西门子PCS7在干熄焦余热发电控制系统中的应用

摘要：本文以青海江仓90t/h干熄焦余热发电项目为背景，详细介绍了西门子PCS7在该项目中的配置、特点及应用等。

关键词：干熄焦；西门子PCS7

0引言

干熄焦是相对湿熄焦而言，其原理为采用氮气在干熄炉内与红焦换热从而熄灭红焦，吸收了红焦热量的氮气与锅炉换热产生蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机做功发电。干熄焦发电技术不仅提高焦炭品质，而且节约能源，改善环境，具有可观的经济效益和社会效益。干熄焦工艺复杂，自动化程度要求高，控制系统关系着整个工艺流程的安全、稳定、高效运行。

1 干熄焦工艺简介

焦炭从焦炉炭化室推到焦罐台车上的焦罐里，通过电机车送到提升井底部，提升机将焦罐提升并横移至干熄炉炉顶，通过装入装置装入干熄炉内，装焦完毕焦罐被送回提升井，这时装焦料斗自动移开，干熄炉炉盖盖上，随后空焦罐放到焦罐台车上，这一过程称为干熄焦系统的装焦过程，操作指令由装焦系统控制完成。

红焦炭在干熄炉中，经预存室到冷却室，与惰性气体进行直接换热，焦炭被冷却至200℃以下，经排焦装置卸到皮带输送机上，然后送往现有焦炉运焦皮带。

循环风机将惰性气体从干熄炉底部的鼓风装置鼓入干熄炉内，在冷却段经过与热焦炭换热变为热气体后进入一次除尘器。自干熄炉排出的热循环气体的温度约为900～980℃，经一次除尘器除尘后进入干熄焦锅炉换热，温度降至160～180℃。锅炉出来的循环气体经二次除尘器除尘后，由循环风机加压，再经副省煤器换热冷却至135℃后进入干熄炉循环使用。干熄焦余热发电流程如图1所示。

2 控制系统设计

2.1控制系统硬件设计

干熄焦余热发电控制系统主要完成红焦运输系统、排焦系统、气体循环系统、锅炉汽水系统、电站系统等部分的自动控制，实现全自动的操作功能，并实时监测过程参数，具备报警、历史趋势查询、报表等功能。

本项目硬件采用西门子公司的Sinamics S7-400H（410 smart）系列冗余控制单元，系统架构采用冗余CPU及冗余總线的DCS控制系统，实现无扰动切换，保证控制系统的安全性。配ET200M远程IO站。控制系统采用UPS不间断电源供电。具体配置如图2所示。

2.2控制系统软件设计

控制系统的应用软件采用了西门子公司的SIMATIC PCS7。 该软件集合了多款软件的优点，内嵌包括Step7、Simatic Net和WinCC以及PDM等在内的多款软件，组态对象选用S7-400高端CPU，在钢铁焦化行业应用广泛。SIMATIC PCS7具有客户端/服务器的灵活结构，集中的组态方式，移植性能好，友好的人机操作界面，开放的结构，可以同管理级进行通讯，同现场总线技术紧密契合等优点。利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信息采集和系统通讯，采用S7自动化系统作为现场控制单元实现过程控制，以灵活多样的分布式I/O接受现场传感检测信号，所有的系统信息都存储于一个数据库中，大大增强了系统的整体性和信息的准确性。

PCS7组态编程采用CFC（连续功能块）、SFC（顺序功能块）等更高级、更简易便捷的方式。

CFC是一种简洁的图形组态工具，以功能块为基础进行组态，PCS7系统配置了很多预编程的功能块，这些功能块以库的形式体现，每个功能块有一个参数表，可根据实际情况使能不同参数，系统通过调用不用的功能块实现数据的采集、处理、显示、报警、连锁、记录，并可同时生成显示画面，省去了大量上位画面编辑时间。CFC组态如图3所示。

SFC主要用于顺序控制的自动任务，可在上位生成流程图式的结构画面，其中包括顺序、并行分支等信息，直观反映顺空流程中的条件判断情况及每部执行情况。SFC自动生成的上位画面如图4所示。

操作监控画面的设计原则是操作方便、内容精炼且易于观察，在此基础上，伴有语音、文字和颜色闪烁等报警信息。每一个数据的趋势可以一键调出，每一个报警信息可以自动跟踪至故障所在界面，实现了故障的预警和快速排查处理，缩短了故障时间，提高了生产的稳定运行。监控画面如图5所示。

3 结语

本控制系统投运至今已接近一年，运行稳定，保证了干熄焦余热发电系统的安全、连续、高效生产，得到用户的认可，并对今后同类项目提供了一个较好的参考模式。

作者简介：刘闯（1983-），男，工程师，主要研究方向：自动化控制系统、仪控系统设计、开发及调试。