图尔克现场总线产品在韶钢7号高炉布袋除尘的应用
摘要：本文介绍了TURCK PROFIBUS现场总线产品的特点及韶钢7号高炉布袋除尘控制系统中如何根据现场情况选用不同的现场I/O模块，并对如何防止控制系统的通讯故障造成设备的不可控进行了介绍。
一、前言
韶钢7号高炉为2500m3级高炉，其除尘系统采用全干法布袋除尘,在全国甚至世界上都属首次。由于高炉容量大，煤气产生量大，含尘量相应增多，除尘箱体也相应增加，我厂7号高炉布袋除尘系统的除尘箱体多达28个，如果采用传统控制系统,电缆及施工量将较小高炉布袋除尘系统成倍增加。所以为了简化控制系统，减少施工量，采用了TURCK现场总线产品，同时为了确保布袋控制系统不影响高炉的生产，控制系统采用了西门子S7－414H的冗余CPU。
二、PROFIBUS -DP现场总线简介
PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。PROFIBUS-DP用于处理控制器和输入输出设备间的数据交换，是一种主/从控制系统，它包括一个（或多个）主站和多个从站，在一个网络中从站数量最多可达126个，主站循环扫描每个从站。主站与从站之间通过基于RS485标准的物理层的2芯屏蔽双绞电缆进行通讯。一个完整PROFIBUS-DP网络一般同以下几部分组成。
1．主站
（1）主站指PLC．PC或可做一类主站的控制器。主站完成总线通信控制与将从站收集的信号进行运算。
2．从站
从站用于收集现场信息和将从站发出的执行指令输出到执行机构。从站可以是
（1） PLC（智能型I／O）：PLC可做PROFIBUS上的一个从站。PLC 自身有程序存储，PLC的CPU部分执行程序并按程序驱动I／O。做为PROFIBUS主站的一个从站，在PLC存储器中有一段特定区域作为与主站通信的共享数据区。主站可通过通信间接控制从站PLC的I／O。
（2） 现场I／O模块，用于连接工业控制系统中的各种现场装置。按主站指令驱动I／O，并将I／O输入及故障诊断等住处返回给主站。通常现场I／O模块由主站统一编址，这样在主站编程时使用分散式I／O与使用主站的I／O没有什么区别。
（3） 驱动器．传感器．执行机构等带PROFIBUS接口的现场设备，可由主站在线完成系统配置．参数修改．数据交换等功能。
3. 网络附件，包括总线电缆、电源电缆、总线T型头、模块总线接插件终端电阻等。
本系统所用的TURCK现场总线FLDP系列产品属于第二类从站，即现场I/O模块具有以下特点：。
（1）IP67的防护等级，能应用于各种恶劣的工业环境。
（2）使用快速接插件连接方式，安装更换更加快捷，同时避免了误接线的发生。
（3）自动识别和调整波特率与主站一至。
（4）具在输入/输出短路组诊断和组保护功能。能简单、快捷、准确地发现故障位置。
三、工艺流程及控制设备
韶钢7号高炉布袋除尘工艺流程如下所述：
高炉煤气经重力除尘后，如果温度较低，在布袋材质所允许的温度内，则荒煤气经阀A直接进入4排共28个布袋箱体过滤；如果温度较高，超过布袋材质所允许的温度，则关闭阀A，打开1－6号冷却器中的1个或多个冷却器进、出口电动蝶阀进行冷却，然后再进入布袋箱体过滤。为了便于检修，6个冷却器双分为两组，每组前后各加一个进出口电动阀和眼镜阀。每个冷却器前后各一个电动蝶阀和眼镜阀。每排箱体荒煤气总管上安装一台电动蝶阀和眼镜阀，每排净煤气总管上安装一台电动蝶阀。每个箱体出入口蝶阀采用了气动蝶阀和气动眼镜阀。
布袋箱体过滤方式为小布袋外滤式脉冲反吹，每个箱体的脉冲反吹电磁阀为15个。
清灰工艺流程为：先利用高压氮气脉冲反吹，将布袋外表面积尘吹下，利用尘土自身的重力下降到高位灰仓，打开高位灰仓，将灰卸到中间灰仓。然后启动螺旋输送机，再打开中间灰仓，将中间灰仓的灰卸到正在运转的螺旋输送机将灰运至运灰小车。为了确保高位灰仓和中间灰仓的灰能顺利下降，高位灰仓和中间灰仓各安装了两台仓壁振动器。
四、各设备控制方式选择
整个干法布袋除尘的设备主要有电动蝶阀、气动蝶阀、电动眼镜阀、气动眼镜阀、振动器、气动球阀、螺旋输送机。根据电动眼镜阀、气动眼镜阀操作机率小，而且大多是检修时才操作的特点，二者的操作均未纳入操作室操作，仅在现场安装控制箱。
电动蝶阀的输入点有现场开、现场停、现场关、阀门开到位、阀门关到位、阀门开过转矩、阀门关过转矩等7个，输出点有阀门开、关到位指示、阀门开、关运转批示、阀门故障指示、现场操作指示等6个。因此每个阀门用一个8输入8输出的TURCK现场模块FLDP－88IOM。为施工方便和减少现场操作箱，每个冷却器的出、入口电动蝶阀所用的现场模块共用一个操作箱。
每个箱体有脉冲反吹电磁阀15个，用1个16点输出的TURCK现场模块FLDP－16OM，4个箱体的电磁阀所用输出模块共用一个现场安装箱。
布袋箱体进出口气动蝶阀只有1个输出和两个输入，而且较为分散，不易采用现场模块，因此布袋箱体进出口电磁阀的输入、输出均送入中控室的PLC输入输出模块。每个箱体清灰部分有开高位灰仓、开高位灰仓振动器、开中间灰仓、开低位灰仓振动器、高位灰仓开到位、高位灰仓关到位、低中间仓开到位、中间灰仓关到位等8个输入信号，有高位灰仓开、关到位指示，中间灰仓开关到位指示，高位、中间灰仓振动器运行指示、高位、中间灰仓振动器运行、上下球阀运行等8个输出信号，刚好1个箱体用1个TURCK现场模块FLDP－88IOM。
螺旋输送机输入、输出点仅各1上，而且螺旋输送机距控制室最近，所以示采用现场模块。
图1
五、控制系统结构及特点
1系统硬件构成
控制系统如图一所示，系统采用了西门子S7－414H型冗余CPU，6个西门子扩展机架用于安装模拟量采集模块和少量数字量模块，每个扩展机架上安装两个冗余型IM153用于将采集到的信号分别送入两个CPU，1个扩展机架用于安装Y－LINK，Y－LINK再与现场模块相连。本系统共用TURCK现场模块达84个，（如图一左侧虚线框内部分为现场模块）由于1个Y－LINK只能接64个现场模块，所以用了两个Y－LINK。另外为编程和操作方便，配备了一个工程师站，一个操作员站。
2、系统安全特点
由于7号高炉是韶钢最大的高炉而纯干法布袋除尘是大高炉上首次采用，因而不仅要从硬件上保证系统的可靠性，而且软件编程也必须考虑其可靠性。韶钢7号高炉布袋除尘控制系统充分考虑了软硬件的可靠性。
（1）系统采用了冗余模式，当一台CPU故障时，系统可自动切换到另外一台CPU运行。
（2）电动蝶阀在采用现场模块的同时，其主回路接触器放在配电房而不用现场模块，接触器的控制仍由控制室内的输出模块控制。在软件编程时不仅有到位信号和过力矩信号保护，同时加入了同向运行时间累积保护，即如果电动蝶阀一次或连续多次同方向运转的时间不允许超过设定值，这样避免了由于可能存在的由于现场模块通讯问题造成电动蝶阀的不可控。
（3）各箱体进出口蝶阀为气动阀，韶钢1－6号布袋均采用电开式，而7号布袋采用电关式，这样布袋正常生产时，电磁阀不带电，只有当箱体停运时电磁阀才带电，加长了电磁阀寿命，同时由于阀门为电关式，当控制系统故障时，阀门仍然处于开状态，不会影响高炉的生产。
六、结束语
自投产以来的生产实践证明，TURCK PROFUBUS 现场总线与中控室的CPU之间未出现过通讯问题，其自身也未出现过故障，整个系统稳定性好，现场设备的故障点查找通过现场模块的指示灯来查找，非常方便，应用很成功。不足之处是设计时模拟量的采集未采用TURCK现场 PROFUBUS总线产品，造成中央控室内电缆数量仍然较多。
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