DCS 集散控制系統在石灰工序的應用

2010-09-08 06:18:26鄧曉青

純堿工業 2010年4期

鄧曉青

(廣東南方堿業股份有限公司計量控制部,廣東廣州 510640)

技術討論

DCS 集散控制系統在石灰工序的應用

鄧曉青

(廣東南方堿業股份有限公司計量控制部,廣東廣州 510640)

介紹了石灰車間3臺石灰窯由原來的PLC控制改為DCS控制系統的總體設計方案,對稱重儀終端如何與DCS通訊的技術難點加以重點介紹。其研究對新建石灰窯的控制系統很有意義。

DCS;通信;去皮;凈重;提前量;聯鎖控制

廣東南方堿業股份有限公司采用的是氨堿法制純堿,生產純堿的主要原料二氧化碳(慣稱窯氣)和石灰乳均通過石灰石與焦炭混合在石灰窯內煅燒獲得。本廠有3臺石灰窯,單臺石灰窯日處理能力可達近千噸石灰石。以往采用帶觸屏的PLC控制,隨著信息化的不斷發展,現已全部改為DCS控制。

1 工藝流程

從原料場來的石灰石、無煙煤篩分后經帶式輸送機送至石灰石倉和無煙煤倉。石灰石及無煙煤分別由倉底卸出,往石灰石加料器及無煙煤加料器分別送入石灰石秤、無煙煤秤進行稱量。上料時料斗運行到窯底,借自身的重量壓下壓桿,通過機械聯鎖,使石煤料斗老虎嘴閘門開啟,稱量后的石、煤經混合溜槽進入上料斗,上料斗上行10 s后,石煤加料器再次啟動加料。上料斗經卷揚機沿軌道牽引到窯頂,平衡砣下到底部通過機械聯鎖打開放料閥,使混合料進入鐘帽旋轉料斗。上料斗下行動5 s,由DCS控制布料器按6點布料,使旋轉料斗轉動到給定的位置停下。上料斗運行到窯底壓下壓桿,通過機械聯鎖開啟鐘帽,使混合料經分石均勻撒入窯內。

石灰窯爐系統有相當數量的配套設備,以配合石灰窯正常運作,如對物料起均勻作用的布料器,運送窯爐反應生成物的出灰運灰系統。

2 石灰窯DCS集散控制系統

由于石灰石與焦炭的混合比例是否恰當,是影響石灰窯工藝質量至關重要的因素。物料中焦炭含量比例過少,會造成石灰石分解不充分,窯氣供應不足,石灰乳質量下降;石灰石生料含量過低,而焦炭含量過高,不但浪費原料,而且會使石灰石未來得及化學分解已被過量的焦炭燃燒產生的高溫燒熔并累積在窯底形成極堅硬的燒結物,造成嚴重的生產事故。因此,石灰窯操控的好壞直接影響窯氣的產量和品質以及能耗和設備的壽命。由于原有的PLC控制設備只帶觸摸屏,操作很不方便,系統獨立無聯網,數據不能遠傳。而且控制模塊不能冗余、不能帶電熱插拔,出故障要停機才能檢修,無法適應連續生產的要求和企業信息化的管理。我們充分利用現有的基礎平臺,改用計算機DCS系統(見圖1),實現石灰窯的集中優化控制,解決了石灰工序對整個生產的瓶頸制約。

3 系統的控制方案

石灰工序DCS系統配置3臺操作員站,各站之間以100M快速工業以太網連接,系統網絡冗余配置,現場控制站的電源、主控單元冗余配置。軟件設計方面,以現場手動控制、主控室手動控制和主控室自動控制并存的方式,并設置各種聯鎖保護。各窯獨立控制,配料、上料控制是3套獨立的控制系統。即使某一臺窯發生故障,也不會影響另外2臺窯的工作。

主控操作畫面實現窯爐物料的稱量、配料、送料、出灰、運灰等配套設備的手動和自動的聯鎖控制。

圖1 石灰窯DCS控制系統

3.1 控制模式(見圖2、圖3)

1)就地控制:當選擇“就地”方式,計算機不能操作,要到現場操控。

2)DCS控制:當選擇“DCS”方式,計算機可手動控制和自動控制。

手動控制:按上行,到頂限位自動停;按下行,到底部限位自動停。

自動控制:輸入批次、石重、配比設定,顯示“準備就緒”后按啟動。

煤設定重量=石設定重量×設定配比/100

3.2 配料上料系統聯鎖自動控制(如圖4)

石灰石與焦炭按設定的重量與兩者比例進行配料,單次配料時間不超過20 s,配料完成后,首次按啟動,延遲10 s后送料小車從中間的總停位置開始下行,到底部停車進料開關,通過機械連動,稱量后的石和煤經混合放料進送料小車,延時12 s,小車上行;上行10 s后啟動加料器,小車到達窯頂停車倒料開關停止,并自動倒料,小車停12 s后開始下行;下行5 s后啟動布料器布料,布料器每次運行時間按程序設計的6點布料,即0.5、7、14、21、28、35 s,送料小車每下行1次按1點布料的動作規則運行。配料、進料、送料、倒料、布料各動作相互協調,按程控自動完成。不斷循環,直到上料次數等于設定批次,小車到達中間總停位置停下。

圖4 配料上料系統聯鎖自動控制過程

圖5為石灰石加料器控制邏輯圖:

圖5 石灰石加料器控制邏輯圖

圖6為焦炭加料器控制邏輯圖:

圖6 焦炭加料器控制邏輯圖

窯的下料料斗門的開合動作是由送料小車機械聯動的方式實現,利用料斗門開合時反映在物料稱量重量上的關系,每次開始下料前判斷料斗重量即可知道料斗門是否關閉,一般未關好時會出現較大的負數,與經驗設置的撒料參數作比較,小車上行后,老虎嘴未合好重量會小于撒料設定則示作撒料。這樣就能自動判斷加料過程是否正常。一旦異常將終止加料,并發出報警,提示操作人員進行故障處理,避免大量的物料撒落,保證系統加料過程的安全。其控制邏輯如圖7:

圖7 石(煤)撒料聯鎖動作控制邏輯圖

4 稱重儀與DCS的通訊

我們對現有的石、煤稱重系統進行技改,增加6臺IND560(見圖8)梅特勒——托利多公司最新推出功能強大、性能優越的稱重控制終端,1#、2#窯在18#站,3#窯在19#站。稱重終端選用PROFIBUS–DP通訊方式與DCS連接。由于PROFIBUS–DP是一種高速低成本通信,它用于設備級控制系統與分散式I/O通信,使用PROFIBUS-DP可取代4～20 mA信號傳輸,使數據傳送更快,精度更高。

圖8 IND 560梅特勒——托利多稱重控制終端

稱重儀的數據傳輸有3種類型:①Divisions以顯示分度數傳輸;②Floating Point以32位浮點數傳輸;③Integer以16位整型數傳輸。我們選用Integer以16位整型數傳輸的類型,計算機發出信號取數,儀表接收到信號發送數據。參照 IND560 PLC Interface Manual(PLC接口手冊)編寫控制代碼。下面以石秤的通信為例(見圖9):

圖9 石秤通信的編寫控制代碼

4.1 自動去皮

IND560支持自動去皮功能,通過去皮,可獲得物料的凈重。程序設計卷揚機上行7 s后由DCS的 CZ1_6和CZ2_6發出信號給石秤和煤秤自動去皮,如圖10,圖11:

4.2 補碼應用

在倒料過程中物料的稱重經常會出現負數,如剛倒完料,料斗老虎嘴沒關閉好時稱重儀就會顯示負值。在計算機系統中,數值一律用補碼來表示(存儲)。主要原因是:使用補碼,可以將符號位和其它位統一處理;同時減法也可按加法來處理。求給定數值的補碼表示分以下兩種情況:

1)正數的補碼:與原碼相同。如果補碼的符號位為“0”,表示是一個正數,其原碼就是補碼。

圖12為運行的程序,第16位的符號位WT102_16為0,表示正數,石凈重:_WT102:+2058的補碼就是原碼0000100000001010。

2)負數的補碼:符號位為1,即如果補碼的符號位為“1”,表示是負數,那么要把其余位為該數絕對值的原碼按位取反;然后整個數加1。

圖12 石凈重正數補碼的運行程序

圖13運行程序,第16位的符號位WT102_16為1,表示是負數,后15位,_WT102(石凈重):+ 65464的原碼 (111111110111000)→按位取反(000000001000111)→加1(000000001001000),-72的補碼就是1000000001001000。

圖13 石凈重負數補碼的運行程序

程序中SEL是一個選擇運算符,當選擇開關為真時(WT102_16=1)則選擇負值(-72)輸出,其后除2是與稱重儀顯示相對應作倍數的修正。

5 提前量控制算法

提前量是指料門關閉后空中的飛料。加料設備使用電機帶動偏心機構產生振動把物料從料倉添加到料斗,由于加料時有慣性作用,稱重時必須在到達設定的目標重量之前,停下料電機。物料目標重量與停止下料時的物料重量之差,就是加料控制中的提前量。

在實施鄉村振興戰略“產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕”總要求中，“治理有效”占據著基礎地位。只有夯實這一基礎，才能確保鄉村社會充滿活力、和諧有序，保障鄉村振興整體目標順利實現。實現“治理有效”目標的基本方針，就是建立健全自治、法治、德治相結合的鄉村治理體系。這就要求農村普法教育由單一法治教育模式，向自治教育、法治教育、德治教育“三教”融合新模式轉型。本文擬對這一轉型的必要性和內容進行探討，并結合河北省保定市的普法教育實踐，對實現這一轉型的基本路徑提出一些看法。

物料提前量=物料停機后的重量-物料停機時重量

提前量并非固定不變,受眾多因素的影響,如加料系統的運行快慢、物料下落的速度、物料顆粒的大小、物料的黏稠度等因素有密切關系。加料控制中的提前量必須跟隨控制系統的實時情況自動進行調整,才能保證稱量的準確。

提前量算法模型我們首先對信號采集進行數字濾波的預處理,采用遞推平均濾波。遞推平均的方法:即第n次采樣的N項遞推平均值取 n,(n-1),…(n-N+1)次采樣值的平均值。

y(n-1)——依此向前遞推i項的平均值;

N——遞推平均次數。

程序中我們N取5,系統每次計算提前量時都參照之前的下料歷史數據,由此獲得代表物料下落的速度、顆粒的大小、黏稠的程度等因素的影響系數,自動適應運行環境,獲得準確的提前量。剛開機時,預置的提前量初值與實際值不一定接近,但經過幾個周期的運行,會自動調整適應運行環境,不用人工修正系統很快就獲得準確的提前量。