范旭庚

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）

1 背景简介

球团烟气利用活性焦吸收烟气中的SO2，以达到烟气SO2达到排放标准，工艺流程主要由活性焦吸附系统、活性焦解析再生系统、活性焦循环输送系统、烟气系统、硫酸生产工艺系统等组成。烟气SO2通过吸附塔被活性焦吸收，附着SO2的活性焦通过吸附塔底卸料器、解析塔链斗机和解析塔顶卸料器输送到解析塔，高温将SO2解析出来后活性焦通过解析塔底卸料器、振动筛、吸附塔链斗机和吸附塔顶卸料器输送到吸附塔，解析气输送到制酸区，如此反复循环。此过程中物料循环尤为重要，物料循环速度需要与工艺中其他环节相匹配，其失控会导致设备损坏、设备积料和塔温升高等一系列问题。工艺流程图如图1所示。

脱硫吸附解析系统整个网络的变频器、E3等设备都受到D网的监视和控制，而集控室监控画面需要通过以太网实现与C网和D网的通信以达到远程监控和操作现场设备的目的，主控室下达指令，C网PLC程序执行指令并向D网发出命令，D网所监控变频器、E3等设备接受命令信号并做出反应，现场设备运行状态及重要参数再通过网络返回显示到主控画面。

2 自动控制系统

脱硫自动控制系统采用A-B的ControlLogix控制系统。ControlLogix通过以太网模块和EtherNet/IP网络进行通讯，以太网以树型结构通过交换机实现与C网、D网等设备建立连接，C网、D网等设备通过E网交换机也可以实现相互通信，如下图2所示：

图2 脱硫制酸系统E网网络图

3 故障及影响

物料循环系统主要包括吸附塔、解析塔链斗机，吸附塔底、吸附塔顶卸料器，卸料器电动推杆、解析塔顶卸料器、长轴卸料器、解析塔底卸料器以及振动筛。各链斗机、吸附塔底卸料器和解析塔长轴卸料器由AB变频器控制，其他卸料器，电动推杆等设备由E3控制，变频器启动为脉冲信号，E3启动为电平信号。

在球团脱硫的生产调试阶段，出现过两次突发情况，第一次C网突然断电，第二次主控画面突然瘫痪，经查是C网网线松动导致断网，两次故障都造成了不同程度的损失，故障发生后会造成以下影响：

（1）集控室失去操作权，无法通过网络远程监控和操作现场设备。

（2）通过现场及时检查，发现物料循环系统中变频器控制设备仍保持运行状态，其它各设备停止运行。

（3）一切报警、连锁（包括链斗机限位、顶部料仓的高低料位报警、各电动推杆卸料器之间连锁等）失去作用，链斗机限位失效会导致链斗机受损。

（4）因为解析塔长轴卸料器、吸附塔链斗机、吸附塔底卸料器和解析塔链斗机仍在保持运行，而刮板机以及塔顶各设备都已停止运行，这就造成了解析塔底卸料器积料，长轴卸料器过载停机，振动筛积料，解析塔链斗机底部刮板机、吸附塔链斗机顶部刮板机积料过载停机，链斗机不同程度受损。

（5）因为现场已经处于失控状态，为了减小损失，只能对运行设备强制断电，集控室紧急通知维护单位对所有设备下电。

（6）所有设备断电停机后，及时组织对积料清理，对受损设备修理复原，同时解决断网问题。

（7）球团烟气通过增压风机送入吸附塔，其中SO2气体被活性焦吸收，吸附SO2的活性焦输送到解析塔解析出SO2气体，这个过程需要对吸附解析塔内温度严格控制，而任何的意外（烟气量的变化、通入烟气的温度、物料循环中断不能及时恢复）都会导致塔内温度波动，塔内温度升高可能会造成活性焦燃烧，接下来就会一发不可收拾（停产排焦、塔体和各设备因高温受损、重新装焦投产）。虽然调试阶段并未往塔内通烟气，但从通气投产后塔温的控制难度来看，C网断网将是投产后的一大隐患。

4 解决方案及效果

C网通讯中断故障虽然不会频繁出现，但遇到一次就会造成很大损失，所以针对此故障需要做出应急方案，以保证在通讯中断的这段时间设备不会受损。

经过和生产技术人员共同讨论，结合工艺和设备，提出下方案。

（1）故障发生后，人为对设备紧急断电，并及时解决C网故障。

（2）故障发生后，物料循环系统所有设备连锁停机，并及时解决C网故障。

（3）故障发生后，保证吸附塔底卸料器，长轴卸料器停止运行，各链斗机保持运行，并尽快解决C网故障。

最终决定采取第三方案，因为物料循环系统的设备控制程序都是在C网PLC编译的，所以集控室监控画面只有通过C网PLC才能实现对现场设备进行监视和控制，C网通讯中断后意味着物料循环系统的瘫痪。

为了实现方案预想目的，分别在C网PLC和物料循环系统变频器所在的两段D网PLC增加程序，使该两段D网对C网状态时刻监测，C网PLC每0.5秒发出一个脉冲信号，D网PLC接收该信号，并对该信号进行判断，如果5秒内接收不到该信号，则判断C网网络中断故障，这时断网程序将对吸附塔底卸料器和长轴卸料器变频器停止位进行置1，卸料器停止下料，链斗机不会接到任何命令，保持原运行状态，物料循环暂时停止。物料循环停止保证设备不会因卡料积料受到损坏，只要设备完好，及时恢复C网通讯后即可恢复物料循环。C网和D网增加部分程序段分别如图3、图4所示。

图3 C网增加部分程序段

图4 D网增加部分程序段

方案实施后，物料循环系统设备不会受到损坏，各设备也不会积料，C网故障解决后可及时恢复系统循环。主要作用：①保全了设备完好，节省了设备修复及备件消耗费用；②不需清理积料，节省了人力费用；③减小了塔温失控，扩大影响的几率。

5 方案调试

方案是在系统不通烟气，各塔内没有活性焦的情况下进行调试的，这保证了即使方案失败也不会造成任何影响。网络通讯正常，D网接收C网发出的脉冲指令，这时监控到D网断网程序处于睡眠状态，强制将C网发出的脉冲信号停止后（模拟断网），D网断网程序开始计数，5秒内10次接收不到指令，D网断网程序苏醒，开始执行程序指令，将吸附塔底卸料器、长轴卸料器变频器停止位置1，卸料器停止运行，链斗机保持运行，达到了预期效果。

6 结语

如今虽然工业自动化发展已经非常成熟，但基于网络通讯架构下的自动化系统在实际应用中会逐渐暴露一些设计或网络本身的问题，通过实践，发现缺陷后，我们要结合专业知识和工艺需求，不断对自动化系统进行完善，逐渐实现自动化系统完美服务宗旨，为工艺生产保驾护航。