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西门子在太原钢铁集团脱硫控制系统的应用

  来源:仪控工程网   责任编辑:仪控工程网  有553人浏览   日期:2017-05-31

背景:

       近年来,工业领域特别是重化工业领域的众多投资建设对不锈钢的需求不仅限于数量层面,更对不锈钢的质量标准提出了新的要求。

       与此同时,我国"十一五"规划纲要提出了"十一五"期间能耗降低20%、主要污染物排放降低14%的目标,我国钢铁工业的发展受到资源、能源、环境保护等多方面的制约。为此,众多大型不锈钢企业纷纷深入进行产业技术升级,开展节能减排活动,并积极倡导和实施现代化、数字化、清洁化生产,大力推进循环型绿色钢铁企业建设。


太原钢铁(集团)有限公司(简称太钢)是中国特大型钢铁联合企业和全球产能最大、工艺技术装备最先进的不锈钢企业。2009年,太钢在危机困境中求发展,营业收入达1013亿元,实现连续3年营业收入突破1000亿元大关;全年生产不锈钢248万吨。

太钢的主要产品除不锈钢外还有冷轧硅钢、碳钢热轧卷板、火车轮轴钢、合金模具钢、军工钢等。不锈钢、不锈复合板、高牌号冷轧硅钢、电磁纯铁、高强度汽车大梁钢、火车轮轴钢、花纹板、焊瓶钢市场占有率国内第一。

身为业内的领军企业,太钢志在成为冶金行业循环经济和节能减排的示范工厂,实现企业与社会的协调、持续发展,而作为钢铁生产的能耗和排放大户,炼铁系统自然要担负起钢铁联合企业的节能降耗,降低生产成本,实现环境友好的重任。

现代化烧结生产

烧结是把含铁原料加入熔剂和固体燃料,按要求的比例配合、加水混合制粒后,平铺在烧结机台车上,经点火抽风烧结成块的过程。烧结机适用于大型黑色冶金烧结厂的烧结作业,它是抽风烧结过程中的主体设备,可将不同成份,不同粒度的精矿粉,富矿粉烧结成块,并部分消除矿石中所含的硫,磷等有害杂质。烧结机按烧结面积划分为不同长度不同宽度几种规格,用户根据其产量或场地情况进行选用。烧结面积越大,产量就越高。

随着钢铁企业高炉大型化的发展,从经济合理的配置角度来看,烧结设备的大型化是我国烧结行业发展的主旋律,淘汰小型落后的烧结方法是改善烧结矿质量的根本途径。为此,太钢在2009年决定新建一台满足现代生产需求的大型烧结机,并逐步淘汰掉原有的小型设备,以期有效提高烧结矿的产量和质量,并降低烧结工序能耗。

坚定不移的选择

新建的太钢4号烧结机涉及主厂房、配料车间、脱硫脱硝等多个控制区域,具有工艺流程长、设备多且分布广、控制复杂的特点。能否保证生产的无差错连续平稳运行,对整体的控制系统提出了严苛的要求。太钢炼铁厂电气部赵部长对此作了详细分析,他指出,4号烧结机的控制系统从自身技术角度必须要满足以下需求:

分散控制功能:要求系统控制功能分散,管理集中,集数据采集、过程控制、信息管理于一体,构成一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的先进过程控制系统;

可靠稳定运行:对于冶金行业而言,控制系统的可靠性、安全性是一个非常突出的问题,它直接关系到相关设备的运行及用户的生产效率和经济效益;

高速通讯网络:由于本系统的自身特点,对网络通讯也提出了特定要求,必须采用高速通讯网络来实现实时数据的交换与控制。

基于各方面需求的综合考虑,太钢一如既往地选择了西门子提供的全集成过程控制系统SIMATIC PCS7 ,并将系统集成、项目实施及相关服务的重任交给了西门子工厂自动化工程有限公司(简称SFAE)。“西门子是我们长期的亲密合作伙伴,也是我们的最佳选择”,赵部长表示,“西门子具备的行业领先地位、优秀的工程技术和服务水平以及多年来愉快的合作经历都使我们对西门子坚信不疑。”

SFAE公司简介

西门子工厂自动化工程有限公司(简称SFAE)创建于1993年,是西门子在中国自动化领域投资的第一家运营公司。目前,SFAE已成功成为中国专业的自动化与驱动服务提供商、自动化工程解决方案提供商和低压电柜制造商。

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从创建至今,SFAE一直本着以客户为先、零距离服务客户的原则,在全国设立了23个办事机构,已经为数控机床、起重机械、石油钻机、钢铁冶金、汽车制造、生产机械、生产执行系统(MES)、测试台系统等领域的4000多家企业提供了专业的产品和服务。

在钢铁冶金领域,SFAE将西门子的产品、行业经验与客户的生产工艺紧密结合,在焦化、烧结、高炉、连铸、酸洗和其它辅助工艺段提供自动化控制系统的系统集成方案、项目实施与管理、备件供应、技术服务和系统的升级改造,大大缩短建设工期,节省客户投资成本。

实施方案

烧结机控制系统

太钢4号烧结项目计算机控制系统采用西门子过程控制系统SIMATIC PCS7 V7.1,控制的工艺系统及工艺段包括:1#PLC(燃料熔剂,泵站系统,混配料系统)、2#PLC(烧冷系统,整粒筛分系统)、3#PLC(原料进料系统,熔剂破碎筛分系统,燃料破碎筛分系统)、4#PLC(配料混合系统,主粉尘系统,循环水系统)及5#PLC(烧冷系统,整粒筛分系统,铺底料系统,冷返矿系统,主电除尘输灰系统)。PCS7系统采用西门子典型的服务器/客户机架构并预留二级系统接口,方便网络通讯及数据传递。

基础自动化部分采用基于PROFIBUS现场总线的解决方案,由AS站417-4-2H主机和ET-200M远程I/O系统组成。由西门子以太网交换机组成的冗余光纤环网将基础自动化部分与两对冗余服务器连在一起。每对冗余服务器间采用同步相互监控,同步进行归档与控制。整个系统操作员站与两冗余服务器间实施同步接收与发送数据,各基础自动化部分间的数据采用工业以太网进行通讯。控制器在采用硬件冗余的同时还采用了西门子软件冗余措施,使整个系统能够双向安全,可靠稳定运行。网络系统的配电采用西门子冗余电源,提高了整个系统的可靠性与稳定性。

脱硫脱硝系统

太钢4号烧结项目配套的脱硫脱硝工程的控制系统采用西门子SIMATIC S7-400H冗余控制系统,控制的工艺系统及工艺段包括:1.脱硫脱硝主工艺系统、2.制氨系统、3.风、水、电、气等辅助系统。计算机控制系统对脱硫脱硝工程主工艺生产过程进行监视、操作和控制并可根据程序设定实现报警、生产管理、报表打印等功能。一级自动化控制系统由SIEMENS S7-400H PLC、远程I/O、HMI、现场仪表及工业通讯网络构成的控制系统,完成对脱硫脱硝主工艺系统和制氨系统等设备的控制与监视,实现对整个生产线的分散控制,集中操作和管理。计算机控制系统主要包括以下三部分内容:? 由SIMATIC HMI组成的人机界面操作系统,实现对整个工艺过程的实时监控,集中管理和自动化控制;? 由SIMATIC S7-400H组成的高性能冗余PLC系统以及ET-200M远程I/O系统,执行自动化控制;? 由SIMATIC NET组成的100M的工业以太网系统,实现HMI和PLC之间以及PLC之间数据的相互传递。

领先的技术

全集成自动化思想

西门子自动化和驱动集团的目标就是拓展其全球市场的领先地位,以及在自动化、驱动器、开关柜以及安装技术方面利润丰厚的业务。为了达到这个目标,集团正在加强其在过程自动化以及基于全集成自动化平台上的复杂系统控制软件方面的行动。TIA是一个基础性的结构,可以让用户在过程自动化和分布自动化中,将其贯串生产过程中的专门技术与西门子提供的产品结合起来,其中包括通过其CPM/MES产品的业务层集成、与诸如SAP之类的企业系统以及进出物流的集成等。TIA在所有自动化领域提供通用组态和编码工具,通用用户界面和通用数据管理。TIA还提供通用的、基于以太网和PROFIBUS网络的通讯和网络结构。

SIMATIC PCS 7系统

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作为西门子PAS产品,SIMATIC PCS 7系统是服务与整个西门子过程自动化工业策略的一个支点。SIMATICPCS 7系统目前在欧洲、北美、亚洲和拉丁美洲拥有数千用户。SIMATIC PCS 7系统包含有基于通用S7平台的硬件设备,满足了TIA跨应用领域的通用硬件基础设施的理念。这些硬件设备可以被当作公司PLC和安全控制系统产品的控制平台。SIMATIC PCS 7系统利用了通用的ET200系列I/O,通用的PROFIBUS以及以太网通讯,通用的配置、工程设计和操作员界面以及一个独立统一的自动化数据库。

统一的 SIMATIC PCS 7 过程控制系统具有独特的可扩展架构和出色的系统性能,是低成本实施和经济运行过程控制工厂的有力基础。SIMATIC PCS 7 不仅仅只是一款典型的过程控制系统,它还可以通过无缝集成其它功能来进行扩展,这些功能包括批生产过程自动化、物料传输控制、先进过程控制、资产管理、远程控制和安全应用、过程数据分析/ 管理以及 MES 任务。

SIMATIC PCS7 V7.1是SIMATIC PCS7的最新版本,它具有许多新功能,比如新增的过程库控制功能块。这些新功能几乎覆盖了所有操作,在缩减工程、安装和调试周期的同时还降低了运行和维护成本,同时,新版本的改进使得SIMATIC PCS7 在功能性、易用性和用户界面上都有了进一步增强。

运行实施

本项目于2009年7月进行了整体系统设计,在现场各项条件具备后,2009年12月起经过SFAE和用户的密切配合与高效工作,仅用一个月的时间就顺利完成了控制系统的全部调试工作,进入试运行阶段。截止2010年6月,系统全部通过验收,无论是西门子产品性能还是SFAE的工程能力均得到了各方一致好评。谈及对本工程的评价,电气部赵部长言简意赅地表示:“非常完美!”正是西门子控制系统的可靠稳定运行有力保障了4号烧结机达到“设备零故障”的管理机制。

经验总结及展望

太钢4号烧结机及配套脱硫的控制系统项目对于太钢与西门子双方而言都具有非同寻常的意义。作为世界之最的冶金烧结工程,项目的成功实施标志着西门子全集成自动化理念再一次得到了最完美的诠释,印证了西门子的产品可以完全满足冶金用户的实际应用需要。同时,由于SFAE长期以来坚持将知识管理、质量管理和项目管理这三大管理体系贯穿于自身工作流程,使得SFAE可以确保给用户提供优质高效的工程项目并实现服务质量达到最优化。 据相关统计,目前我国有烧结机近500台,其中在建和投产的180~660

m2的大中型烧结机有125台,烧结机面积已达近40000平方米。未来,我国的烧结机将继续推进全流程工艺技术装备的升级换代,实现主体装备的大型化、集约化、现代化、高效化,完善相应的节能减排设备建设,在提升产品质量的同时也将进一步降低能源消耗、减少污染物排放。西门子将为更多的用户提供解决方案与服务,为建设现代化工厂,实现企业与社会的协调、可持续发展,营造绿色环境保驾护航!

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