中控WebField ECS-100控制系统在攀钢新3号高炉TRT全干式除尘中的应用

1. 概述
　　高炉煤气能量回收发电装置（TRT）是高炉炉顶煤气的高效利用装置，其主要由两大部分组成煤气净化（除尘）系统和透平发电系统。高炉粗煤气经过重力除尘器、散热器、布袋除尘器（BDC）之后，成为净煤气，具备引入透平机组发电的条件，而透平装置就是使煤气中的压力能和热能转化为机械能以驱动发电机发电的装置。该装置具有减少环境污染和能量浪费、稳定炉顶压力、改善高炉生产条件，现已成为当今世界钢铁行业公认的节能环保装置。
　　新3号高炉TRT是在4号高炉成功运用TRT技术的基础上，由攀钢设计院设计，攀钢自行施工建设完成的、具有标志性的先进TRT工程。尤其是全干式的除尘工艺是在原干式、湿式相结合的工艺上进行改进而建成的国内第一座全干式除尘方式的TRT。全干式除尘配合由散热器部分，使得除尘效果更加良好，工艺流程更加先进、合理。为了更好得完成新3号高炉TRT的生产工艺，DCS控制系统的选择是至关重要的。而如何充分利用DCS的先进控制和运算功能，最大可能的方便运行管理和实现控制最优化，也是该自动控制系统所面临的关键问题。面对攀钢新3高炉TRT装置的控制设备较多，相应引入控制站的I/O信号也较多（全干式除尘部分大概有5000多个信号点）的情况，本次工程设计采用浙江中控技术有限公司研制的WebField ECS-100 DCS控制系统对攀钢新3高炉TRT装置控制系统进行全面的监视和控制。
　　从攀钢新3号高炉生产过程利用WebField ECS-100 DCS控制系统的运行状况来看，设备及系统运行安全稳定;运行操作方便快捷;报警联锁及时可靠;通过自动和手动灵活切换和自动控制的成功投运，取得了很好的调节控制效果，全面保证了设备的安全、经济运行和生产的稳定增长。
2. WebField ECS-100控制系统简介
　　WebField ECS-100控制系统，是中控在继承JX-300、300X技术的基础上，为适应网络技术的发展，特别是Internet、Web技术的发展，并融合了最新的现场总线技术、嵌入式软件技术、先进控制技术，推出的新一代基于网络技术的控制系统。
　　此系统采用新型的WEB化体系结构，突破了传统控制系统的层次模型，实现与多种现场总线的全面兼容以及与第三方异构系统的综合集成。具有新型的WEB化体系结构，设备管理（SAMS）功能，以及无隙联接HART、FF、PROFIBUS等各种标准的现场总线及各种异构系统等特点，真正实现了工业自动化系统的网络化、智能化、数字化。采用新型的WEB化体系结构，突破了传统控制系统的层次模型。
　　该控制系统为工业自动化提出新的概念，基于Web on Field结构的公共通讯环境和信息流，简化了工业自动化的体系结构，增强了过程控制的功能和效率，提高了工厂自动化的整体性和稳定性，并且最终节省企业为工业自动化而作出的投资。
　　WebField ECS-100控制系统由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成。
　　具有良好的开放性能是分散控制系统软件的突出特点，其融合了各种标准化的软、硬件接口，方便地接入最先进的现场总线设备和第三方集散控制系统、逻辑控制器等，通过各种远程介质或Internet网络实现远程操作。既满足用户的操作要求，又便于维护和使用。
　　同时，WebField ECS-100控制系统具有良好的兼容性、安全性和易操作性等优点，还具有强大的在线组态、在线调试和强大的图形功能，面向对象的图形设计，使图形及动画制作方便、灵活;同时其在原有的C语言二次开发工具的基础上，系统控制组态又增加了符合IEC-61131-3标准的组态工具FBD、LD、SFC、ST等，使DCS与PLC的控制功能得到统一，内置VBA编程，功能强大，可以实现非常复杂的操作、控制，能够更好的满足工业控制的要求。
3. 控制系统总体设计方案
　　3.1 系统概述
　　在攀钢新3高炉TRT项目中，具体有四部分的控制：散热器控制、BDC筒体控制、排灰控制、透平引煤气控制。四个控制部分全部采用DCS系统控制，共设一个工程师站和三个操作员站，并通过过程控制网SCnetⅡ与系统控制站、通讯接口单元等在两个互为冗余的集线器（ HUB ）上直接连接，过程控制网SCnetⅡ是在Ethernet基础上开发的网络系统，各节点的通讯接口均采用了专用的以太网控制器，数据传输遵循TCP/IP协议。WebField ECS-100 SCnetⅡ网络采用双重化冗余结构，在其中任一条通讯线发生故障的情况下，通讯网络仍保持正常的数据传输; 控制站内部I/O控制总线是SBUS总线， 主控制卡、数据转发卡、I/O卡通过SBUS进行信息交换。SBUS总线分为两层：双重化总线SBUS-S2、SBUS-S1网络。
　　在该项目中的散热器部分主要由四套散热器组成，正常运行时两用两备。一套散热器包括两个眼镜阀、一个氮气阀、放散阀组成，其主要控制过程有：散热器的连锁投运和停运、散热器自动喷水、放散塔点火控制等。
　　BDC部分由12套布袋除尘器筒体组成，正常运行时8用4备，一套BDC包括两个眼镜阀、过滤阀、反吹阀和放散阀各一个。同时，公辅设施（比如反吹风机等设备）也划归该部分进行控制。其主要控制过程有：BDC筒体的自动投运和停运，停运控制还有检修停运和不检修停运两种情况，以及BDC筒体的过滤反吹自动控制等。
　　排灰系统包括：布袋筒体及卸灰阀组12套、粉尘计量装置及排灰阀组12套，12套可同时排放，也可单独排放;螺旋输送机一组（ 共4台 ）;皮带输送机一组（ 共4台 ）。其控制过程主要有：筒体的自动卸灰和粉尘罐的自动排灰，其中就包括皮带的启动连锁和停止连锁控制。
　　连锁自动控制是该工程的主要控制任务，针对新3号高炉TRT部分的信号量较大的情况，如何更优、更简便的实现以上过程的自动过程将是编程的第一要任。下面就以一套排灰系统（ 布袋筒体及卸灰阀组一套、粉尘计量装置及排灰阀组一套 ）自动控制的实现对控制策略和编程思想进行介绍，其余过程的自动控制实现方式类似。
　　3.2 控制回路介绍
　　3.2.1 布袋筒体卸灰自动控制（ 以1#筒体为例 ）
　　筒体内粉尘排放以料位而定，料位高时卸灰，料位低时关，也可人为进行排放。当粉尘达到筒体料位上限时必须排放。控制逻辑图如图1所示。

图1 卸灰控制逻辑图

　　3.2.2 粉尘计量装置排灰
　　粉尘计量装置内粉尘定量（ 粉尘重达3t，信号来自称重装置）排放，当粉尘计量装置内粉尘达到上料位时必须排放。
　　12个粉尘计量装置共分4组，每3个粉尘计量装置为一组，供一台螺旋输送机排灰，4组可同时排灰，但每组内的3个粉尘计量装置每次只能有一个排灰。
　　控制逻辑图如图2所示。

图2 排灰控制逻辑图

4. 控制系统编程思想
　　鉴于BDC排灰系统中的布袋筒体及卸灰阀组、粉尘计量装置及排灰阀组的数量较多，而且考虑到每套布袋筒体及卸灰阀组和每套粉尘计量装置及排灰阀组的控制逻辑基本一致，只有部分（ 12个粉尘计量装置共分4组，每3个粉尘计量装置为一组，供一台螺旋输送机 ）有所差别，同时因为在该排灰系统中，有的设备有机旁操作箱，而有的设备没有机旁操作箱，其控制完全由CRT完成。为了减少不必要的工作量，提高工作效率，本次在TRT—BDC排灰系统控制系统编程中提出两种编程思想：
　　一种是利用WebField ECS-100功能强大的自定义功能块（DFB）——把同一套排灰系统中的各个设备按控制逻辑在LD段落编辑器里进行功能块梯形图编程，这样在成套排灰系统的控制梯形图里就可以直接调用各个设备的自定义功能模块，只需在自定义模块的相应引脚处输入设备各自的信号点，就可以达到控制要求，其他成套排灰系统的控制程序就可以拷贝过去，只修改相对应的信号点就完成另一套排灰系统的编程，可以节省大量的工组量;
　　另一种也是利用WebField ECS-100功能强大的自定义功能块（ DFB ），与第一种编程思想不同的是把同一个排灰系统中的不同设备再进行归类划分，从而把这些设备分为7种自定义功能模块，这样在成套控制梯形图里也可以直接调用各个自定义功能模块，在成套的排会[[[灰]]]系统控制程序里对相同类型的设备就可以调用相应的自定义功能模块进行编程，同样也是在很大程度上减少了工作量，提高了工作效率。
5. BDC排灰系统在CRT上的集中控制
　　根据本次TRT————煤气全干式除尘排灰系统的各种设备有的有机旁操作箱，而有的没有机旁操作箱，以及系统有自动和手动两种操作方式的控制要求，在程序的编写上相应的在硬件组态软件（ Sconfig ）变量栏里加入<系统集中>、<系统机旁>、<系统自动>、<系统手动>和每个设备的启动、停止的自定义1字节变量。
　　系统预先定义的变量用于控制信息的交换处理等，在控制组态里预先定义的变量，可以在SupView软件里访问这些变量（ 注意： 在控制组态里预先定义的自定义变量，必须先导入到实时监控软件的数据库里才能够在实时监控软件里进行访问 ），这里顺便提一下全局变量和私有变量，它们都属于预先定义的变量，虽然全局变量和私有变量都只是在图形化编程软件（ SControl ）里预先定义的变量，它们不同在于全局变量是在变量编辑器里预先定义，可在同一个控制站内的不同的段落内访问，而私有变量是在对象的变量定义里进行预先定义，只能在本段落访问，其它段落不能访问在本段落预先定义的私有变量。
　　在CRT的画面建立上也考虑<系统集中>与<系统机旁>的切换控件、<系统集中>与<系统机旁>的切换控件和设备在集中控制CET画面上也设置相应控件达到集中控制的目的（ 以1#排灰系统的卸灰控制画面为例，见图3所示）。

图3 1#BDC卸灰操作画面

　　在CRT上的控件有两种功能： 一种是运行状态显示; 一种是控制操作。其中运行显示在<动画>选项里进行设置，在数据源设置处选择预先定义变量B1_XH_CEN与动画形成动态连接。
　　控制操作在<编辑脚本>里用Visual Basic语言进行程序编写达到控制要求。
　　排灰系统的各个设备和信号经过以上步骤的编程、设置，就基本上完成了系统的控制编程，之后便可进行运行调试，首先是工程师站、操作员站、控制站、网络通讯的调试运行;之后再是现场系统的联机调试与运行。
6. 总结
　　WebField ECS-100 控制系统基于Web On Field 结构的公共通讯环境和信息传送，简化了工业自动化的体系结构，增强了过程控制的功能和效率，提高了工业自动化的整体性和稳定性，最终使企业节省了为工业自动化而做出的投资，真正体现了工业基础自动化的开放性精神。通过此次WebField ECS-100控制系统在攀钢新3号高炉TRT——煤气全干式除尘系统中的顺利运行，证实其性能可靠，运行平稳，操作简单，维护方便，并为今后大中型高炉TRT的建设积累了大量的经验，具有很高的推广价值。