目前世界最先進(jìn)、面積最大的太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司4號(hào)燒結(jié)機(jī)及配套的脫硫系統(tǒng)選用了基于西門子SIMATIC PCS7 V7.1的全集成自動(dòng)化解決方案。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后,實(shí)現(xiàn)了過(guò)程參數(shù)的穩(wěn)定化控制，很好地滿足了燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程的需要，為提高工藝操作水平創(chuàng)造了條件并為實(shí)現(xiàn)太鋼“設(shè)備零故障”的管理機(jī)制提供有力保障，具有重大的推廣價(jià)值。
前言：
我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，不銹鋼民用和城市建設(shè)的巨大需求一直在推動(dòng)不銹鋼消費(fèi)和產(chǎn)能建設(shè)的快速發(fā)展，進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)業(yè)已成為世界級(jí)不銹鋼消費(fèi)大國(guó)和生產(chǎn)大國(guó)。近年來(lái)，工業(yè)領(lǐng)域特別是重化工業(yè)領(lǐng)域的眾多投資建設(shè)對(duì)不銹鋼的需求不僅限于數(shù)量層面，更對(duì)不銹鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提出了新的要求。與此同時(shí)，我國(guó)"十一五"規(guī)劃綱要提出了"十一五"期間能耗降低20%、主要污染物排放降低14%的目標(biāo)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展受到資源、能源、環(huán)境保護(hù)等多方面的制約。為此，眾多大型不銹鋼企業(yè)紛紛深入進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，開(kāi)展節(jié)能減排活動(dòng)，并積極倡導(dǎo)和實(shí)施現(xiàn)代化、數(shù)字化、清潔化生產(chǎn)，大力推進(jìn)循環(huán)型綠色鋼鐵企業(yè)建設(shè)。
太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司(簡(jiǎn)稱太鋼)是中國(guó)特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)和全球產(chǎn)能最大、工藝技術(shù)裝備最先進(jìn)的不銹鋼企業(yè)。2009年，太鋼在危機(jī)困境中求發(fā)展，營(yíng)業(yè)收入達(dá)1013億元，實(shí)現(xiàn)連續(xù)3年?duì)I業(yè)收入突破1000億元大關(guān);全年生產(chǎn)不銹鋼248萬(wàn)噸。
太鋼的主要產(chǎn)品除不銹鋼外還有冷軋硅鋼、碳鋼熱軋卷板、火車輪軸鋼、合金模具鋼、軍工鋼等。不銹鋼、不銹復(fù)合板、高牌號(hào)冷軋硅鋼、電磁純鐵、高強(qiáng)度汽車大梁鋼、火車輪軸鋼、花紋板、焊瓶鋼市場(chǎng)占有率國(guó)內(nèi)第一。
身為業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍企業(yè)，太鋼志在成為冶金行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的示范工廠，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與社會(huì)的協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展，而作為鋼鐵生產(chǎn)的能耗和排放大戶，煉鐵系統(tǒng)自然要擔(dān)負(fù)起鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的重任。
現(xiàn)代化燒結(jié)生產(chǎn)
燒結(jié)是把含鐵原料加入熔劑和固體燃料，按要求的比例配合、加水混合制粒后，平鋪在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上，經(jīng)點(diǎn)火抽風(fēng)燒結(jié)成塊的過(guò)程。燒結(jié)機(jī)適用于大型黑色冶金燒結(jié)廠的燒結(jié)作業(yè)，它是抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程中的主體設(shè)備，可將不同成份，不同粒度的精礦粉，富礦粉燒結(jié)成塊，并部分消除礦石中所含的硫，磷等有害雜質(zhì)。燒結(jié)機(jī)按燒結(jié)面積劃分為不同長(zhǎng)度不同寬度幾種規(guī)格，用戶根據(jù)其產(chǎn)量或場(chǎng)地情況進(jìn)行選用。燒結(jié)面積越大，產(chǎn)量就越高。
隨著鋼鐵企業(yè)高爐大型化的發(fā)展，從經(jīng)濟(jì)合理的配置角度來(lái)看，燒結(jié)設(shè)備的大型化是我國(guó)燒結(jié)行業(yè)發(fā)展的主旋律，淘汰小型落后的燒結(jié)方法是改善燒結(jié)礦質(zhì)量的根本途徑。為此，太鋼在2009年決定新建一臺(tái)滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求的大型燒結(jié)機(jī)，并逐步淘汰掉原有的小型設(shè)備，以期有效提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量，并降低燒結(jié)工序能耗。
堅(jiān)定不移的選擇
新建的太鋼4號(hào)燒結(jié)機(jī)涉及主廠房、配料車間、脫硫脫硝等多個(gè)控制區(qū)域，具有工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備多且分布廣、控制復(fù)雜的特點(diǎn)。能否保證生產(chǎn)的無(wú)差錯(cuò)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)整體的控制系統(tǒng)提出了嚴(yán)苛的要求。太鋼煉鐵廠電氣部趙部長(zhǎng)對(duì)此作了詳細(xì)分析，他指出，4號(hào)燒結(jié)機(jī)的控制系統(tǒng)從自身技術(shù)角度必須要滿足以下需求：
分散控制功能：要求系統(tǒng)控制功能分散，管理集中，集數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制、信息管理于一體，構(gòu)成一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng);
可靠穩(wěn)定運(yùn)行：對(duì)于冶金行業(yè)而言，控制系統(tǒng)的可靠性、安全性是一個(gè)非常突出的問(wèn)題，它直接關(guān)系到相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行及用戶的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益;
高速通訊網(wǎng)絡(luò)：由于本系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊也提出了特定要求，必須采用高速通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換與控制。
基于各方面需求的綜合考慮，太鋼一如既往地選擇了西門子提供的全集成過(guò)程控制系統(tǒng)SIMATIC PCS7 ，并將系統(tǒng)集成、項(xiàng)目實(shí)施及相關(guān)服務(wù)的重任交給了西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司(簡(jiǎn)稱SFAE)?！拔鏖T子是我們長(zhǎng)期的親密合作伙伴，也是我們的最佳選擇”，趙部長(zhǎng)表示，“西門子具備的行業(yè)領(lǐng)先地位、優(yōu)秀的工程技術(shù)和服務(wù)水平以及多年來(lái)愉快的合作經(jīng)歷都使我們對(duì)西門子堅(jiān)信不疑。”
SFAE公司簡(jiǎn)介
西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司(簡(jiǎn)稱SFAE)創(chuàng)建于1993年，是西門子在中國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域投資的第一家運(yùn)營(yíng)公司。目前，SFAE已成功成為中國(guó)專業(yè)的自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)服務(wù)提供商、自動(dòng)化工程解決方案提供商和低壓電柜制造商。
從創(chuàng)建至今，SFAE一直本著以客戶為先、零距離服務(wù)客戶的原則，在全國(guó)設(shè)立了23個(gè)辦事機(jī)構(gòu)，已經(jīng)為數(shù)控機(jī)床、起重機(jī)械、石油鉆機(jī)、鋼鐵冶金、汽車制造、生產(chǎn)機(jī)械、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)等領(lǐng)域的4000多家企業(yè)提供了專業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)。
在鋼鐵冶金領(lǐng)域，SFAE將西門子的產(chǎn)品、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)與客戶的生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合，在焦化、燒結(jié)、高爐、連鑄、酸洗和其它輔助工藝段提供自動(dòng)化控制系統(tǒng)的系統(tǒng)集成方案、項(xiàng)目實(shí)施與管理、備件供應(yīng)、技術(shù)服務(wù)和系統(tǒng)的升級(jí)改造，大大縮短建設(shè)工期，節(jié)省客戶投資成本。
實(shí)施方案
燒結(jié)機(jī)控制系統(tǒng)
太鋼4號(hào)燒結(jié)項(xiàng)目計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子過(guò)程控制系統(tǒng)SIMATIC PCS7 V7.1，控制的工藝系統(tǒng)及工藝段包括：1#PLC(燃料熔劑，泵站系統(tǒng)，混配料系統(tǒng))、2#PLC(燒冷系統(tǒng)，整粒篩分系統(tǒng))、3#PLC(原料進(jìn)料系統(tǒng)，熔劑破碎篩分系統(tǒng)，燃料破碎篩分系統(tǒng))、4#PLC(配料混合系統(tǒng)，主粉塵系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng))及5#PLC(燒冷系統(tǒng)，整粒篩分系統(tǒng)，鋪底料系統(tǒng)，冷返礦系統(tǒng)，主電除塵輸灰系統(tǒng))。PCS7系統(tǒng)采用西門子典型的服務(wù)器/客戶機(jī)架構(gòu)并預(yù)留二級(jí)系統(tǒng)接口，方便網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)傳遞。
基礎(chǔ)自動(dòng)化部分采用基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的解決方案，由AS站417-4-2H主機(jī)和ET-200M遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)組成。由西門子以太網(wǎng)交換機(jī)組成的冗余光纖環(huán)網(wǎng)將基礎(chǔ)自動(dòng)化部分與兩對(duì)冗余服務(wù)器連在一起。每對(duì)冗余服務(wù)器間采用同步相互監(jiān)控，同步進(jìn)行歸檔與控制。整個(gè)系統(tǒng)操作員站與兩冗余服務(wù)器間實(shí)施同步接收與發(fā)送數(shù)據(jù)，各基礎(chǔ)自動(dòng)化部分間的數(shù)據(jù)采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。控制器在采用硬件冗余的同時(shí)還采用了西門子軟件冗余措施，使整個(gè)系統(tǒng)能夠雙向安全,可靠穩(wěn)定運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配電采用西門子冗余電源，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。
領(lǐng)先的技術(shù)
全集成自動(dòng)化思想
西門子自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)集團(tuán)的目標(biāo)就是拓展其全球市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，以及在自動(dòng)化、驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)關(guān)柜以及安裝技術(shù)方面利潤(rùn)豐厚的業(yè)務(wù)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，集團(tuán)正在加強(qiáng)其在過(guò)程自動(dòng)化以及基于全集成自動(dòng)化平臺(tái)上的復(fù)雜系統(tǒng)控制軟件方面的行動(dòng)。TIA是一個(gè)基礎(chǔ)性的結(jié)構(gòu)，可以讓用戶在過(guò)程自動(dòng)化和分布自動(dòng)化中，將其貫串生產(chǎn)過(guò)程中的專門技術(shù)與西門子提供的產(chǎn)品結(jié)合起來(lái)，其中包括通過(guò)其CPM/MES產(chǎn)品的業(yè)務(wù)層集成、與諸如SAP之類的企業(yè)系統(tǒng)以及進(jìn)出物流的集成等。TIA在所有自動(dòng)化領(lǐng)域提供通用組態(tài)和編碼工具，通用用戶界面和通用數(shù)據(jù)管理。TIA還提供通用的、基于以太網(wǎng)和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的通訊和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
SIMATIC PCS 7系統(tǒng)
作為西門子PAS產(chǎn)品，SIMATIC PCS 7系統(tǒng)是服務(wù)與整個(gè)西門子過(guò)程自動(dòng)化工業(yè)策略的一個(gè)支點(diǎn)。SIMATICPCS 7系統(tǒng)目前在歐洲、北美、亞洲和拉丁美洲擁有數(shù)千用戶。SIMATIC PCS 7系統(tǒng)包含有基于通用S7平臺(tái)的硬件設(shè)備，滿足了TIA跨應(yīng)用領(lǐng)域的通用硬件基礎(chǔ)設(shè)施的理念。這些硬件設(shè)備可以被當(dāng)作公司PLC和安全控制系統(tǒng)產(chǎn)品的控制平臺(tái)。SIMATIC PCS 7系統(tǒng)利用了通用的ET200系列I/O，通用的PROFIBUS以及以太網(wǎng)通訊，通用的配置、工程設(shè)計(jì)和操作員界面以及一個(gè)獨(dú)立統(tǒng)一的自動(dòng)化數(shù)據(jù)庫(kù)。
統(tǒng)一的 SIMATIC PCS 7 過(guò)程控制系統(tǒng)具有獨(dú)特的可擴(kuò)展架構(gòu)和出色的系統(tǒng)性能，是低成本實(shí)施和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行過(guò)程控制工廠的有力基礎(chǔ)。SIMATIC PCS 7 不僅僅只是一款典型的過(guò)程控制系統(tǒng)，它還可以通過(guò)無(wú)縫集成其它功能來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展，這些功能包括批生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、物料傳輸控制、先進(jìn)過(guò)程控制、資產(chǎn)管理、遠(yuǎn)程控制和安全應(yīng)用、過(guò)程數(shù)據(jù)分析/ 管理以及 MES 任務(wù)。
SIMATIC PCS7 V7.1是SIMATIC PCS7的最新版本，它具有許多新功能，比如新增的過(guò)程庫(kù)控制功能塊。這些新功能幾乎覆蓋了所有操作，在縮減工程、安裝和調(diào)試周期的同時(shí)還降低了運(yùn)行和維護(hù)成本，同時(shí)，新版本的改進(jìn)使得SIMATIC PCS7 在功能性、易用性和用戶界面上都有了進(jìn)一步增強(qiáng)。
運(yùn)行實(shí)施
本項(xiàng)目于2009年7月進(jìn)行了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)條件具備后，2009年12月起經(jīng)過(guò)SFAE和用戶的密切配合與高效工作，僅用一個(gè)月的時(shí)間就順利完成了控制系統(tǒng)的全部調(diào)試工作，進(jìn)入試運(yùn)行階段。截止2010年6月，系統(tǒng)全部通過(guò)驗(yàn)收，無(wú)論是西門子產(chǎn)品性能還是SFAE的工程能力均得到了各方一致好評(píng)。談及對(duì)本工程的評(píng)價(jià)，電氣部趙部長(zhǎng)言簡(jiǎn)意賅地表示：“非常完美!”正是西門子控制系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行有力保障了4號(hào)燒結(jié)機(jī)達(dá)到“設(shè)備零故障”的管理機(jī)制。
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及展望
太鋼4號(hào)燒結(jié)機(jī)及配套脫硫的控制系統(tǒng)項(xiàng)目對(duì)于太鋼與西門子雙方而言都具有非同尋常的意義。作為世界之最的冶金燒結(jié)工程，項(xiàng)目的成功實(shí)施標(biāo)志著西門子全集成自動(dòng)化理念再一次得到了最完美的詮釋，印證了西門子的產(chǎn)品可以完全滿足冶金用戶的實(shí)際應(yīng)用需要。同時(shí)，由于SFAE長(zhǎng)期以來(lái)堅(jiān)持將知識(shí)管理、質(zhì)量管理和項(xiàng)目管理這三大管理體系貫穿于自身工作流程，使得SFAE可以確保給用戶提供優(yōu)質(zhì)高效的工程項(xiàng)目并實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)化。 據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)有燒結(jié)機(jī)近500臺(tái)，其中在建和投產(chǎn)的180～660m2的大中型燒結(jié)機(jī)有125臺(tái)，燒結(jié)機(jī)面積已達(dá)近40000平方米。未來(lái)，我國(guó)的燒結(jié)機(jī)將繼續(xù)推進(jìn)全流程工藝技術(shù)裝備的升級(jí)換代，實(shí)現(xiàn)主體裝備的大型化、集約化、現(xiàn)代化、高效化，完善相應(yīng)的節(jié)能減排設(shè)備建設(shè)，在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也將進(jìn)一步降低能源消耗、減少污染物排放。西門子將為更多的用戶提供解決方案與服務(wù)，為建設(shè)現(xiàn)代化工廠，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與社會(huì)的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，營(yíng)造綠色環(huán)境保駕護(hù)航!
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