電爐除塵自動控制系統

我司自主研發的環保治理工程——電爐除塵控制系統，已廣泛應用于冶煉、火電、水泥等行業。該項目采用爐蓋四孔直排和屋頂罩相結合的除塵工藝，電爐產生的煙塵，絕大部分通過直排系統，即經過電爐第四孔，水冷滑套，燃燒沉降室，水冷管道，再經增壓風機排出；另一小部分通過屋頂罩排出，兩股煙塵在除塵器前匯合，經除塵器凈化后由主風機排出。整個工藝過程根據電爐工況采用自動控制，大大降低了工人的勞動強度，徹底改變了冶煉時廠房內的煙塵污染狀況，除塵效果十分明顯。

1.自動控制系統的組成

      除塵自動控制系統共分三大部分，分別由現場級（檢測儀表、傳感器和執行裝置），基礎自動化（PLC）和上位機組成。系統組態如圖1所示。

圖1 控制系統組態圖

現場儀表主要檢測工藝過程參數和設備運行狀態參數，PLC及分布式I/O通過數據掃描采集信號并進行數據處理，然后根據控制要求向現場執行裝置發出控制信號，完成控制功能。上位機一方面接收PLC的輸入信號，另一方面根據控制要求向PLC發出控制指令，對工藝過程實現監控，同時實現過程數據管理功能。

1.1 現場級

      該系統中需要檢測的工藝參數較多，包括溫度、壓力、流量、轉速、振動等等，其中參與控制的主要參數有風門閥入口溫度，野風閥前煙氣溫度，除塵器差壓等，另外還有一些設備運行狀態參數，主要是監視和報警作用。系統工藝控制流程圖如圖2所示。系統根據檢測到的工藝狀態參數以及電爐工況模式，通過PLC或現場操作箱對現場的執行機構進行自動或手動控制，如控制滑套、風門閥、二次閥、野風閥等的開度，控制主風機和增壓風機組的轉速以及除塵器清灰等動作。

圖2 除塵系統工藝控制流程圖

1.2 基礎自動化 
        該系統共有數字量信號180多個，模擬量信號30多個，采用西門子SIMATIC S7-300可編程控制器（CPU315—2DP），由于現場信號比較分散，并且有些信號距離主站PLC柜較遠，故現場另設一個分布式I/O站，通過Profibus—DP總線與主站進行通訊，系統PLC硬件配置如圖3所示。

圖3 PLC 硬件配置圖

軟件部分采用西門子STEP7 編程軟件，模塊化編程。系統主要控制過程有以下方面：

（1）主風機和增壓風機控制：

根據電爐冶煉工況模式的不同，控制風門閥和二次閥的開度，調節系統風量。同時通過液力偶合器調節主風機和增壓風機的轉速，達到節能降耗的效果。

（2）滑套控制

根據增壓風機風門閥前的煙氣溫度，自動調節滑套的開度，以控制直排系統風量和煙氣溫度，保護增壓風機風門閥葉輪。

（3）野風閥控制

根據野風閥前煙氣溫度，控制野風閥的開關，從而控制進入除塵器的煙氣溫度，保護除塵器布袋不被高溫煙塵燒壞。

（4）除塵器清灰控制

除塵器清灰系統分為定時和差壓控制清灰兩種，正常情況下，按照一定的時間間隔依次對除塵器各倉進行離線清灰。如果除塵器差壓過大時，則系統自動縮短離線清灰間隔時間，以加快清灰速度。

（5）反吹氣源控制

由于進入布袋的煙塵溫度較高，為防止脈沖反吹時冷空氣遇熱凝露，使布袋擰結。需對氣源進行凈化和加熱，使反吹氣體保持在合適的溫度范圍內。

1. 3 上位機

系統上位機采用的是研華工控機，通過工業以太網與PLC進行遠程通訊，通訊介質采用光纖，由網卡、交換機、光電轉換模塊、及PLC通訊模塊組成。同時，該系統可與車間內其它工藝控制過程聯網，組成二級網絡，實現生產管理。畫面監控采用西門子WINCC組態軟件編程，界面友好，操作人員通過HMI可監控整個生產過程，并具有數據管理，報警和打印功能。 

2 系統調試

系統安裝完成后進行了調試，調試分冷調試和熱調試。冷調試是在無負荷條件下進行的，熱調試是系統通過冷調后，在有負荷條件下進行的。整個調試過程硬件部分和軟件部分同時進行。

2.1 冷調試

冷調分單體調試和系統調試。單體調試是指對單個設備的運行調試，是系統調試的基礎。包括所有的傳感器元件、檢測儀表輸出、顯示是否正常，參數調整是否正確，電機、液力偶合器、風機、閥門等執行裝置，啟動、運行狀態是否正常。在PLC程序和HMI上監控它們的運行，出現問題及時排除，為下一步系統聯調做好準備。系統調試是在單體調試結束后，所有設備運行正常的條件下，對整個控制系統進行的調試。包括系統中所有控制、聯鎖條件的調試，PLC控制程序的調試及HMI監控程序的調試等。

2.2 熱調試

在系統冷調試結束后，進入熱調試階段，熱調試是在帶負荷的工況條件下，完成系統自動監控的調試。包括系統中一些重要的控制參數的調整。比如在不同的電爐工況下，直排系統和屋頂罩的風量是不同的，理論值和實際值總會有些差異，這就需要在實際生產工況下調整增壓風機和主風機的轉速，使其既滿足排塵的要求，又節省能源。