鋼鐵企業(yè)環(huán)境除塵數(shù)字化、智能化、無人化集中管控

陳妍　劉佳穎

摘 要：鋼鐵企業(yè)在當(dāng)前的環(huán)保高壓態(tài)勢、行業(yè)生存困難的大背景下，需要采用先進(jìn)的、科學(xué)的理念重新審視系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)，對各工序進(jìn)行深度挖潛，提升企業(yè)競爭力。與常規(guī)除塵系統(tǒng)區(qū)域控制相比，環(huán)境除塵系統(tǒng)集中管控不僅可以減少前期建設(shè)成本，減少操作人員數(shù)量，從而降低人工成本；還可簡化管理組織架構(gòu)及流程，一旦出現(xiàn)事故狀態(tài)，可立即組織所有力量集中搶修，縮短復(fù)工時間，從而減少事故損失。

關(guān)鍵詞：環(huán)境除塵系統(tǒng)；數(shù)字化；智能化；無人化；集中管控

THE DIGITALIZATION， INTELLIGENTIZE， UMMANNED CENTRALIZED MANAGEMENT AND CONTROL OF ENVIRONMENTAL DUST REMOVAL IN IRON AND STEEL ENTERPRISE

Chen Yan? ? Liu Jiaying

（Hebei Iron and Steel Co.， Ltd. Tangshan filiale? ? Tangsan? ? 063600，China）

Abstract：In the context of the current environmental pressure situation and the difficult survival of the industry， iron and steel enterprises need to adopt advanced and scientific concepts to re-examine the internal links of the system， deeply tap the potential of each process， and enhance the competitiveness of enterprises. Compared with the regional control of the conventional dust removal system， the centralized control of the environmental dust removal system can not only reduce the pre-construction cost， reduce the number of operators， and thus reduce labor costs; It can also simplify the management organization structure and process， and once an accident occurs， all forces can be immediately organized to focus on emergency repair， shorten the return to work time， thereby reducing accident losses.

Keywords： environmental dust removal; digitalization; intelligentize; unmanned; centralized management and control

0? ? 序? ? 言

某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)一期設(shè)計生產(chǎn)能力730萬t/a，共有79套環(huán)境除塵系統(tǒng)，涉及原料、燒結(jié)、球團(tuán)、高爐、熱軋、長材等六大生產(chǎn)區(qū)域，其中原料區(qū)域16套除塵系統(tǒng)、燒結(jié)區(qū)域14套除塵系統(tǒng)、球團(tuán)區(qū)域14套除塵系統(tǒng)、高爐區(qū)域9套除塵系統(tǒng)、熱軋區(qū)域9套除塵系統(tǒng)、長材區(qū)域17套除塵系統(tǒng)。常規(guī)環(huán)境除塵系統(tǒng)分區(qū)域進(jìn)行控制，不僅自動化、集中化程度較低，而且浪費(fèi)人力、財力資源。利用先進(jìn)的技術(shù)和手段提高數(shù)字化、智能化、無人化管理程度。該企業(yè)將新發(fā)展理念貫徹落實到建設(shè)發(fā)展全過程，把“綠色化、智能化、品牌化”作為建設(shè)目標(biāo)，取消除塵系統(tǒng)區(qū)域集控，采用最新的鋼廠動態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計和流程界面技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境除塵系統(tǒng)集中管控。

1? ? 環(huán)境除塵系統(tǒng)集中管控系統(tǒng)

1.1? ? 集中管控中心

環(huán)境除塵系統(tǒng)集中管控中心以生產(chǎn)管控中心為載體，變分散管理為集中管控，改變了以往工作人員分散，各類信息系統(tǒng)彼此孤立，無法高效聯(lián)動為管理決策提供有力支撐的局面。集控系統(tǒng)以全流程管理為系統(tǒng)設(shè)計原則，本著頂層設(shè)計、立足現(xiàn)實需要，著眼長遠(yuǎn)發(fā)展，依托集中控制、無人值守、智能調(diào)度、協(xié)同管理，趨勢分析等技術(shù)手段，緊密結(jié)合除塵系統(tǒng)運(yùn)行方面的實際需求，充分運(yùn)用云平臺、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)+的理念，具有現(xiàn)場無人值守、集中監(jiān)控、集中管理和優(yōu)化人力資源等優(yōu)點(diǎn)，提高除塵效率，降低成本，有利于環(huán)境除塵的一體化控制。

除塵系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)“三電一體化”的控制方式。由PLC實現(xiàn)各工藝參數(shù)的采集、顯示、控制、聯(lián)鎖、報警。通過PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)整個區(qū)域的除塵全自動化運(yùn)行，已最大限度消除人為因素影響除塵系統(tǒng)的運(yùn)行，提高運(yùn)行效率，并在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行及除塵效果的前提下，減低風(fēng)機(jī)能耗。

為保證各環(huán)境除塵系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)技術(shù)發(fā)展的要求，采用可靠、實用、先進(jìn)的控制系統(tǒng)，以滿足工藝所必須的運(yùn)行、控制和監(jiān)視功能?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)對各環(huán)境除塵工藝設(shè)施進(jìn)行熱工檢測和控制，實現(xiàn)主要應(yīng)監(jiān)視的信息（壓力、溫度、流量、物位、煙囪在線數(shù)據(jù)及設(shè)備啟、停、故障等）和主要被控設(shè)備（電動機(jī)、電動門、執(zhí)行器及電磁閥等）的熱工自動化監(jiān)控，提供完備的歷史數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)曲線和事件報警信息，以便于設(shè)備運(yùn)行情況分析。集中控制中心配置高性能數(shù)據(jù)鏡像服務(wù)器以保障數(shù)據(jù)采集，具備采集萬點(diǎn)數(shù)據(jù)量能力，上傳工藝運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與上級信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

1）多層次控制體系。

生產(chǎn)的信息化控制和管理系統(tǒng)都分為三個層次：設(shè)備層、控制層、監(jiān)控管理層。

設(shè)備層：主要指除塵系統(tǒng)內(nèi)的各個閥門、電動機(jī)、儀表、開關(guān)檢測元件、執(zhí)行器等。

控制層：由配電柜、控制柜、就地操作站、工業(yè)以太網(wǎng)等組成。控制層的核心為PLC。利用工業(yè)組態(tài)軟件將各個設(shè)備的數(shù)據(jù)收集并反映在上位機(jī)上，進(jìn)行實時監(jiān)控除塵器運(yùn)行情況。

監(jiān)控管理層 ：系統(tǒng)監(jiān)控操作通過監(jiān)控畫面實現(xiàn)，方便職工操作監(jiān)控畫面和查看現(xiàn)場，顯示內(nèi)容豐富鮮明、操作簡捷可靠，畫面能夠準(zhǔn)確反映出各個除塵器的實時工作狀況，達(dá)到動態(tài)同步顯示，可以在集控中心操作和控制任意除塵系統(tǒng)。畫面提供變量記錄功能，記錄各種模擬量數(shù)據(jù)的實時值，同步顯示趨勢曲線，對變量做了操作記錄，對設(shè)備運(yùn)行故障具有實時故障報警，并提示故障發(fā)生部位，且有聲光報警燈指示，還具有報警記錄存儲，可實現(xiàn)歷史故障報警的查詢。

集控中心配置彩色中央大屏，可實現(xiàn)各系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與現(xiàn)場視頻收集監(jiān)控，達(dá)到各區(qū)域的整體管控與分屏整合顯示，可通過一圖感知所有除塵器的運(yùn)行狀態(tài)。

2）集控中心軟件、硬件配置。

集中監(jiān)控中心監(jiān)控系統(tǒng)采用C-S結(jié)構(gòu)，各客戶機(jī)之間實現(xiàn)熱備，且服務(wù)器與客戶機(jī)間通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。每臺服務(wù)器配置一臺交換機(jī)，實現(xiàn)兩臺交換機(jī)組成環(huán)網(wǎng)。

系統(tǒng)軟件：作為服務(wù)器的計算機(jī)按照需求配置操作系統(tǒng)，服務(wù)器站配置組態(tài)軟件，客戶機(jī)站配置運(yùn)行版上位機(jī)組態(tài)軟件。主要實現(xiàn)以下功能：

a.實現(xiàn)整體六個區(qū)域除塵設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與現(xiàn)場視頻收集監(jiān)控；

b.可根據(jù)需要實現(xiàn)針對于六個區(qū)域除塵設(shè)備的整體管控及部分的操作應(yīng)用，最高權(quán)限在現(xiàn)地設(shè)備控制端（配合現(xiàn)場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實現(xiàn)），當(dāng)現(xiàn)地設(shè)備控制端切換到遠(yuǎn)程操作的情況下可以實現(xiàn)設(shè)備的部分遠(yuǎn)程操控；

c.針對所有區(qū)域的關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)的整體監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，形成報表可以根據(jù)需要在大屏幕監(jiān)控墻、移動端等進(jìn)行實時的登陸和查看，需要有多種應(yīng)用的權(quán)限配置；

d.實現(xiàn)整體六個區(qū)域除塵設(shè)備應(yīng)用系統(tǒng)的所有的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的收集與分屏整合顯示，具體以實際工藝的應(yīng)用為主；

e.針對于所有系統(tǒng)的報警信息的匯總收集，運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯總收集，可根據(jù)需要擴(kuò)展能耗信息的采集應(yīng)用；

f.根據(jù)權(quán)限可實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，同時可以實現(xiàn)移動端的實時監(jiān)測和管控；

g.可以實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程報警，實現(xiàn)預(yù)警信息的移動的端推送，可以實現(xiàn)當(dāng)設(shè)備報警時將相關(guān)的信息發(fā)送到相關(guān)的負(fù)責(zé)人的手機(jī)上和系統(tǒng)郵箱里，并將所有的信息進(jìn)行匯總，具備報警信息確認(rèn)信息。

1.2? ? 區(qū)域無人值守監(jiān)控站

結(jié)合企業(yè)實際情況，保證任何情況下環(huán)境除塵系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，采用無人值守模式，在原料區(qū)域、燒結(jié)區(qū)域、球團(tuán)區(qū)域、高爐區(qū)域、熱軋區(qū)域、長材區(qū)域分別設(shè)置區(qū)域監(jiān)控站。

各區(qū)域監(jiān)控站設(shè)置監(jiān)控后臺，各區(qū)域集中監(jiān)控站分別配置兩臺操作員站，各操作員站之間實現(xiàn)熱備。同時在區(qū)域能源集控中心設(shè)置一個集中監(jiān)控中心，客戶端放置于在集中控制室內(nèi)，實現(xiàn)全廠集中監(jiān)控。每套除塵系統(tǒng)設(shè)一套 PLC 控制系統(tǒng)，由 PLC 實現(xiàn)各設(shè)備工藝參數(shù)的采集、顯示、控制、聯(lián)鎖、報警。區(qū)域監(jiān)控站與該區(qū)域內(nèi)各除塵控制系統(tǒng)組成區(qū)域環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)所有除塵系統(tǒng)控制。實現(xiàn)主要應(yīng)監(jiān)視的信息（壓力、溫度、流量、物位、煙囪在線數(shù)據(jù)及設(shè)備啟、停、故障等）和主要被控設(shè)備（電動機(jī)、電動門、執(zhí)行器及電磁閥等）的熱工自動化監(jiān)控，提供完備的歷史數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)曲線和事件報警信息，以便于設(shè)備運(yùn)行情況分析。原料區(qū)域集中監(jiān)控站配置兩臺操作員站，操作員站之間實現(xiàn)熱備。每臺操作員站均配置一臺交換機(jī)接入該區(qū)域環(huán)網(wǎng)。各區(qū)域監(jiān)控站的兩臺交換機(jī)通過光纖分別連接至集中監(jiān)控中心的兩臺交換機(jī)，以便進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。并配置高性能數(shù)據(jù)鏡像服務(wù)器以保障數(shù)據(jù)采集，具備采集萬點(diǎn)數(shù)據(jù)量能力，數(shù)據(jù)掃描頻率不低于2 s，上傳工藝運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與上級信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

1.3? ? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是環(huán)境除塵智能化管理體系中重要組成部分，可以通過高清攝像機(jī)及輔助設(shè)備直接觀看設(shè)備運(yùn)行情況，并通過光纖傳輸至集控中心，同時還可以把設(shè)備運(yùn)行圖像全部記錄下來，為日后對突發(fā)事件的處理提供了方便條件及重要依據(jù)。按照設(shè)備的重要性及管理的側(cè)重點(diǎn)不同，每臺除塵設(shè)置兩臺攝像頭，一臺記錄風(fēng)機(jī)、電機(jī)運(yùn)行情況；另一臺記錄氣力吸排放灰情況。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機(jī)的部分、傳輸?shù)牟糠?、控制與記錄部分以及顯示部分四大塊組成，具有實時性、安全性、可擴(kuò)展性、開放性、標(biāo)準(zhǔn)性、靈活性、先進(jìn)性、實用性等特點(diǎn)。每個監(jiān)測點(diǎn)，通過控制主機(jī)或操作切換設(shè)備及顯示器，操作人員能監(jiān)視接入控制主機(jī)的有關(guān)監(jiān)視區(qū)域的視頻圖像，顯示器均可按預(yù)置設(shè)定的流程組成或單獨(dú)自動巡視各監(jiān)視區(qū)域，也可手動定時監(jiān)視重點(diǎn)區(qū)域，在每路視頻圖像上，均能疊加日期、時間、區(qū)域、名稱。同時對清晰度、色調(diào)飽和度、對比度、分辨率等設(shè)置連續(xù)可調(diào)。操作人員可以在任意一個顯示畫面上顯示任意一個攝像機(jī)的圖像，或?qū)λ械膱D像根據(jù)與之設(shè)定進(jìn)行單畫面輪流巡檢。

1.4? ? 在線檢測、監(jiān)測系統(tǒng)

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對于環(huán)境除塵無人值守模式尤為重要，通過模擬信號、數(shù)字信號傳輸至操作員站上位機(jī)，在通過光纖傳輸至區(qū)域監(jiān)控站、集控中心。操作員根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)情況判斷設(shè)備運(yùn)行狀況，從而以保證設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

將風(fēng)機(jī)電機(jī)測溫、測振、電流、風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力，除塵器本體進(jìn)出口壓力、過濾壓差、高低料位計，刮板機(jī)運(yùn)行電流及斷鏈保護(hù)、輸灰堵塞，氣力輸灰輸灰氣壓、輸送泵運(yùn)行等位置安裝在線檢測監(jiān)測設(shè)備，可實時掌握設(shè)備運(yùn)行情況。

根據(jù)各設(shè)備的重要性，對各設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級，風(fēng)機(jī)電機(jī)測溫、測振為一級，分別設(shè)置報警值、停機(jī)值；其余設(shè)備運(yùn)行情況分為二級，僅報警不停機(jī)。對每一類的設(shè)備的監(jiān)測參數(shù)都制定了相應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)，如振動、溫度值，當(dāng)參數(shù)設(shè)定后，系統(tǒng)自動對實測值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，高于標(biāo)準(zhǔn)值將會報警，同時系統(tǒng)有足夠的空間對每日監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并隨時可以調(diào)出各類數(shù)據(jù)。

2? ? 效益分析

2.1? ? 社會效益

環(huán)境除塵系統(tǒng)集控中心建成使用后，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行統(tǒng)一管理、人員集中調(diào)配、系統(tǒng)發(fā)生異常后迅速反應(yīng)等功能，有利于除塵系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行，從而減少環(huán)保事故發(fā)生概率；取消多個集控中心站室運(yùn)行，有效減少水電等能源消耗，滿足企業(yè)節(jié)能減排的目標(biāo)要求，社會效益顯著。

2.2? ? 經(jīng)濟(jì)效益

1） 如按照傳統(tǒng)環(huán)境除塵系統(tǒng)分區(qū)域管控模式，需在各區(qū)域建設(shè)6座辦公、生活功能配備齊全的區(qū)域集控中心；根據(jù)各區(qū)域環(huán)境除塵系統(tǒng)數(shù)量，需配備滿足設(shè)備正常生產(chǎn)運(yùn)行的人員，見表1。

2）實施集中管控后配備生產(chǎn)運(yùn)行人員（見表2）。

發(fā)生土建費(fèi)用，按照室內(nèi)裝修標(biāo)準(zhǔn)約3 000元/m²，集采屏幕、中央空調(diào)、通訊網(wǎng)絡(luò)集成模塊、軟件、電腦及其他辦公用品等設(shè)備費(fèi)用約300萬元；實際建設(shè)6個區(qū)域集控，利用除塵系統(tǒng)下方富?？臻g設(shè)置集控室，每個集控室建設(shè)面積約30 m²（無值班室、小型會議室）設(shè)計，土建費(fèi)用約10萬元，室內(nèi)裝修標(biāo)準(zhǔn)約5 000元/m²，每個集控室配套單體空調(diào)、PLC柜+交換機(jī)、軟件、電腦等設(shè)備費(fèi)用約15萬元。

如按照常規(guī)分區(qū)控制建設(shè)六座獨(dú)立集控中心，每個集控中心建設(shè)面積按照100 m²（操作中心、值班室、小型會議室各一個）設(shè)計，土建費(fèi)用約50萬元，室內(nèi)裝修標(biāo)準(zhǔn)約5 000元/m2；每個集控中心配套集采屏幕、中央空調(diào)、通訊網(wǎng)絡(luò)集成模塊、軟件、電腦及其他辦公用品等設(shè)備費(fèi)用約100萬元。

本項目采用單項因素直接測定法（按英文縮寫為MTP）進(jìn)行效益分析，通用計算公式為：

E_m=（Q₁-Q₀）·r-（ΣC_a+I）-F

節(jié)約建設(shè)費(fèi)用：

E_m1=（150×3 000+3 000 000）+（6×100 000+6×30×5 000+6×150 000）-（6×300 000+6×100×5 000+6×1 000 000）=-4 950 000（元）

3）人工費(fèi)用。

本項目僅對比操作及點(diǎn)檢人員，運(yùn)行實際人員數(shù)量為操作36人、點(diǎn)檢36人，合計72人；常規(guī)分區(qū)域控制人員數(shù)量約為操作64人、點(diǎn)檢28人，合計92人。按照職工工資標(biāo)準(zhǔn)（操作崗位工資1 728元/月，獎金系數(shù)1，其他440元/月；點(diǎn)檢崗位工資2 016元/月，獎金系數(shù)1.5，其他

440元/月；獎金基數(shù)1 700元/月）計算，年節(jié)約人工費(fèi)用：

E_m2=[36×（1 728+1 700+440）×12]+[36×

（2 016+2 550+440）×12]-[64×（1 728+1 700+

440）×12]-[28×（2 016+2 550+440）×12]=

-819 072（元）

經(jīng)濟(jì)效益E_m= E_m1+ E_m2=4 950 000+819 072=5 769 072（元）

環(huán)境除塵系統(tǒng)集中管控投用后，能夠達(dá)到節(jié)約建設(shè)成本及運(yùn)行人工成本的目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

綜上所述，利用軟件程序、攝像裝備、在線檢測、計量儀表等現(xiàn)代化手段將常規(guī)環(huán)境除塵系統(tǒng)區(qū)域控制改為全廠集中控制，實現(xiàn)了對每套除塵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及效果的實時掌控。環(huán)境除塵體系集中管控不僅可以減少前期建設(shè)成本、人工成本，還可簡化管理組織架構(gòu)及流程，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。數(shù)字化、智能化、無人化集中管控也將成為鋼鐵企業(yè)環(huán)保設(shè)備精益化運(yùn)行的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

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