济钢集团国际工程技术有限公司 山东济南 250101
摘要：本文介绍了通过对传统的干法熄系统硬件、软件及网络部分的集成优化，降低了设备投资费用，减少了故障点，使数据通讯质量得到明显改善，提高了生产运行的稳定性与可靠性，对干法熄焦技术在全国的推广具有深远意义。
关键词：系统集成；干法熄焦；集成优化
1.项目概况
本项目为酒钢1#、2#焦炉配套干法熄焦及高炉煤气锅炉发电工程。建设一套110t/h干法熄焦装置，同时包含高炉煤气锅炉及电站系统。
2座4.3m顶装焦炉年产干全焦79.08万t，每小时焦炭产量90.28t，考虑焦炉的强化操作，焦炉小时焦炭产量为90.28×1.07=96.60t，所以本设计选用1套额定处理能力为110t/h的干法熄焦装置，干熄焦检修时，湿熄焦备用。
所谓干法熄焦，就是将红焦炭从焦炉通过电机车送到提升井底部，由装焦系统装入干熄炉内，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。
图1 干法熄焦工艺流程图
2.国内干法熄焦系统集成存在的问题
2.1硬件系统集成现状
干法熄焦系统中提升机部分的控制系统，由于专业性更强、控制逻辑更复杂、控制精度要求更高等原因，多独立于干法熄焦本体控制系统之外，由提升机厂家配套完成。这就造成了在干法熄焦本体控制系统之外再专门为提升机配置一套控制系统，两套控制系统之间采用硬线，进行点对点通讯。提升机厂家配套的传动柜和PLC柜多数柜体庞大，存在大量的柜间连线，造成故障点增多，加大了设备维护成本。两套控制系统之间采用硬线连线，即浪费了控制资源，又增加了故障点，其实际效果得不偿失。两套控制系统由不同的人员编写，从工控软件的选取到控制系统的开发再到两套系统之间的接口衔接都无法保证平台的统一。
重复的系统配置不仅无法充分利用现代化工业控制系统冗余热备的技术优点和强大的运算处理能力，反而重复投资，造成了控制资源的二次浪费，更有甚者，两套系统一旦选用了不同的控制软件，势必会给未来的调试及维护工作带来不必要的麻烦。
2.2软件系统集成现状
传统的干法熄焦人机操作界面中，干熄焦系统界面仅能显示故障报警，历史记录及历史数据趋势独立显示在历史趋势界面，这样的历史查询功能存在着以下缺点：
（1）数据的历史趋势查询界面独立于干法熄焦操作界面，导致查询趋势或分析故障时，需要浪费大量时间反复切换操作画面，在全部归档数据中逐一查找。以时间排序的老式查询系统无法直观的区分工艺系统，查找过程无异于大海捞针，从而间接延长了故障时间，影响了生产的稳定运行。
（2）没有主控室操作记录的历史查询功能，只能把个别重要的高压设备启停操作单独归档记录，无法做到所有控制设备启停及模拟量给定输出的详细操作记录查询，对生产事故原因的分析及事故责任的明确无法起到帮助作用。
2.3网络系统集成现状
本体CPU与提升机机上PLC柜之间的通讯采用DP电缆加中继器的方式连接，导致传输速率慢，信号易受干扰。
3.系统集成技术在干法熄焦项目中的优化
3.1网络系统集成的优化
理论上波特率的大小与传输数据的快慢和传送的距离是有很大关系的，波特率越大通讯速率就越快，但传送距离就越短。西门子官方推荐在传输距离大于50m时就可以考虑加设DP中继器，在实际应用中，干熄焦系统的远程子站与CPU的通讯距离介于150米与200米之间，如果不增加DP中继器，通讯可能会因为传输信号受到干扰而报错，通讯速率也会大幅降低。
在本工程中，我们尝试改变传统DP电缆加中继器的通讯方式，改用Profibus OLM光电转换模块实现DP电缆转光缆的方式，提高了测量与控制的准确度，减少了传输误差，数据传输速率由原先的0.5Mbps提升到1.5Mbps，数据通讯质量得到明显改善，信号抗干扰能力得到加强，生产运行更加平稳、安全。
3.2硬件系统集成的优化
硬件方面，将提升机控制系统集成在装焦控制系统中。
在酒钢1#2#干法熄焦项目中，我们尝试通过施工图设计，将提升机控制系统集成在装焦控制系统中，这样既省去了一套提升机专用冗余控制器，又使提升机与本体之间的联锁及显示信号由硬线连接变为内部点，充分利用了S7-400主控制器强大的处理能力，降低了设备投资费用，减少了硬线连接的故障点，增加了系统的安全可靠性。
图2 干法熄焦提升控制系统架构图
冗余控制单元采用西门子公司的Sinamics S7-400H系列，通过冗余CPU及冗余总线的PLC控制系统，实现无扰动切换，并自动事件同步，保证控制系统的安全性。控制单元下挂ET200M远程IO站，系统采用UPS不间断电源供电。
远程I/O 机架通过 Profibus-DP总线与主站相连。提升机系统的远程站分机上I/O站和机下I/O站两部分，之间采用“DP→光纤→DP”的通讯方式替代了传统的提升机专用冗余控制器，本体与提升机之间的I/O信号由外部的硬线连接变为内部通讯点。对比传统的系统构架方式，其优点主要体现在：
（1）依托Sinamics S7-400H主控制器强大的处理能力和热备冗余技术的高安全可靠性，降低了设备投资费用的同时，保证了系统运行的稳定。
（2）避免了繁杂的柜间连线，减少了故障点和维护成本，增加了系统的可靠性与安全性。
3.3软件系统集成的优化
软件方面，将历史趋势、操作记录集成在干法熄焦系统中。传统干法熄焦的工业控制软件存在以下两个可以集成优化的地方：
首先，在所有的工业控制软件中，集成控件库里都会提供一种已经集成好的历史趋势模板，编程人员只需简单地建立标签并调用模板，就可以实现历史趋势的采集和记录。这种模板虽然编写简单但是存在问题：数据的历史趋势查询界面独立于干法熄焦操作界面，导致查询报警或分析故障时，需要浪费大量时间反复切换操作画面，在全部归档数据中逐一查找。其次，干法熄焦控制软件往往不具备操作记录的可追溯性，没有主控室操作记录的历史查询功能，只能把各别重要的高压设备启停操作单独归档记录，无法做到所有控制设备启停及模拟量给定输出的详细操作记录查询，对生产事故原因的分析及事故责任的明确无法起到帮助作用。
依托对Sinamics PCS7软件强大功能的开发利用，我们放弃了对集成控件库现有模板的使用，成功将历史数据的记录化整为零归入各个工艺系统中，每个在工艺系统中显示的数据，只要点击就可以调出历史趋势以供查询、打印，查询效果快速、直接；采集所有中央控制设备的远程启停及模拟量给定的操作记录和操作时间，事故责任明确到人，提高了生产运行的稳定性与可靠性。
4.结语
系统集成技术在酒钢干法熄焦项目已成功运行了近二年时间，其优势与特点显著。经济可靠的硬件控制系统、智能友好的人机的操作界面、实时一键精准查询的历时趋势和报警功能、可靠全面的远程操作记录功能、优良的网络传输质量，诸多优点有机整合在一起，降低了干法熄焦总体运营成本和维护成本的同时，提高了系统的安全可靠性，对干法熄焦技术在全国的推广具有深远意义。
参考文献
[1]肖同森,白洪光.干熄焦自动控制系统的开发与应用[J]山东冶金，2010，32（5）：56-58
[2]何鹏，新钢公司干熄焦控制系统的优化与改进[J]科技创新导报，2014，（12）：80-80
论文作者:王恒宇
论文发表刊物:《电力技术》2016年第5期
论文发表时间:2016/10/15
标签：干法论文; 控制系统论文; 系统集成论文; 系统论文; 操作论文; 提升机论文; 焦炉论文; 《电力技术》2016年第5期论文;