铁水脱硫控制系统分析
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【关键词】铁水脱硫；控制系统
1.概述
科技的日益进步为钢铁企业进一步控制钢材中的硫含量提供了重要支持。在大多数钢种中，硫作为一种有害元素，直接影响着钢材的强度、韧性、机械性能等质量因素。为了进一步提高钢材质量，增加钢材的附加值，满足市场多方需求，很多钢铁企业把目光转向了铁水预处理过程，而铁水脱硫就是其中尤为重要的一环。
铁水脱硫是指铁水送入炼钢炉之前，为降低硫含量而进行的工艺处理过程。由于铁水脱硫工艺自身的复杂性，如何充分利用自控技术降低原材料消耗、提高产品质量的稳定性，成为钢铁企业不懈追求的目标。
某钢铁厂新建铁水脱硫系统采用西门子S7-400 PLC控制器和WinCC监控软件，实现了该生产线控制系统灵活可靠、功能强大。
2.工艺过程简介
铁水脱硫系统主要由石灰粉料仓、镁粉料仓、石灰粉喷吹罐、镁粉喷吹罐、喷粉枪、测温/取样枪等部分组成，其工艺过程就是以氮气为载气，向铁水罐中自动复合喷吹原材料粉——石灰粉和镁粉，经化学作用后，脱硫渣上浮至铁水表面，再由扒渣机扒渣，而完成整个工艺过程。
3.系统结构组成
该厂由两套完全相同的控制系统分别控制2个脱硫站。两套控制系统之间用ethernet高速工业以太网连接。这种方式为各站点的独立操作和维护提供了最大的灵活性。如果其中一个脱硫站需系统维护或停车，则另一个站点能够保证继续独立的进行生产。由于两套控制系统完全相同，以下仅给出其中之一的详细说明。
3.1 系统硬件
系统硬件配置主要分为三部分：PLC主站与从站、一级计算机、二级服务器。
3.1.1 PLC主站和从站：
主站采用西门子S7-400系列模块，主要包括CPU 412-2、电源模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块、扩展模块等。其中CPU模板负责运行整个过程控制程序，模板内置PROFIBUS-DP接口，实现主站与从站、主站与现场仪表设备之间的通讯。PROFIBUS总线是目前广泛应用于工业自动化领域的现场标准总线，它具有廉价、高速等特点。
从站采用西门子ET 200站，主要包括：镁粉储仓站、石灰粉储仓站、镁粉喷吹罐站、石灰粉喷吹罐站、液压站等，负责连接现场设备，采集现场数据，以及对现场设备的控制输出。
3.1.2一级计算机包括操作员站和工程师站，均采用西门子工控机。操作员站负责对整个系统监控和操作，但不能修改组态数据和系统程序。工程师站可以对整个系统进行组态和编程调试。
3.1.3 二级服务器也采用西门子工控机，主要用于存储和处理数据，这些数据主要来自操作员站的录入和PLC系统采集的现场数据。如果数据存储功能需要扩展升级，还可实现与扩展服务器进行通讯，实现数据共享。
一级计算机、二级服务器和PLC控制系统之间的通讯均通过高速工业以太网实现。
3.2 系统软件
系统软件包括监控软件和过程控制软件。
3.2.1 该系统的监控软件是基于Win XP 操作系统，采用WinCC Fexible专用组态软件和Oracle数据库共同组建。
监控软件主要包括以下功能：
（1）参数设置：在岗人员信息，生产初始条件，原材料粉的预设等。
（2）启停控制：控制系统启停或进行过程干预。
（3）数据监听：对过程数据、关键参数、故障报警进行监控。
（4）报表管理：对历史数据统计、查询，制作统计报表。
（5）过程趋势分析。
3.2.2 过程控制软件采用西门子PLC专业编程工具Step7完成，程序采用“结构化”的编程方式，即按照系统任务和设备划分为若干功能块，依照控制要求，由主循环程序调用执行。程序中最为关键的是自动喷吹控制程序，它是一个典型的顺序控制，步骤如下：
（1）自动运行开始。
（2）喷枪移至喷吹位置。
（3）开启氮气阀。
（4）喷吹石灰粉。
（5）喷吹镁粉，达预设量后，停止。
（6）喷吹石灰粉停止。
（7）关闭氮气阀。
（8）自动运行结束。
3.3 系统的操作模式
该系统可实现多种操作模式，即远程自控、远程手动和现场操作。
（1）远程自控就是系统和设备直接被PLC控制，而将人工干预降到最低。
（2）远程手动就是通过操作员站的操作界面对生产过程进行人为的干预和控制。
（3）现场操作是指系统和设备由现场控制面板控制，主要用于现场维护。
4.结束语
目前，该厂铁水脱硫站已运行将近2年，系统稳定可靠，完全满足复杂的脱硫工艺要求，保证了脱硫生产的精确性和连续性，取得了良好的脱硫效果，铁水含硫量从初始值0.05%，经脱硫后，含硫量可降至0.005%左右，为炼钢环节打下了良好的基础，给企业带来了可观的经济效益。
作者简介：
李红霞，女，（1978年3月-）大学本科学历，仪表工程师，长期从事冶金仪表及自动化专业工厂设计。