西门子PLC在转炉煤气回收系统中的应用

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摘 要：文章简述了西门子S7-400plc应用于昆钢炼钢厂4号转炉煤气回收控制系统的技改项目中。在炼钢过程中，通过HMI人机操作界面用鼠标点击活动烟罩的下降按钮，烟罩下降到位后，远方除尘风机房的烟气气体分析仪自动启动，当一氧化碳、氧气成份达到回收要求，以及其他联锁条件均满足时，即可对转炉煤气进行自动回收，提高了煤气回收的质量及回收率。

关键词：PLC；煤气回收；分析仪；联锁

1 前言

随着自动控制技术的不断发展，自动控制得到了广泛的应用，传统的人工手动操作控制方式已不能满足当前快节奏生产的需要。由于转炉氧气顶吹炼钢的特点决定，烟气量及烟气成分随冶炼周期不断变化，要安全有效地进行转炉煤气回收，先进的回收工艺、自动控制的实现是非常必要的。

可编程控制器（简称PLC）是一种通用性很强的新一代工业控制设备，广泛地应用在工厂自动化控制中，拥有抗干扰能力强、工作可靠、组态及编程灵活方便、易于系统扩展和维护等特点，它的出现有力地推动了生产力的发展。

2 4号转炉除尘风机房煤气回收系统PLC改造

4号转炉除尘风机房煤气回收系统原来采用控制方式较为落后的继电器控制，由于控制系统较为复杂，联锁报警信号多，继电器输出触点经常出现接触不良或误动作现象，导致控制点无输出或误输出，使煤气回收系统得不到有效控制，影响着煤气回收的质量和回收率，决定用PLC对煤气回收控制系统进行改造。

改造最终采用的是西门子S7-400系列PLC。设备选型的理由如下：（1）目前各PLC厂家的PLC控制系统都是成熟而可靠的产品。就改造的技术要求而言，无论是GE、Siemens还是AB的PLC都能满足，Siemens价格较为适中。（2）Siemens PLC在冶金行业应用比较多，且商多，比较容易获得技术支持。（3）我厂现有的PLC控制系统绝大多数采用西门子S7系列PLC，技术人员无需经过专业培训即可操作维护。

3 4号转炉风机房煤气回收系统工艺简介

在转炉吹炼过程中，产生的煤气通过冷却烟罩与烟道冷却后，经过除尘系统净化装置的过滤，在除尘风机的抽引下，纯净的煤气进入风机。转炉下枪开氧吹炼，炉长执行转炉活动烟罩下降操作，烟罩下降到位后，降罩信号送到转炉除尘风机房PLC系统。当煤气回收各联锁条件满足，CO、O2含量合格时，水封逆止阀打开，三通阀由放散侧切换至回收侧，煤气经水封逆止阀、U型水封送入储气柜；如不达标则三通阀切换至放散状态，经放散塔燃烧后排放到大气中。

4 PLC控制原理及方式

炉长进行降罩操作，降罩信号送到4号转炉除尘风机房控制煤气回收的西门子S7-400PLC系统，PLC发出信号启动烟气分析仪，通过分析仪检测烟气中CO、O2的含量，当CO的含量大于35%，O2小于2%，并满足以下煤气回收联锁条件：（1）转炉降罩信号。（2）风机后烟气压力小于7KPa。（3）转炉降罩后延时3分钟。（4）风机出口烟气温度小于70℃。（5）旁通阀已关闭信号。（6）远方储气柜允许煤气回收。

PLC系统立即发出煤气回收指令，通过自动控制指令打开水封逆止阀，水封逆止阀打开到位后，三通阀从放散侧切换至回收侧，合格的煤气便送往远方的储气柜进行储存。转炉冶炼末期，提起烟罩，降罩信号消失，回收结束，PLC系统发出指令完成一次煤气回收，PLC自动对煤气回收量进行累计。若回收过程还未正常结束，但有煤气回收联锁条件不满足时，PLC系统会立即发出指令使三通阀由回收侧转到放散侧 ，水封逆止阀关闭，停止煤气回收。

HMI人机操作界面采用西门子WINCC 6.0编程软件进行编制，煤气回收过程的各种联锁条件、仪表参数及相关阀门状态在界面都有显示。通过监控画面可以掌握煤气回收系统各设备的工作情况。一旦设备发生故障，PLC会发出指令驱动外部报警器进行声光报警，及时提醒操作人员，监控画面会对故障信息进行记录，操作人员可以从监控画面中方便地确定设备故障点。

5 煤气回收系统联锁控制部分

5.1 回收和放散切换的自控和联锁

煤气的回收和放散是靠三通阀切换动作实现的，回收侧打开时，放散侧关闭，反之亦然。转炉降罩，启动烟气分析仪，分析CO和O2含量，当烟气中CO、O2含量满足回收要求，则三通阀回收侧打开、放散侧关闭，完成一次煤气回收。

5.2 水封逆止阀与三通阀的联锁

按工艺要求当开始回收煤气时，先打开水封逆止阀，水封逆止阀开到位后，再将三通阀由放散侧转到回收侧；反之，当停止煤气回收时，三通阀由回收侧切换到放散侧，同时关闭水封逆止阀。

5.3 旁通阀与三通阀、水封逆止阀的联锁

正常情况下，旁通阀始终处以关闭状态，旁通阀关闭到位信号还是煤气回收联锁条件之一。当故障造成三通阀、水封逆止阀在30秒之内动作不能到位，PLC则判断为阀门故障。为了确保设备以及煤气回收的安全，PLC将立即发出指令自动打开旁通阀，对烟气进行强制放散。

6 PLC控制程序的调试及运行效果

程序编制完成后，进行程序逻辑及功能的调试。在对三通阀、水封逆止阀的控制调试中，为避免阀门误动作，采用先断开PLC输出点所接继电器的方法，待调试正常后，再用PLC的输出点带动隔离继电器对相关设备进行实际操作控制，避免了在PLC调试过程中因误动作对设备的损坏。

通过改造，实现了安全、科学可靠的回收煤气，结束了手动回收煤气的历史，煤气回收无需人工干预，减轻了风机房操作人员的劳动强度，提高了煤气回收合格率，增加了煤气回收量，为炼钢厂创造了可观的经济效益。

7 结束语

通过西门子PLC改造后的煤气回收控制系统，在整个系统的稳定性、可靠性、设备的先进性和对新工艺新品种开发的促进及拓展等方面都表现出色，满足了实际生产当中的需要，降低了生产成本，较好地实现了炼钢过程中转炉煤气安全、高效的自动回收。

参考文献

[1]廖常初.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]向晓汗.西门子PLC高级应用实例精解[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]西门子.SIEMENS WinCC人机界面系统课程[Z].西门子自动化与驱动培训中心，2005.