天鐵高爐除塵系統(tǒng)的煙氣分析系統(tǒng)及其PLC控制

崔立亮

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鐵廠，河北涉縣056404）

0 引言

為滿足我國日益嚴(yán)格的煙氣監(jiān)測要求，強(qiáng)化環(huán)保意識，煉鐵廠高爐區(qū)域在原有的基礎(chǔ)上又新增加了5套在線監(jiān)測煙氣分析系統(tǒng)，分別安裝在1#～4#高爐出鐵場和溝下棧橋等處，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時動態(tài)傳輸，滿足國家環(huán)保要求。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

1#～4#高爐原有在線監(jiān)測采用北京雪迪龍公司的煙氣監(jiān)測設(shè)備，現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)存在丟失、不準(zhǔn)確，通訊電纜連接找不到終端設(shè)備等現(xiàn)象，定期標(biāo)定的氣體、壓縮空氣導(dǎo)管易出現(xiàn)堵塞，無法完成標(biāo)定，從而導(dǎo)致上傳數(shù)據(jù)失真。為符合國家環(huán)保局的要求，滿足企業(yè)正常生產(chǎn)，煉鐵廠新配備了CEMS-200煙氣分析系統(tǒng)，并將其安裝到高爐、槽下等現(xiàn)場各個平臺處。

2 CEMS-200煙氣分析系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)特點

（1）可靠性高，該氣體分析儀采用疝燈光源，壽命能達(dá)到10年左右。粉塵檢測儀采用一體化設(shè)計結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性性能高。

（2）檢修維護(hù)方便，成本較低，設(shè)備探頭采用一體化過濾器，過濾效果好，反吹效率高，探頭使用壽命長。氣體分析儀中光源、氣體室和光譜儀之間采用光纖連接，維護(hù)更換簡單。

（3）測量的準(zhǔn)確率高，具有自動校準(zhǔn)功能，可自動糾正零點偏差，校準(zhǔn)周期可靈活調(diào)整；氣體分析儀原理是采用紫外差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)，有效解決了水、粉塵、煙氣等對測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的影響。

（4）帶遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷功能，采用GPRS技術(shù)，實現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷，也能實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，方便檢修操作。

2.2 系統(tǒng)組成

CEMS-200全程高溫伴熱法系統(tǒng)由氣態(tài)污染物（SO2、NOx、O2、HCL、HF 等）現(xiàn)場監(jiān)測子系統(tǒng)、高爐煙塵顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、高爐煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與子系統(tǒng)組成。

2.3 工作原理

CESM-2000全程高溫伴熱法系統(tǒng)預(yù)處理的流程如圖1所示。高爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過高溫采樣探頭以及伴熱管到達(dá)高溫氣體室，測量池放在加熱容器中，使采樣過程中的煙氣一直處于高溫狀態(tài)，因此沒有冷凝水析出，SO2、NOx等水溶性氣體也就不會有丟失，從而保證了設(shè)備不受酸性溶液的腐蝕，以及測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。前面板上的溫控表，我們根據(jù)現(xiàn)場高爐的實際情況給采樣探頭，伴熱管和加熱盒分別設(shè)定不同的溫度。整個測量完成后，煙氣通過排空管排空。

煙塵粉塵監(jiān)測子系統(tǒng)采用LDM-100激光后散射煙塵儀，利用激光后散射原理測量高爐煙氣粉塵的實際濃度。煙氣粉塵參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括高爐煙氣的流速、管道取口采樣的溫度壓力、濕度等測量，煙氣流速采用差壓變送器進(jìn)行測量，通過現(xiàn)場測量高爐煙氣流動中的全壓和靜壓，最后換算得到煙氣流速。

圖1 CESM-2000全程高溫伴熱法系統(tǒng)采樣流程

數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)包括高端一體化工作站、監(jiān)控軟件、DCS接口模塊等。SC-100控制箱安裝在高爐現(xiàn)場管道平臺上，監(jiān)測設(shè)備均由SC-100進(jìn)行持續(xù)供電，同時SC-100兼有接受所有設(shè)備的輸出信號，信號通過設(shè)備內(nèi)部的處理單元轉(zhuǎn)換為RJ485與工控機(jī)進(jìn)行通訊，工控機(jī)與檢測軟件匯總需要的氣體濃度，取數(shù)時間，5 min或15 min，時間可調(diào)，操作人員點擊可生成報表，存儲備份數(shù)據(jù)，以及上傳當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門。

3 煙氣在線系統(tǒng)與PLC控制

煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)實時上傳數(shù)據(jù)，超標(biāo)時會有報警，曲線分析，沒有聲音報警，由于操作人員不能一直看守計算機(jī)屏幕，所以會出現(xiàn)超標(biāo)時未及時看到，造成數(shù)據(jù)上傳時無法及時通知檢修人員檢修，從而影響高爐正常生產(chǎn)。為解決這一問題，利用現(xiàn)有的GE產(chǎn)品RX3I系列PLC控制系統(tǒng)，采用并行輸出模擬量值到PLC模板，通過程序控制，實現(xiàn)聲音報警。

3.1 煙氣在線系統(tǒng)與PLC的連接

煉鐵廠高爐生產(chǎn)系統(tǒng)采用GE公司的PLC設(shè)備，現(xiàn)場煙氣采集模塊并聯(lián)輸出信號到GE模擬量模板，通過ME可編程控制程序進(jìn)行換算，設(shè)定報警值，出鐵場粉塵顆粒濃度大于5 umol/mol，槽下粉塵顆粒物濃度大于10 umol/mol，系統(tǒng)輸出報警，蜂鳴報警器響。5個除塵站點通過PLC程序通訊，以1高爐為例，1#高爐除塵系統(tǒng)分別與其他4個站點PLC建立軟件通訊，讀取寄存器數(shù)值到本地PLC設(shè)備，本地PLC設(shè)定報警值，輸出中間節(jié)點M線圈，中間節(jié)點線圈輸出到Q點繼電器得電，蜂鳴報警器響。在監(jiān)控圖中，顯示哪一個粉塵顆粒物超標(biāo)，超標(biāo)的具體數(shù)值都能看到，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，方便操作工檢查及時通知檢修人員檢修，避免數(shù)據(jù)長時間超標(biāo)，降低了生產(chǎn)故障率。

3.2 可編程程序控制

GE公司的PLC模擬量輸入模板采集現(xiàn)場煙氣集線箱模塊上的輸出4～2 0MA信號，進(jìn)入PLC模擬量模板，使用可編程控制軟件ME 7.0，硬件配置添加模擬量輸入模板IC693ALG221，設(shè)置開始地址，然后編寫程序，算法是AI值對應(yīng)4～20 MA，對應(yīng)量程 0～50 umol/mol，對應(yīng) 0～32 000 個數(shù)據(jù)點，即32 000除以最大量程算出系數(shù)，乘以現(xiàn)場進(jìn)來的AI值得到實際顆粒物濃度或煙氣濃度，存入寄存器R值，R值進(jìn)行上限比較，當(dāng)R值大于上限輸出報警中間寄存器M點，M得電則輸出到Q點，繼電器得電，聲音報警，蜂鳴響。

R值寄存器與下限比較，下限設(shè)定為0.1，當(dāng)小于0.1時，延時時間大于5 min，延時報警，監(jiān)控畫面顯示檢修或通訊未建立連接，蜂鳴響，操作人員及時聯(lián)系檢修人員處理故障，并上報上級主管部門，聲音報警器可消音處理。

高爐現(xiàn)場5個除塵站點都集中在一個操作室操作，需要一個PLC與其他4個PLC分別建立通訊系統(tǒng)，使用通訊請求指令COMMREQ，塊移動指令BLKMOV配合完成，讀取數(shù)據(jù)2003，寫入數(shù)據(jù)2004，讀取哪個PLC時，就寫入相應(yīng)的PLC的IP地址，本地寄存器地址是指存放讀取的數(shù)據(jù)的首地址，遠(yuǎn)程寄存器地址是指從那個地址開始讀取數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)類型為寄存器值時，則INT寫入8，數(shù)據(jù)長度可根據(jù)使用情況自定義，Enable使能控制，使用1S控制，初始值為0，1S完成由0到1的跳變，使能接通，執(zhí)行后續(xù)指令，完成通訊請求指令。

當(dāng)一個PLC同時與4個PLC通訊時，出現(xiàn)延誤報警或誤報的現(xiàn)象，修改程序，添加周期掃面，掃面時間為質(zhì)數(shù) 3、5、7、9 ms，一高爐 PLC 與二高爐通訊時開點得電，與其他PLC通訊的閉點得電，一次只于一個PLC通訊，循環(huán)掃面45 ms為一個周期，網(wǎng)絡(luò)不會出現(xiàn)堵塞，保證通訊暢通，不丟數(shù)據(jù)。程序控制見圖2。

3.3 監(jiān)控制作

圖2 程序控制圖

監(jiān)控組態(tài)軟件采用Cimplicity hmi 6.1版本，Cimplicity 6.1組態(tài)軟件是美國通用公司開發(fā)的，主要用于快速構(gòu)造和生成計算機(jī)監(jiān)控畫面系統(tǒng)的組態(tài)軟件。

在現(xiàn)有的工程項目PRJECT中，添加新點，定義別名，例如M點，定義為布爾型，R寄存器為浮點型，然后寫入實際地址，%r%m，定義元素個數(shù)，數(shù)據(jù)源等參數(shù)配置，完成點的建立。圖形的編譯，輸入文本框，寫入漢字顆粒物值，在text文本框下方連接點選擇剛新建的對應(yīng)的點，這樣完成顆粒物的實際數(shù)值顯示，報警畫面在工程圖形編輯對話窗中的標(biāo)簽欄visble是否可見一項寫入表達(dá)式，M=1時，圖形顯示，顯示顆粒物超標(biāo)，漢字閃爍紅黑交替顯示，M=0時，不顯示報警，畫面正常。

在歷史趨勢中，添加數(shù)據(jù)表、定義點，表屬性中定義掃描時間3 min，取數(shù)間隔1 min，取數(shù)時間設(shè)定的越小，曲線顯示越平滑，曲線是由取數(shù)的點形成的曲線，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)數(shù)值，數(shù)據(jù)保存時間為一周一刪除，數(shù)據(jù)庫文件比較大，工控機(jī)不能滿足數(shù)據(jù)庫的要求，所以定期要刪除，否則會將磁盤寫滿，造成工控機(jī)無法運行。曲線的XY軸自定義，柵格劃分，曲線畫線的方向可以是從右向左隨時間軸向前滾動，也可以是從左向右方向滾動，一般采用自右向左方向，數(shù)據(jù)比較全面，同時看到上一時段的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)更新時間設(shè)定0.1s，不可為0，否則無曲線顯示，來源一定要選擇正在啟動的工程。

4 結(jié)束語

煙氣分析系統(tǒng)符合國家環(huán)保局要求，我們在此基礎(chǔ)上，使用GE公司PLC添加了聲音報警系統(tǒng)，解決了操作員不能及時觀察煙氣數(shù)據(jù)，出線超標(biāo)時未能及時處理造成的生產(chǎn)故障。該系統(tǒng)保證了上傳數(shù)據(jù)的真實準(zhǔn)確，為高爐正常生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。