崔立亮
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鐵廠，河北涉縣 056404）
[摘 要] 介紹了天鐵高爐除塵的 CEMS-200 煙氣分析系統(tǒng)的特點(diǎn)、系統(tǒng)組成和工作原理，同時介紹了通過 PLC采集在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，程序控制，輸出聲音報警等功能的實(shí)現(xiàn)。
[關(guān)鍵詞] 煙氣；分析系統(tǒng)；在線監(jiān)測；高爐；除塵
0 引言
為滿足我國日益嚴(yán)格的煙氣監(jiān)測要求，強(qiáng)化環(huán) 保意識，煉鐵廠高爐區(qū)域在原有的基礎(chǔ)上又新增加了 5 套在線監(jiān)測煙氣分析系統(tǒng)，分別安裝在 1#~4# 高爐出鐵場和溝下棧橋等處，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時動態(tài)傳 輸，滿足國家環(huán)保要求。
1 設(shè)備現(xiàn)狀
1#~4# 高爐原有在線監(jiān)測采用北京雪迪龍公司的煙氣監(jiān)測設(shè)備，現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)存在丟失、不準(zhǔn)確， 通訊電纜連接找不到終端設(shè)備等現(xiàn)象，定期標(biāo)定的 氣體、壓縮空氣導(dǎo)管易出現(xiàn)堵塞，無法完成標(biāo)定，從而導(dǎo)致上傳數(shù)據(jù)失真。為符合國家環(huán)保局的要求， 滿足企業(yè)正常生產(chǎn)，煉鐵廠新配備了 CEMS-200 煙 氣分析系統(tǒng)，并將其安裝到高爐、槽下等現(xiàn)場各個 平臺處。
2 CEMS-200 煙氣分析系統(tǒng)概述
2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）可靠性高，該氣體分析儀采用疝燈光源，壽 命能達(dá)到 10 年左右。粉塵檢測儀采用一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性性能高。
（2）檢修維護(hù)方便，成本較低，設(shè)備探頭采用一 體化過濾器，過濾效果好，反吹效率高，探頭使用壽 命長。氣體分析儀中光源、氣體室和光譜儀之間采用光纖連接，維護(hù)更換簡單。
（3）測量的準(zhǔn)確率高，具有自動校準(zhǔn)功能，可自 動糾正零點(diǎn)偏差，校準(zhǔn)周期可靈活調(diào)整；氣體分析儀原理是采用紫外差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)，有效解 決了水、粉塵、煙氣等對測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的影響。
（4）帶遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷功能，采用 GPRS 技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷，也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)， 方便檢修操作。
2.2 系統(tǒng)組成 CEMS-200
全程高溫伴熱法系統(tǒng)由氣態(tài)污染物 （SO2、NOx、O2、HCL、HF 等）現(xiàn)場監(jiān)測子系統(tǒng)、高爐煙 塵顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、高爐煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)以 及數(shù)據(jù)采集與子系統(tǒng)組成。
2.3 工作原理 CESM-2000
全程高溫伴熱法系統(tǒng)預(yù)處理的流 程如圖 1 所示。高爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過高溫采樣探頭 以及伴熱管到達(dá)高溫氣體室，測量池放在加熱容器中，使采樣過程中的煙氣一直處于高溫狀態(tài)，因此沒有冷凝水析出，SO2、NOx 等水溶性氣體也就不會有丟失，從而保證了設(shè)備不受酸性溶液的腐蝕，以 及測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。前面板上的溫控表，我們根 據(jù)現(xiàn)場高爐的實(shí)際情況給采樣探頭，伴熱管和加熱 盒分別設(shè)定不同的溫度。整個測量完成后，煙氣通 過排空管排空。
煙塵粉塵監(jiān)測子系統(tǒng)采用 LDM-100 激光后散 射煙塵儀，利用激光后散射原理測量高爐煙氣粉塵的實(shí)際濃度。煙氣粉塵參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括高 爐煙氣的流速、管道取口采樣的溫度壓力、濕度等 測量，煙氣流速采用差壓變送器進(jìn)行測量，通過現(xiàn)場測量高爐煙氣流動中的全壓和靜壓，最后換算得 到煙氣流速。 數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)包括高端一體化工作站、監(jiān)控軟件、DCS 接口模塊等。SC-100 控制箱安裝 在高爐現(xiàn)場管道平臺上，監(jiān)測設(shè)備均由 SC-100 進(jìn) 行持續(xù)供電，同時 SC-100 兼有接受所有設(shè)備的輸 出信號，信號通過設(shè)備內(nèi)部的處理單元轉(zhuǎn)換為 RJ485 與工控機(jī)進(jìn)行通訊，工控機(jī)與檢測軟件匯總 需要的氣體濃度，取數(shù)時間，5 min 或 15 min，時間 可調(diào)，操作人員點(diǎn)擊可生成報表，存儲備份數(shù)據(jù)，以 及上傳當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門。
3 煙氣在線系統(tǒng)與 PLC 控制
煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時上傳數(shù)據(jù)，超標(biāo)時會有 報警，曲線分析，沒有聲音報警，由于操作人員不能 一直看守計(jì)算機(jī)屏幕，所以會出現(xiàn)超標(biāo)時未及時看 到，造成數(shù)據(jù)上傳時無法及時通知檢修人員檢修，從而影響高爐正常生產(chǎn)。為解決這一問題，利用現(xiàn)有的GE 產(chǎn)品 RX3I 系列 PLC 控制系統(tǒng)，采用并行輸出模 擬量值到 PLC 模板，通過程序控制，實(shí)現(xiàn)聲音報警。
3.1 煙氣在線系統(tǒng)與 PLC 的連接
煉鐵廠高爐生產(chǎn)系統(tǒng)采用 GE 公司的 PLC 設(shè)備，現(xiàn)場煙氣采集模塊并聯(lián)輸出信號到 GE 模擬量 模板，通過 ME 可編程控制程序進(jìn)行換算，設(shè)定報警 值，出鐵場粉塵顆粒濃度大于 5 umol/mol，槽下粉塵顆粒物濃度大于 10 umol/mol，系統(tǒng)輸出報警，蜂鳴報警器響。5 個除塵站點(diǎn)通過 PLC 程序通訊，以 1#高爐為例，1# 高爐除塵系統(tǒng)分別與其他 4 個站點(diǎn)PLC 建立軟件通訊，讀取寄存器數(shù)值到本地 PLC 設(shè) 備，本地 PLC 設(shè)定報警值，輸出中間節(jié)點(diǎn) M 線圈，中 間節(jié)點(diǎn)線圈輸出到 Q 點(diǎn)繼電器得電，蜂鳴報警器響。在監(jiān)控圖中，顯示哪一個粉塵顆粒物超標(biāo)，超標(biāo) 的具體數(shù)值都能看到，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，方便操作工檢查， 及時通知檢修人員檢修，避免數(shù)據(jù)長時間超標(biāo)，降 低了生產(chǎn)故障率。
3.2 可編程程序控制
GE 公司的 PLC 模擬量輸入模板采集現(xiàn)場煙氣 集線箱模塊上的輸出 4~2 0MA 信號，進(jìn)入 PLC 模 擬量模板，使用可編程控制軟件 ME 7.0，硬件配置 添加模擬量輸入模板 IC693ALG221，設(shè)置開始地 址，然后編寫程序，算法是 AI 值對應(yīng) 4~20 MA，對應(yīng)量程 0~50 umol/mol，對應(yīng) 0~32 000 個數(shù)據(jù)點(diǎn)，即 32 000 除以最大量程算出系數(shù)，乘以現(xiàn)場進(jìn)來的 AI值得到實(shí)際顆粒物濃度或煙氣濃度，存入寄存器 R 值，R 值進(jìn)行上限比較，當(dāng) R 值大于上限輸出報警 中間寄存器 M 點(diǎn)，M 得電則輸出到 Q 點(diǎn)，繼電器得 電，聲音報警，蜂鳴響。R 值寄存器與下限比較，下限設(shè)定為 0.1，當(dāng)小 于 0.1 時，延時時間大于 5 min，延時報警，監(jiān)控畫面 顯示檢修或通訊未建立連接，蜂鳴響，操作人員及時聯(lián)系檢修人員處理故障，并上報上級主管部門， 聲音報警器可消音處理。
高爐現(xiàn)場 5 個除塵站點(diǎn)都集中在一個操作室操作，需要一個 PLC 與其他 4 個 PLC 分別建立通訊系統(tǒng)，使用通訊請求指令 COMMREQ，塊移動指令 BLKMOV 配合完成，讀取數(shù)據(jù) 2003，寫入數(shù)據(jù)2004，讀取哪個 PLC 時，就寫入相應(yīng)的 PLC 的 IP 地址，本地寄存器地址是指存放讀取的數(shù)據(jù)的首地址， 遠(yuǎn)程寄存器地址是指從那個地址開始讀取數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)類型為寄存器值時，則 INT 寫入 8，數(shù)據(jù)長 度可根據(jù)使用情況自定義，Enable 使能控制，使用1S 控制，初始值為 0，1S 完成由 0 到 1 的跳變，使能 接通，執(zhí)行后續(xù)指令，完成通訊請求指令。 當(dāng)一個 PLC 同時與 4 個 PLC 通訊時，出現(xiàn)延誤 報警或誤報的現(xiàn)象，修改程序，添加周期掃面，掃面 時間為質(zhì)數(shù) 3、5、7、9 ms，一高爐 PLC 與二高爐通訊時開點(diǎn)得電，與其他 PLC 通訊的閉點(diǎn)得電，一次只 于一個 PLC 通訊，循環(huán)掃面 45 ms 為一個周期，網(wǎng) 絡(luò)不會出現(xiàn)堵塞，保證通訊暢通，不丟數(shù)據(jù)。程序控 制見圖 2。
監(jiān)控組態(tài)軟件采用 Cimplicity hmi 6.1 版本， Cimplicity 6.1 組態(tài)軟件是美國通用公司開發(fā)的，主 要用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面系統(tǒng)的組 態(tài)軟件。在現(xiàn)有的工程項(xiàng)目 PRJECT 中，添加新點(diǎn)，定義 別名，例如 M 點(diǎn)，定義為布爾型，R 寄存器為浮點(diǎn) 型，然后寫入實(shí)際地址，%r%m，定義元素個數(shù)，數(shù)據(jù) 源等參數(shù)配置，完成點(diǎn)的建立。圖形的編譯，輸入文 本框，寫入漢字顆粒物值，在 text 文本框下方連接點(diǎn)選擇剛新建的對應(yīng)的點(diǎn)，這樣完成顆粒物的實(shí)際數(shù) 值顯示，報警畫面在工程圖形編輯對話窗中的標(biāo)簽 欄 visble 是否可見一項(xiàng)寫入表達(dá)式，M=1 時，圖形顯 示，顯示顆粒物超標(biāo)，漢字閃爍紅黑交替顯示，M=0時，不顯示報警，畫面正常。 在歷史趨勢中，添加數(shù)據(jù)表、定義點(diǎn)，表屬性中 定義掃描時間 3 min，取數(shù)間隔 1 min，取數(shù)時間設(shè) 定的越小，曲線顯示越平滑，曲線是由取數(shù)的點(diǎn)形 成的曲線，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)數(shù)值，數(shù)據(jù)保存時間 為一周一刪除，數(shù)據(jù)庫文件比較大，工控機(jī)不能滿 足數(shù)據(jù)庫的要求，所以定期要刪除，否則會將磁盤 寫滿，造成工控機(jī)無法運(yùn)行。曲線的 XY 軸自定義， 柵格劃分，曲線畫線的方向可以是從右向左隨時間 軸向前滾動，也可以是從左向右方向滾動，一般采 用自右向左方向，數(shù)據(jù)比較全面，同時看到上一時段的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)更新時間設(shè)定 0.1s，不可為 0，否則 無曲線顯示，來源一定要選擇正在啟動的工程。
4 結(jié)束語
煙氣分析系統(tǒng)符合國家環(huán)保局要求，我們在此 基礎(chǔ)上，使用 GE 公司 PLC 添加了聲音報警系統(tǒng)，解 決了操作員不能及時觀察煙氣數(shù)據(jù)，出線超標(biāo)時未 能及時處理造成的生產(chǎn)故障。該系統(tǒng)保證了上傳數(shù) 據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確，為高爐正常生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。