1 前 言
烟气炉控制系统是济南钢铁集团总公司第二炼铁厂（简称济钢第二炼铁厂）喷煤粉系统的子系统，该系统燃烧所用高炉煤气含尘量大，纯度低，特别是在净化过程中出现的含水问题，使得点火比较困难，为此使用纯度较高的焦炉煤气点火。但由于焦炉煤气成本高，要求系统点火成功后自动切换到高炉煤气，并停止焦炉煤气。同时要求系统能根据制粉需求，自动控制烟气出口温度，并能对每个设备单动，能够显示各阀门开度、风量、高炉煤气和热风炉煤气压力、流量等。设计的烟气温度控制系统以触摸屏为人机界面，采用西门子 S7-200系列可编程控制器为控制系统，并留有Modbus通信接口，可作为喷煤系统的从站，实现与远程喷煤粉控制系统的通讯。
2 系统构成
2.1 系统硬件构成
整个电气控制系统分为主控制系统PLC和富士UG221H-LE4触摸屏。PLC作为喷煤控制系统的从站。系统硬件构置见图1。
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图1 系统硬件构置
考虑到烟气炉系统的安全，主控制系统的PLC采用西门子S7—200系列PLC CPU226。该CPU集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点，可连接7个扩展模块，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，可用于要求高的控制系统。因西门子S7-200系列PLC CPU226较多的输入/输出点，较强的模块扩展能力，较快的运行速度和功能强大的内部集成功能，可完全适应烟气炉较为复杂的中型控制系统。
2.2 系统软件
控制系统采用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1,使用该软件的组态向导可用于TD 200文本显示器、PID控制器、CPU间数据传输的通讯功能。
3 系统可实现的功能
3.1 控制功能
控制系统主要实现烟气炉的点火和烟气炉出口温度的控制，操作方式分就地操作和远程操作。在就地操作模式下，用户通过触摸屏可实现对该系统的参数设定和系统设备的控制；而在远程控制方式下，喷煤主控制系统，采用Modbus通信协议及RS485接口，实现对该系统的远程控制。系统参数有：烟气炉出口温度、报警温度、前后吹扫炉膛时间、焦炉煤气点火时间、点火成功后切换高炉煤气时间。具体控制过程如下：
系统接到点火指令后，启动助燃风机吹扫炉膛，到设定时间点焦炉煤气，点火成功后打开高炉煤气同时关闭焦炉煤气。由于该系统对烟气炉出口温度要求非常严格，温度过高，可能对制粉带来安全隐患，温度过低，则影响制粉生产过程。在实践中，采用PID调节方式，通过调节高炉煤气的流量实现对温度的控制.然而，控制烟气出口温度有较强的滞后性，在实际的控制过程中，如果检测的出口温度和设置的温度相差过大，系统采用大范围的调节高炉煤气流量，实现出口温度的快速响应；当检测的出口温度与设置的温度在20℃的范围内，通过PID调节，实现系统的稳定控制。
停火先停煤气到准许温度，吹扫炉膛后，再停风机。考虑安全因素，如温度超过设定上限，则关闭煤气并启动冷风机，保证系统的安全。系统启动流程如图2所示。系统关闭流程如图3所示。
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图2 系统启动流程
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图3 系统关闭流程
3.2 与主控制系统的网络通信
由于该系统作为喷煤系统的一个子控制过程，所以组态为Modbus RTU从站，通过RS485通信接口，实现与Modbus主站的通讯，从而完成喷煤系统的远程控制。考虑到烟气炉的出口温度对系统的危险性，在实际的应用中，采用双重保险措施。一方面，所有的系统参数和控制参数通过Modbus接口，实现与主控制系统的通信；另一方面，在实际使用的网络通信过程中，由于现场恶劣环境，通信数据交换的安全性和实时性得不到保证，经常出现网络通信故障，使系统得不到远程系统的控制参数，造成出口温度失控，给系统带来巨大的安全隐患。所以，在应用中，除了加强对通信故障的判断外，对重要通信信号辅以屏蔽电缆直接联接，在发生通讯故障时，能自动转到硬线联接，从而确保系统的安全可靠运行。
3.3 触摸屏的控制和通信
在就地操作模式下，可通过触摸屏实现对系统的控制。触摸屏界面完全采用图形方式，简洁易懂，操作方便，同时可通过触摸屏，选择操作方式。操作方式有单动和自动，在单动方式下，可逐个控制单个设备；在自动方式下，系统实现自动控制。触摸屏具有报警指示和报警记录，通过报警窗口，可查看系统故障原因，便于系统维护。
4 结 语
由于采用触摸显示屏为人机界面，西门子S7-200（CPU226）PLC为控制系统，采用Modbus通讯协议，可以实现远程、就地自动控制。该系统自2003年10月投入使用以来，温度控制可靠、稳定，满足了工艺要求，同时保证了设备安全。
