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摘要：本文主要介绍在攀成钢烟气脱硫项目中基于PLC的计算机控制系统的研发及应用，包括系统硬件、软件构成及应用软件主要功能。
关键字：烧结烟气脱硫；氨法脱硫；PLC；控制系统
中图分类号：TF704.3文献标识码： A 文章编号：
1概述
根据国家对环境保护的要求，攀成钢公司在烧结系统技术改造新建一台烧结机的同时，配套建设一套烟气脱硫系统。该脱硫系统处理对象为烧结机机头全部烟气。即---烧结机主抽风机后的烟气经脱硫增压风机加压后，送入脱硫系统，净化后由塔顶烟囱排出。
烟气脱硫工艺采用氨水－硫酸铵湿法，吸收系统采用先进的双循环喷淋空塔。增压后的烟气先经过浓缩降温塔，在浓缩降温塔内，烟气被喷淋的硫酸铵溶液冷却并除去小部分二氧化硫，浓缩降温塔内硫酸铵溶液同时得到浓缩，以利于后续的硫酸铵蒸发干燥。经过浓缩降温塔后降温的烟气进入吸收塔，在吸收塔内二氧化硫迅速溶于喷淋溶液中，降落在吸收塔下面的浆液池，与氨水发生反应，并被氧化生成硫酸铵。当浓缩降温塔内硫酸铵溶液的浓度达到一定值时从塔内排出，经过过滤、蒸发、结晶、干燥得到硫酸铵晶体。硫酸铵晶体可作为化工生产原料及农业肥料，从而降低脱硫系统的运行成本，实现烧结机脱硫副產品的资源化有效利用。净化后的烟气经过吸收塔顶部的除雾器后由吸收塔塔顶烟囱排入大气。
烟气脱硫工艺流程图见图1。
图1 烟气脱硫工艺流程图
2计算机控制系统
该项目以20％氨水作为脱硫剂。氨水本身为二级腐蚀物，脱硫过程中产生的溶液也有较强的腐蚀性，最终生成的结晶物也容易造成管道的堵塞。为了保证脱硫系统安全、稳定的运行，提高脱硫效率、节能降耗、改善工人劳动环境，研发了完善的过程检测和控制项目，设计了包括烟气系统、浓缩降温塔、吸收塔系统、氧化风机系统、硫酸铵排出系统、氨水系统、工艺水系统及事故箱、排水坑系的过程检测设备，采用基于PLC的计算机控制系统，实现全生产过程的自动控制。
2.1系统硬件配置
在统计系统所需要控制的I/O点数，并充分考虑系统的运算能力和投资成本的情况下，控制系统以Quantum系统的高端CPU（140CPU65150）为核心，下设2个远程 I/O 子站。子站的I/O模块通过双通道模块140CRA93200和安装在 CPU 背板中的远程 I/O 头模块（140CRP93200），实现与CPU之间的双向数据传输。同时，为了提高系统性能、降低成本、减少 CPU 所服务的远程 I/O 子站数量，本系统还采用了140XBE10000机架扩展卡对CPU主机架进行扩展。系统的上位机则由1个工程师站和2个操作员站组成，均采用DIGGCOM原装工控机。工程师站、操作员站通过赫斯曼交换机与CPU 上的以太网端口连接，实现上位机对现场仪表的实时动态监控和检测。
系统的硬件结构如图2所示。
2.2系统的软件配置
PLC组态软件采用Unity Pro XL软件。通过Unity Pro XL可以进行系统配置和程序的编写、调试，实现在线诊断PLC硬件配置状态、控制PLC的运行状态和I/O通道的状态等功能。程序设计采用模块化、结构化编程，应用FDB功能块组成脱硫控制程序，对脱硫生产过程中连续变化的模拟量和状态监控的数字量实现顺序控制、逻辑控制、联动和联锁控制以及信号传输、报警和数据采集等。使用PLC仿真器，应用软件在现场安装之前就已经经过了完整地测试，保障了软件逻辑合理、控制可靠。
监控组态软件采用的Intouch，Intouch是用于工业自动化、过程控制和管理监视的一个强大的图形人机界面（HMI)软件。通过人机界面可实现对整个系统的动态监控管理。
3应用软件主要功能
脱硫工艺应用软件是根据烧结脱硫过程控制及生产管理要求，利用系统软件、组态软件、监控软件、办公自动化软件等编制而成的，实现对整个脱硫工艺系统的数据采集、控制、调节、报警、联锁、保护、报表等功能，并通过组态画面将工艺流程中各种工艺参数、设备运行状态显示在LCD上。其主要功能系统包括脱硫数据采集和处理系统、模拟量控制系统、顺序控制系统等。
3.1脱硫数据采集与处理系统
数据采集系统能在连续采集和处理所有与脱硫工艺系统有关的重要测点信号及设备状态信号，以便及时向操作人员提供有关的实时信息，其中AI：85点，RTD：88点，AO：5点，DI：478点，DO：142点。基本功能如下：
A.控制操作：对全系统被控设备进行在线实时控制，实现控制方式的切换及对监测、控制参数进行修改和设定。
B.监控画面：用图形实时显示各被控设备的运行工况，动态显示脱硫工艺流程和各种模拟信号、开关信号和各类累计量信号的数值。
C.报警记录：实现报警信息的显示、记录。
3.2模拟量控制系统
A. 脱硫烟气压力控制
为提供足够烟气通过脱硫系统到烟囱出口所需要的压力，脱硫系统进口原烟气侧配置了一台增压风机。为保证脱硫效率，要使脱硫烟气压力稳定在一定值，以适应烧结主抽风机负荷的变化。本项目增压风机配置有导向叶和变频电机，通过调节导向叶开度或电机频率，均可以调节烟气压力。操作工可以选择采用两种方式同时调节，也可以选择其中一种。具体监控画面见图3。
图3 烟气系统监视画面
B. 浓缩塔/吸收塔加氨控制
利用CEMS系统测量出未净化的烟气中SO2浓度和烟气量，计算出进入塔中SO2总量。根据SO2总量和SO2脱除效率，便可得到应加入到塔中的氨水量。通过控制氨水调节阀的开度来实现氨水量的自动调节。而塔内的pH值作为SO2吸收过程的校正值对加氨量进行修正。
3.3顺序控制系统
包括脱硫系统启动、停止顺序控制、除雾器清洗及浆液管道冲洗顺序控制功能组等。主要控制功能组如下：烟气挡板控制功能组；除雾器冲洗控制功能组；氧化空气功能组；脱硫系统启动、停止顺序控制。
除上述功能组控制外，与脱硫有关的辅机、控制阀门也纳入到PLC系统中，以实现远程监控。
系统总貌画面见图4
图4 系统总貌监控画面
4结语
针对攀成钢烧结烟气脱硫工程项目研发的计算机控制系统性能稳定、操作方便，保证了脱硫设施能够长期、安全、可靠运行，大大降低了工人的劳动强度，达到了设计脱硫效率。本工程已于2012年4月底开始投产试运行。目前该工程全烟气脱硫效率不低于95%，脱硫系统与烧结机同步率不低于97%，二氧化硫年脱除量达17296吨。工程环境效益显著，有利于缓解成都市及周边地区的酸雨污染，对推进区域减排工作大有裨益。
关键字：烧结烟气脱硫；氨法脱硫；PLC；控制系统
中图分类号：TF704.3文献标识码： A 文章编号：
1概述
根据国家对环境保护的要求，攀成钢公司在烧结系统技术改造新建一台烧结机的同时，配套建设一套烟气脱硫系统。该脱硫系统处理对象为烧结机机头全部烟气。即---烧结机主抽风机后的烟气经脱硫增压风机加压后，送入脱硫系统，净化后由塔顶烟囱排出。
烟气脱硫工艺采用氨水－硫酸铵湿法，吸收系统采用先进的双循环喷淋空塔。增压后的烟气先经过浓缩降温塔，在浓缩降温塔内，烟气被喷淋的硫酸铵溶液冷却并除去小部分二氧化硫，浓缩降温塔内硫酸铵溶液同时得到浓缩，以利于后续的硫酸铵蒸发干燥。经过浓缩降温塔后降温的烟气进入吸收塔，在吸收塔内二氧化硫迅速溶于喷淋溶液中，降落在吸收塔下面的浆液池，与氨水发生反应，并被氧化生成硫酸铵。当浓缩降温塔内硫酸铵溶液的浓度达到一定值时从塔内排出，经过过滤、蒸发、结晶、干燥得到硫酸铵晶体。硫酸铵晶体可作为化工生产原料及农业肥料，从而降低脱硫系统的运行成本，实现烧结机脱硫副產品的资源化有效利用。净化后的烟气经过吸收塔顶部的除雾器后由吸收塔塔顶烟囱排入大气。
烟气脱硫工艺流程图见图1。
图1 烟气脱硫工艺流程图
2计算机控制系统
该项目以20％氨水作为脱硫剂。氨水本身为二级腐蚀物，脱硫过程中产生的溶液也有较强的腐蚀性，最终生成的结晶物也容易造成管道的堵塞。为了保证脱硫系统安全、稳定的运行，提高脱硫效率、节能降耗、改善工人劳动环境，研发了完善的过程检测和控制项目，设计了包括烟气系统、浓缩降温塔、吸收塔系统、氧化风机系统、硫酸铵排出系统、氨水系统、工艺水系统及事故箱、排水坑系的过程检测设备，采用基于PLC的计算机控制系统，实现全生产过程的自动控制。
2.1系统硬件配置
在统计系统所需要控制的I/O点数，并充分考虑系统的运算能力和投资成本的情况下，控制系统以Quantum系统的高端CPU（140CPU65150）为核心，下设2个远程 I/O 子站。子站的I/O模块通过双通道模块140CRA93200和安装在 CPU 背板中的远程 I/O 头模块（140CRP93200），实现与CPU之间的双向数据传输。同时，为了提高系统性能、降低成本、减少 CPU 所服务的远程 I/O 子站数量，本系统还采用了140XBE10000机架扩展卡对CPU主机架进行扩展。系统的上位机则由1个工程师站和2个操作员站组成，均采用DIGGCOM原装工控机。工程师站、操作员站通过赫斯曼交换机与CPU 上的以太网端口连接，实现上位机对现场仪表的实时动态监控和检测。
系统的硬件结构如图2所示。
2.2系统的软件配置
PLC组态软件采用Unity Pro XL软件。通过Unity Pro XL可以进行系统配置和程序的编写、调试，实现在线诊断PLC硬件配置状态、控制PLC的运行状态和I/O通道的状态等功能。程序设计采用模块化、结构化编程，应用FDB功能块组成脱硫控制程序，对脱硫生产过程中连续变化的模拟量和状态监控的数字量实现顺序控制、逻辑控制、联动和联锁控制以及信号传输、报警和数据采集等。使用PLC仿真器，应用软件在现场安装之前就已经经过了完整地测试，保障了软件逻辑合理、控制可靠。
监控组态软件采用的Intouch，Intouch是用于工业自动化、过程控制和管理监视的一个强大的图形人机界面（HMI)软件。通过人机界面可实现对整个系统的动态监控管理。
3应用软件主要功能
脱硫工艺应用软件是根据烧结脱硫过程控制及生产管理要求，利用系统软件、组态软件、监控软件、办公自动化软件等编制而成的，实现对整个脱硫工艺系统的数据采集、控制、调节、报警、联锁、保护、报表等功能，并通过组态画面将工艺流程中各种工艺参数、设备运行状态显示在LCD上。其主要功能系统包括脱硫数据采集和处理系统、模拟量控制系统、顺序控制系统等。
3.1脱硫数据采集与处理系统
数据采集系统能在连续采集和处理所有与脱硫工艺系统有关的重要测点信号及设备状态信号，以便及时向操作人员提供有关的实时信息，其中AI：85点，RTD：88点，AO：5点，DI：478点，DO：142点。基本功能如下：
A.控制操作：对全系统被控设备进行在线实时控制，实现控制方式的切换及对监测、控制参数进行修改和设定。
B.监控画面：用图形实时显示各被控设备的运行工况，动态显示脱硫工艺流程和各种模拟信号、开关信号和各类累计量信号的数值。
C.报警记录：实现报警信息的显示、记录。
3.2模拟量控制系统
A. 脱硫烟气压力控制
为提供足够烟气通过脱硫系统到烟囱出口所需要的压力，脱硫系统进口原烟气侧配置了一台增压风机。为保证脱硫效率，要使脱硫烟气压力稳定在一定值，以适应烧结主抽风机负荷的变化。本项目增压风机配置有导向叶和变频电机，通过调节导向叶开度或电机频率，均可以调节烟气压力。操作工可以选择采用两种方式同时调节，也可以选择其中一种。具体监控画面见图3。
图3 烟气系统监视画面
B. 浓缩塔/吸收塔加氨控制
利用CEMS系统测量出未净化的烟气中SO2浓度和烟气量，计算出进入塔中SO2总量。根据SO2总量和SO2脱除效率，便可得到应加入到塔中的氨水量。通过控制氨水调节阀的开度来实现氨水量的自动调节。而塔内的pH值作为SO2吸收过程的校正值对加氨量进行修正。
3.3顺序控制系统
包括脱硫系统启动、停止顺序控制、除雾器清洗及浆液管道冲洗顺序控制功能组等。主要控制功能组如下：烟气挡板控制功能组；除雾器冲洗控制功能组；氧化空气功能组；脱硫系统启动、停止顺序控制。
除上述功能组控制外，与脱硫有关的辅机、控制阀门也纳入到PLC系统中，以实现远程监控。
系统总貌画面见图4
图4 系统总貌监控画面
4结语
针对攀成钢烧结烟气脱硫工程项目研发的计算机控制系统性能稳定、操作方便，保证了脱硫设施能够长期、安全、可靠运行，大大降低了工人的劳动强度，达到了设计脱硫效率。本工程已于2012年4月底开始投产试运行。目前该工程全烟气脱硫效率不低于95%，脱硫系统与烧结机同步率不低于97%，二氧化硫年脱除量达17296吨。工程环境效益显著，有利于缓解成都市及周边地区的酸雨污染，对推进区域减排工作大有裨益。