[摘要] 本文简要介绍了烧结机烟气循环系统的工作原理及在邯钢东区2#435M2烧结机生产过程的应用；详细阐述了SIEMENS PLC自动控制系统的硬件架构、应用程序的开发、控制功能的应用及效果等。
[关键词] 烟气循环 PLC 冗余 控制功能 效果
1 引言
在环保和节能减排日益要求严格的情况下，烧结烟气污染已成为制约钢铁行业持续发展的一个重要因素。另外，外排的烧结烟气会带走大量的热量，造成能源浪费。当前烧结生产工艺已无法达到节能减排的目标，因此在烧结生产过程中添加烟气循环利用系统，烟气循环利用就是把烧结过程中排出的一部分烟气（300℃左右）返回烧结点火炉后的台车上再次循环使用的一种烧结方法。
SIEMENS PLC自动控制系统是烟气循环系统的控制中枢，自主开发的控制程序功能齐全、控制灵活、操作方便，能够很好的适应烟气循环系统的生产需求。
2 控制系统硬件配置
控制系统采用SIEMENS S7 300 PLC 系列，CPU采用两个CPU315-2DP模块，两个CPU互为冗余，冗余DP结构，冗余结构进一步保证了控制系统的稳定运行。3个I/O控制柜内共有5个远程站，1台操作员站、一台工程师站。烟气循环自动化控制系统采用电气、仪表、计算机三电合一的控制方式，将烟气循环系统的所有设备纳入PLC自动控制系统并在主控楼中央控制室集中监控。
3 控制系统软件功能
控制系统编程软件为STEP7 V5.5 、监控画面编辑软件为WINCC V7.4。控制程序根据HMI操作指令和现场检测信号，完成各个工艺设备或工艺过程的顺序控制、逻辑控制和PID调节控制，进行工艺过程及设备状态的实时数据采集和处理，完成工艺过程数据分析、操作数据设定和运算、逻辑控制。主要完成循环风机系统和风门的PID控制、循环系统旁通阀和入口阀的逻辑控制、多管除尘器的气力输灰系统的逻辑控制、冷却设备的逻辑控制等。最终实现烧结烟气的循环再利用，达到节能、减排的目标。
工艺设备具有三种基本运行方式：现场手动运行、主控单动运行和自动运行。
“现场手动运行”是指操作人员在现场机旁箱上进行的设备启/停操作以及设备运转速度设定。当一台设备处于现场手动运行状态时，这台设备就完全处在独立运行状态，设备的启动、停止完全受现场操作人员的控制，不再具有上、下游设备联锁功能。
“主控单动运行”，是指该设备脱离上下游连锁，操作人员经操作站对该设备进行启、停控制。这种运行方式为设备的试车、检修等针对单台设备的操作提供了极大的方便。
“自动运行”是指设备每时每刻都参加各自所有的条件连锁控制，例如工艺参数的连锁、启停顺序连锁等。当系统处于自动运行状态时，它的启动、停止既受别的设备的影响，也会影响别的设备的启动、停止。如循环风机的运行和轴承温度、轴振等信号的连锁，有效保护了生产设备和实现了安全生产等目的。
3.1 循环风机控制系统
循环风机是实现烟气循环的动力源，主要是把4#-8#风箱和20#-23#风箱的烟气送到烧结机台车上的烟气罩内进行再循环利用，因烟气循环系统和主抽大烟道系统是相通的，循环风机的吸力要略小于主抽大烟道的吸力，若吸力太大严重影响烧结机台车料层的上下压差，影响烧结矿烧结质量；若吸力太小起不到烟气循环的效果。循环风机的控制至关重要，循环风机是由变频器或软起动控制，在生产过程中主要是由变频器来调节循环风机转速，进而调节循环烟气压力，使多管除尘器前后压差保持在0.2KPa左右，控制程序还具备风机、电机轴承温度、轴震信号监控和异常停机功能，油站的油温和供油压力的实时监测功能和供油压力过低报警停车功能。
3.2 烟气循环系统
烟气循环系统主要是对4#-8#风箱和20#-23#风箱共9个风箱的烟气进行循环利用，每个风箱分别和两个主抽大烟道联通形成负压进行烧结，以4号风箱为例说明，如图1所示，烟气循环是在风箱和大烟道连接处分别加装旁路阀4-1#阀 和4-2#阀，4-3#阀是两个烟道的联通阀。循环烟气由入口阀4#进入循环系统。烟气循环管道下配有双层卸灰阀。9个风箱可以全部进行烟气循环，也可以选择其中的任意组合进行烟气循环，在操作站打开风箱入口阀后，对应风箱开始进行烟气循环工作，旁通阀的控制方式是，每个风箱下的1#旁通阀组成一组共9个，按顺序依次自动打开和关闭，其作用是在进行烟气循环的过程中及时排出掉在旁通阀上的碎小烧结矿，防止烟道堵塞。在风箱入口阀不打开或旁通阀选择手动的情况下此旁通阀不进行自动循环打开和关闭，为提高控制的灵活性，防止烟气管道堵料和烟气循环效果不佳，在监控画面中可以设置递进间隔时间和递进剩余时间的显示，当岗位人员看到旁路阀循环当前数值，可以随时了解下一个该开哪一个旁通阀； 同理每个风箱下的2#旁通阀组成一组共9个阀控制模式相同。双层卸灰阀的控制模式与旁通阀的控制模式相同。每个风箱有一个旁通阀和入口阀控制模式和启、停操作子画面，方便调试和单阀操作。
3.3 气力输灰系统
循环烟气首先经过多管除尘器再经过循环风机送到烧结机台车上方的烟罩内，多管除尘器下方由气力输灰系统把粉尘输送到烧结粉尘配料仓。如图2所示气力输灰系统控制方式分“手动”和“自动”两种模式，手动模式是在监控画面中单阀操作完成输灰作业；自动模式是在设定好“空管压力”、“下料时间”、“放灰间隔时间”、“最大输灰时间”在程序的控制下自动完成输灰作业。
3.4 冷却控制系统
冷却系统中的两台循环泵在“互锁”和“解锁”两种模式下工作，在互锁模式下若一台泵由运行状态转为停止状态，另一台泵马上自动启动，有效保证了冷却水的正常循环，进而保证循环风机的正常运行。在解锁模式下两台泵独立控制，互不影响，避免造成两台泵在启动和停止两种状态的频繁切换，造成泵的损坏，影响冷却系统的正常运行。
4 结束
开发出来的控制程序经过调试投入运行，控制程序具备故障报警、趋势记录等功能，操作简便，运行稳定等特点，起到了烟气循环系统的控制中枢的作用，保证了烟气循环系统的高效运行，显著减少烧结工艺中的废气排放总量以及污染物的排放量，同时可回收、利用烧结烟气的余热，降低烧结工艺的能耗，节能减排效果明显。
参考文献：
烧结烟气循环工艺介绍及其应用前景 肖俊军 梅山科技 2016年第6期
烧结烟气脱硫PLC控制系统开发与应用 张征 数字技术与应用 2012年第12期