基于WAGO 750- 881 PLC 與轉(zhuǎn)爐除塵改造中的應(yīng)用

汪利峰 賈 非

（1、重慶市勘測院，重慶 401121 2、中冶賽迪重慶信息技術(shù)有限公司，重慶 400013）

某煉鋼廠現(xiàn)在有兩座40t 的轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)，并且這兩座轉(zhuǎn)爐各自配備了一套獨立的煤氣凈化系統(tǒng)，煤氣凈化系統(tǒng)采用老OG 濕法除塵方式，改造前的煙氣凈化流程如下：轉(zhuǎn)爐煙氣--->活動煙罩---> 汽化冷卻煙道---> 溢流文氏管---> 重力脫水器--->RD 可調(diào)文氏管--->90°彎頭脫水器--->脫水塔--->煤氣鼓風(fēng)機(jī)--->煤氣放散塔--->點火裝置--->燃燒放散[1]。在當(dāng)前國內(nèi)鋼鐵業(yè)形勢嚴(yán)峻下，對煉鋼煙氣凈化系統(tǒng)的改造能有效降低煉鋼的生產(chǎn)成本，提高二次能源的利用率，而且能極大改善鋼鐵生產(chǎn)的污染物排放總量[2]。為了降本增效，并且有效的改善環(huán)境，結(jié)合鋼廠的實際情況將該轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)改為新OG 除塵系統(tǒng)，并對轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行回收。

1 轉(zhuǎn)爐新OG 工藝特性和設(shè)備特點

環(huán)縫裝置在轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵系統(tǒng)中承擔(dān)著精除塵和改善爐口狀態(tài)的作用。轉(zhuǎn)爐吹氧時產(chǎn)生的1400～1600℃的轉(zhuǎn)爐煤氣，在風(fēng)機(jī)的抽引下，經(jīng)活動罩裙和汽水煙道冷卻至900℃以下，然后進(jìn)入噴淋塔，進(jìn)行粗除塵和進(jìn)一步冷卻并兼滅火；接著煤氣進(jìn)入環(huán)縫洗滌塔，環(huán)縫洗滌塔內(nèi)外錐體的間隙，依靠爐口微差壓及冶煉工況調(diào)整，煤氣經(jīng)此進(jìn)行精除塵，然后再經(jīng)脫水塔脫去大顆粒水滴，進(jìn)入風(fēng)機(jī)；風(fēng)機(jī)機(jī)后的正壓，根據(jù)煤氣質(zhì)量和其它條件，煤氣通過三通切換閥的切換作用，或者由放散煙囪向大氣排放，或者經(jīng)過水封逆止閥和U 型水封通過管道送入煤氣柜[3]。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，當(dāng)一次除塵操作室收到吹煉開始信號以后，除塵風(fēng)機(jī)通過自動或者操作人員手動提高轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速，根據(jù)爐口的冶煉狀態(tài)，通過環(huán)縫液壓升降裝置來調(diào)節(jié)環(huán)縫開度，來改變抽風(fēng)量，從而改變爐口壓差。環(huán)縫裝置采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動，該環(huán)縫液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、控制閥臺組成。液壓泵站包括油箱裝置、2 臺主泵、1 臺循環(huán)泵、循環(huán)過濾冷卻裝置、蓄能器組和站內(nèi)配管等。

2 轉(zhuǎn)爐新OG 電氣設(shè)計和控制方案

2.1 轉(zhuǎn)爐新OG 控制器選型

圖1 轉(zhuǎn)爐新OG 系統(tǒng)工藝流程圖

本項目采用WAGO 750-881 可編程現(xiàn)場總線控制器，它為德國WAGO 公司開發(fā)最新系列現(xiàn)場總線控制器，并為現(xiàn)場總線適配器與PLC 完美的結(jié)合在一起的可編程現(xiàn)場總線控制器[4]，可以使用的可編程總線控制器的形式有PROFIBUS-DP/FMS，CANopen，DeviceNet，LonWorks，MODBUS/TCP，Ethernet TCP/IP[5]。并且所使用的編程軟件WAGO-I/O-PRO 符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了5 種編程語言，而且還提供了和高級語言一樣的基于編程開發(fā)環(huán)境的編輯、調(diào)試等功能[6]。對于小型控制系統(tǒng)來講，特別是I/O 點數(shù)在256 點及以下的控制系統(tǒng)中，可以單獨使用該現(xiàn)場總線通訊接口作為小型的PLC 系統(tǒng)，可完成對系統(tǒng)的開環(huán)或者閉環(huán)控制、PID 調(diào)節(jié)，通訊，故障診斷等功能[6]。

2.2 轉(zhuǎn)爐新OG 的系統(tǒng)配置圖

新OG 控制柜設(shè)置在現(xiàn)場的環(huán)縫液壓站的平臺小屋內(nèi)。由于現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，防止遠(yuǎn)程控制器與主系統(tǒng)的通信發(fā)生干擾，采用了光電轉(zhuǎn)換形式，提高了系統(tǒng)的可靠性（圖2）。

圖2 系統(tǒng)硬件配置圖

2.3 轉(zhuǎn)爐新OG 的軟件編程

WAGO 750-881 采用CoDeSys 編程軟件，其編程語言豐富，使得開發(fā)者能夠使用簡便快捷編程方式，提高了編程效率；同時它還集成了功能強(qiáng)大的庫函數(shù)，能夠隨時導(dǎo)入各種現(xiàn)成的庫函數(shù)，從庫函數(shù)中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化程序塊，只需修改外部接口，即能實現(xiàn)控制功能，從而避免了重復(fù)勞動，大大縮短了開發(fā)周期。另外，它還自動集成測試和診斷功能，支持在線測試和離線仿真等功能[7]（圖3、4）。

圖3 WAGO 中使用PID 控制圖

2.4 WAGO PLC 與羅克韋爾1756-L61 PLC 通信

由于原轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)PLC采用羅克韋爾的1756-L61，涉及到WAGO PLC 與其通信。通過在1756-L61 PLC 的以太網(wǎng)中配置ETHERNET-MODULE (Generic Ethernet Module)，通過定義好傳輸字節(jié)數(shù)，和地址，下載1756-L61 的硬件配置即可。在WAGO Ethernet Settings 設(shè)置與1756-L61 通訊參數(shù)，其字節(jié)數(shù)與1756-L61 中的設(shè)置一致。

2.5 環(huán)縫的控制策略

傳統(tǒng)的環(huán)縫開度控制采用的是PID 控制，通過PLC 實時采集爐口微差壓與設(shè)定爐口微差壓做閉環(huán)控制[8]，來調(diào)節(jié)環(huán)縫的開度，其弊端為爐微差壓在波動大的情況下，環(huán)縫的開度調(diào)節(jié)幅度大，而且環(huán)縫液壓升降系統(tǒng)屬于滯后系統(tǒng)，不能及時調(diào)整開度來調(diào)節(jié)改變爐口微差壓。因此采用基于環(huán)縫開度控制表和爐口微差壓做補(bǔ)償?shù)目刂品绞?。根?jù)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的特點，將冶煉分為等待冶煉、吹煉前期、吹煉中期、吹煉后期和吹煉結(jié)束，并根據(jù)生產(chǎn)的這幾個周期分別將環(huán)縫的開度設(shè)計成一張環(huán)縫開度控制表。通過設(shè)定的爐口微差壓和檢測到實際爐口微差壓值來進(jìn)行PID 運(yùn)算。

圖4 WAGO 中采用SFC 編程圖

圖5 環(huán)縫開度控制系統(tǒng)框圖

根據(jù)WAGO 750-881 PLC 采集到的環(huán)縫實際開度和設(shè)定開度的比較，采用CFC 流程圖編程的方式來實現(xiàn)對環(huán)縫裝置升降的控制，其程序流程圖如圖6 所示。

圖6 PLC 程序控制流程圖

根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉周期的將環(huán)縫控制的開度設(shè)定如表1 所示。

表1 環(huán)縫裝置開度表

3 實際運(yùn)行結(jié)果及分析

通過采用氧槍吹煉時間進(jìn)行分段來控制環(huán)縫開度和爐口微差壓來補(bǔ)償控制方式來調(diào)節(jié)環(huán)縫開度的方法，在吹煉中期爐口微差壓變化比較劇烈時，能通過控制環(huán)縫的開度，調(diào)整爐口微差壓。具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾性（圖7）。

圖7 實際生產(chǎn)的爐口微差壓和環(huán)縫開度圖

4 結(jié)論

本項目采用WAGO 750-881 可編程現(xiàn)場總線控制器作為轉(zhuǎn)爐新OG 除塵系統(tǒng)的主控制器，通過采用吹煉時間分段和爐口微差壓來補(bǔ)償控制方式來控制環(huán)縫開度，以WAGO 750-881 PLC 靈活的編程方式實現(xiàn)了該控制方法達(dá)到了工藝控制要求，并且通過實際的運(yùn)行檢驗，控制效果良好，滿足生產(chǎn)的要求和改造的技術(shù)指標(biāo)。