西门子S7-300在转炉汽化冷却系统中的应用

1 引言
当前转炉炼钢的烟汽除尘系统大都采用OG法，这种方式的除尘系统可分为三大部分，既汽包及余热锅炉部分、汽包供水部分及煤气回收部分。而汽包及余热锅炉和汽包供水两大部分是转炉炼钢的必不可少的，该系统用来清除转炉烟汽中的粉尘、降低烟汽的温度以及吸收蒸汽节约能源等多重作用，因此它的自动化控制也非常重要。本文着重阐述了采用西门子S7-300型PLC对转炉汽化冷却的自动化控制。
2 系统介绍
2.1 控制要求
汽化冷却系统主要控制以下两大控制设备:
(1) 汽包系统
汽包给水阀、汽包主汽阀、汽包放汽阀、汽包加热阀、汽包1#、2#排污阀、汽包紧急放水阀、汽包1#、2#给水泵;1#、2#强制循环泵、1#强制循环泵出口阀、2#强制循环泵出口阀、强制循环泵旁通阀;
(2) 蓄热器系统
蓄热器补水阀、蓄热器充汽阀、蓄热器放散阀、1#、2#软水泵。
根据工艺要求要对汽包水位、汽包蒸汽阀前压力、蓄热器水位、除氧器进汽阀前压力进行自动调节，工艺示意图见图1。

图1 工艺示意图
2.2 系统的配置与构成
系统采用两套西门子S7-300 PLC，其中一套置于31m，另一套置于地面，31m处的PLC控制汽包系统，地面的PLC控制蓄热器系统。两套PLC除了信号模板不同，其它模板选型都相同。
在监控系统的选择上，为了和西门子PLC通讯的方便性以及本身功能的强大性，使用WINCC监控软件实现重要的设备操作记录和重要数据的历史存档，并提供重要数据的声光报警，为整个生产中出现的故障进行及时预警，并提出相应的处理方法。

图2 系统配置功能图
系统配置功能图如图2所示。
3 控制功能
3.1阀位控制
汽化冷却系统中基本上是电动阀，为了设备的安全，要进行联锁，包括按钮互锁、正反转输出互锁、正反转反馈运行互锁以及限位开关，必要时可通过画面解除限位联锁。
3.2 泵控制
给水泵、软水泵、循环泵:一运一备，互为备用，当工作泵(运行泵)出现故障时，马上启动备用泵。一旦备用泵启动，则另一个泵就作为备用泵备用。
3.3 仪表回路调节
除汽包水位调节外,其他3个调节都采用PID自动调节。
对于汽包水位给水调节，由于引起汽包水位变化的因素较多，如储水量、水位下汽包容积、锅炉负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对控制的要求，尤其是对于炼钢厂这样的工况变化频繁，变化幅度大，对于水位的控制来说仅仅使用传统的仪表控制是非常困难的，即使是使用了专用的进口多回路可编程调节仪表对水位进行控制，也仅能够在工况稳定的情况下满足控制的需要，而当工况产生突变时，仪表则根本无法对水位进行控制。为此，我们采用了先进的三冲量控制技术对水位进行动态调节。虽然影响因素较多，但其中主要是蒸汽流量和给水流量，其原理如图3所示。

图3 蒸汽流量和给水流量调节原理图
我们采用前馈-串级控制系统，方框图见图4。其前馈为蒸汽流量，图4中:GC—调节器; GV—调节阀; GO—控制对象; FW—给水流量干扰; FD—蒸汽流量干扰; 加上汽包水位和给水流量的串级控制，当负荷稳定时，蒸汽流量和给水流量基本不变，由液位主控回路反馈闭环控制。当负荷变化较大时，蒸汽流量突然变化，其测量值不经调节器直接加到加法器，控制加水阀，所以滞后小，超前作用强，避免了虚假液位带来的误动作。

图4 前馈-串级控制系统的方框图
控制方式:当水位低于-100mm时，主调节阀开度在100，当水位上升到-50mm时，开度在60，以后每当水位上升20mm，开度就依次关闭10，当水位上升至-10mm时，开度保持在40，一旦水位上升到50mm，则开度保持在20，当水位升至100，则开度为0，若判断水位还在上升，则停止给水泵。
3.4 监控画面
系统监控操作画面包括:方便工人操作的监控画面和为软件工程师提供接口的整定画面。
操作员画面向操作人员提供了各种数据、曲线，显示内容丰富鲜明、操作简捷可靠，即可以用光电鼠标操作，也可用键盘操作。
画面中主体设备位置确切，工作状态形象生动，各种参数“就地显示”，整个系统运行工况集于一屏，一目了然，操作非常方便，同时也方便维修工处理故障。
工程师画面为软件工程师提供了进行系统整定的良好界面，是工程师在调节中进行参数修改和设定的重要环境，也是自控系统的核心。
4 结束语
该系统自投运以来，运行十分稳定可靠，故障率极低，所有信号处理及联锁控制均在PLC内自动完成，并可通过MMI进行在线监控及历史记录分析，使得电气线路变得十分简捷、可靠，减少了不安全因素，有效地提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度，取得了十分显著的经济效益。由于该控制系统取得了极好的经济效益，具有很强的实用性、可移植性，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。
参考文献
[1] SIMATIC S5/PC/505 AUTOMATION SYSTEMS CATALOG ST 50 1998.
[2] S5 STEP5 硬件手册[Z]. 德国西门子公司.