阀门。

　　(2)参数计算模型主要包括粉剂投入量计算模型和搅拌控制模型，有利于提高终点硅、磷、硫的命中率，降低处理时间和粉剂消耗量。

　　1)粉剂投入量计算模型粉剂投入量计算模型通过PLC检测到的铁水初始重量、初始温度，从L2读取或在HMI设定硅、磷、硫的初始含量，从L2读取或在HMI上设定硅、磷、硫目标含量，通过模型计算出脱硅、脱磷、脱硫分别所需的粉剂消耗量，用于流程自动控制。同时，模型具有自学习功能，能够根据之前的处理结果，修正下次计算出的粉剂消耗量。

　　2)搅拌控制模型搅拌控制模型主要功能为通过铁水液面高度、搅拌头的使用情况、粉剂投入量的计算结果等数据，计算出搅拌时间，搅拌头工作位置及搅拌速度曲线等。该模型包括搅拌头工作位置计算模块、搅拌时间计算模块、搅拌头使用情况模块、搅拌头速度曲线计算模块等。

　　(3)流程自动控制功能系统采用自动脱硅、脱磷、脱硫流程控制，实现了一键脱硅、脱磷、脱硫。自动流程控制程序可减少操作难度，当满足联锁条件后，只需点击HMI上启动按钮，就可实现自动脱硅、脱磷、脱硫，全程无需人为干预。同时程序具有完善的故障保护措施，如当搅拌头冷却用氮气压力过低、流程启动后冷却用氮气流动过低或搅拌头搅拌电机故障时，能够自动中止流程，流程跳过一些步骤后自动结束;当搅拌头升降装置故障或者搅拌头钢丝绳张力检测报警时，能够自动停止流程，所以设备停止动作，等待现场处理设备问题。

　　(4)其他功能除了上述功能外，系统实现了铁水液面自动测量控制、自动测温取样控制、自动吹氧控制等控制功能，能够实现一键测量铁水液面，一键测温，一键取样及一键吹氧，同时具有保护措施，在流程执行过程中可根据设备故障、仪表报警等不同情况选择流程执行的步骤，保护设备安全及生产的顺利完成。

　　5HMI监测

　　操作人员通过HMI画面实现对现场设备的监控，设备的运行及故障状态在画面上通过色彩及文字进行反映，同时故障信息在报警栏中进行显示，操作及维护人员能直观地从报警栏查找故障发生点和故障类型，能快速地排除故障，减少故障停机时间。

　　6结束语

　　通过对国内外铁水预处理自动化技术的消化移植，结合印尼喀钢实际条件和工艺要求，采用先进设备和技术自主开发铁水预处理自动控制系统。该系统采用EPLAN平台实现标准化设计，利用SiemensPCS7实现控制系统的标准化和自动化，关键设备采用冗余配置，简单可靠，实现了铁水预处理的全自动化生产运行。

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