唐寅波 毕新兴
德龙钢铁有限公司 河北省邢台市 054000
摘要：德龙钢铁3号BPRT机组所用的ABB系统控制设备使用年限已久，系统本身也存在一些问题。通过利用S7-414H为主的自动控制单元对设备进行更新换代。目前运行稳定，极大的提高了设备的作业率。
关键字：BPRT；S7-414H；冗余；防喘振
1.引言
德龙钢铁公司经过多年的发展，对生产工艺及流程不断的更新和创新。如今炼铁厂成为了整个企业生产的重心，而BPRT机组又是高炉炼铁工艺的心脏。它的稳定与否关系着高炉生产的顺行。机组的自动控制系统的故障率很是关键。机组建设时所用的ABB-800F自动控制系统由于时间太久，频繁出现模块等软硬件故障，且本身存在一系列缺陷已经不能满足如今高速高效的生产要求。故此选用S7-414H系列。S7-414H系列是西门子专门针对高精尖设备设计的可以实现软硬件冗余的控制系统，它在工业的轴流风机、汽轮机、透平机等大型旋转机械的应用已经非常成熟。系统通过CPU、电源、通讯1：1冗余，可实现主从系统在线无扰动切换和硬件的在线热插拔及系统的在线修改。I/O站采用ET200M/LINK分布式。使得系统能更稳定高效的运行。
2.机组控制系统改造前存在问题
2.1控制系统老旧故障频繁。
3号机组的ABB控制系统是2008年建设。至今已经连续使用了10年多，近期设备故障频繁，出现多次I/O模块，CPU模块故障等停机事件。判断设备已经进入了耗损期，因此失效率急速升高，急需更新换代。
2.2 不可在线修改
3号机组一直使用的是ABB-800F系统。此系统由于不能上传程序也不支持在线修改程序，使用起来不够灵活，不能适应现在快节奏的生产。
2.3 维护困难
ABB虽然也是一个市场占有份额很足的PLC系列，但相对于西门子而言在国内的普及程度不足，导致相关技术资料比较少，能熟练掌握的技术人才也比较稀缺，人才建设周期和成本较高。
3.系统的改进
我们这次采用西门子的414H系列改进控制系统。新的系统由一个UR2-H机架、两个S7-414-5HCPU模块、两个PS407电源模块、8个ET200M/LINK（IM153-2）接口模块、一系列的扩展模块及3台工业控制计算机组成。它具有中央处理器、电源及通讯1:1 冗余功能，并可实现硬件的在线热插拔和程序组态的在线修改。I/O站采用ET200M分布式I/O站，它与主站CPU通过冗余PROFIBUS-DP总线通讯。上位操作站的通讯采用速率最快的工业以太网实现冗余通讯。
3.1 S-414-5H处理器
S7-414H PLC控制系统是德国西门子公司推出的大型PLC系统,CPU414-5H是用于SIMATIC S7-414H的高性能CPU。固件版本为V6.0。采用的编程软件包为STEP 7V5.1;S7-H系统软件包。，高达12Mbit/s的数据传输率处理时间为最小0.1μs。可扩展RAM最大为64MB。集成的PROFIBUS-DP接口是他能作为主站连接到PROFIBUS 现场总线。另外它还拥有自带的PN接口以后可直接升级双冗余系统通讯。
3.2 ET200M接口模块
ET 200M 分布式 I/O设备是具有IP20防护等级的模块化DP从站。首先它的模块化设计非常符合大型设备的高密度复杂自动控制。它的IM153-2高性能接口模块支持故障安全系统（F-system）和冗余系统（Redudancy）此模块支持热插拔功能，模块供电具有“T”功能，不影响后续模块的正常工作。通讯速率为 10/100 Mbps，全双工，自适应。可扩展12个信号模块（支持所有300模块）
3.3 UR2-H机架
UR2-H基板可在一个基板上配置一个完整的S7-414H冗余系统。
4.BPRT机组中S7-414H的具体应用
BPRT机组主要由高压电机、轴流风机、煤气透平机及附属设备构成。由于是高动能设备，因此设备的工况要求严格。设备上的监测及控制参数要求复杂，对数据准确度和逻辑控制要求也非常严格。以下分开来说明S7-414H在机组中的具体应用:
4.1 启动控制及保护逻辑
机组的启动必须在各项条件具备的情况下才能正常安全启动。润滑油压力、动力油压力、高压配电柜条件具备、风机静叶角度及各系统连通阀门位置和附属设备正常等条件具备才允许启动。启动程序由操作人员在上位机直接操作。启动过程主要分两大部分：轴流风机启动和煤气透平机启动。轴流风机先行启动，通过上位机的监测系统观察各项工艺参数是否正常。启动完成后高炉先通过高压调压阀组调节顶压。等各项数据达到要求后后再启动煤气透平机。整个过程中所有参数的监控检测和逻辑运算全部由中央控制单元进行运算，操作人员只需在上位机简单操作即可。
4.2停机控制及保护逻辑
机组停机分为工艺正常停机和保护性停机。工艺停机：即为生产需求（设备检修、倒用风机等）停机时，操作人员通过上位机可直接操作。工艺停机时中央控制单元提供停机时的逻辑控制避免发生设备事故。
保护性停机又可称为故障停机，是机组在运行过程中工况失常或者机组设备发生故障时的保护性停机。引起保护停机的条件比较多，如轴振动过大则可能机组旋转机械部分出现故障此时立刻执行保护停机、润滑油压力失常会影响机组非正常损耗、轴瓦温度失常、高压故障等。保护性停机除了高压故障（高压跳闸、高压失电等）机组直接停机外，其他的参数失常机组都不会直接停机而是采取安全运行来进行保护，同时也避免了直接停机对机组设备和生产工艺造成损伤。
4.3防喘振控制
喘振是轴流风机的特性，当轴流风机入口流量低或出入口差压增大，使气流不能持续向前流动时，发生瞬间逆流，如此往复，发生大幅度震荡称之为喘振。喘振对轴流风机所造成的危害比其它类型的轴风机严重的多,因此必须严格控制轴流风机进入喘振工况。为此设置了防喘振控制,上位机可以实时显示当前工况和设定参数。防喘振控制系统通过不断的监视和判断防喘线和工况点的相对位置,当工况电接近防喘线时，为确保机组安全运行开始对防喘阀进行PID调节，防止机组进入喘振状态。在这方面使用PLC集成模块的S7-414H及下挂的ET200M比DCS的集散控制更具有优势。
4.结语
本文结合BPRT机组控制系统的改造,阐述了S7-414H在系统控制中的应用及制定保护措施和控制方案,为机组的稳定运行提供极大的保障。这次系统的改造使得机组运行稳定可靠,确保了高炉的高产顺行,为企业创造了效益。
参考文献：
[1]高庆胜. 西门子冗余控制系统在炼铁厂的应用.内蒙古科技与经济，2020，14
[2]沙运鑫，杨大鹏.西门子PLC S7400冗余系统组态简介.重工与起重技术，2013，03
[3]安太玉.西门子PLC在电气控制中的应用研究.南方农机，2020，02