DCS在石灰窯的應(yīng)用

王訓(xùn)華，郭慶陽

（廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760）

DCS在石灰窯的應(yīng)用

王訓(xùn)華，郭慶陽

（廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760）

闡述廣東南方堿業(yè)股份有限公司石灰工序DCS控制的應(yīng)用。著重介紹如何解決稱重儀IDN560與DCS的通訊和控制及石灰窯配料上料的自動(dòng)控制。

DCS；IND560；配上料；聯(lián)鎖保護(hù)；石灰窯

石灰窯是氨堿法純堿生產(chǎn)的重要設(shè)備，石灰石與焦炭按一定的比例混合在窯體內(nèi)進(jìn)行煅燒，產(chǎn)生CO2和生石灰。石灰窯控制的好壞直接影響能耗并制約后工序的生產(chǎn)。廣東南方堿業(yè)公司原石灰工序有兩個(gè)控制室：上料控制由PLC實(shí)現(xiàn)，設(shè)在上料控制室，由電氣車間負(fù)責(zé)運(yùn)維（稱重除外）；過程參數(shù)監(jiān)控由儀表主控室實(shí)現(xiàn)，計(jì)控部負(fù)責(zé)運(yùn)維。這種模式給工藝操作管理造成極大的不便。PLC邏輯控制是它的優(yōu)點(diǎn)，但其模擬量運(yùn)算速度慢，精度低，稱重計(jì)量精度低，導(dǎo)致煤石配比誤碼率差大，石灰窯常有過燒或生燒的情形發(fā)生。并且PLC不具備帶電插撥功能，發(fā)生故障時(shí)必須停下來檢修，故而時(shí)常影響生產(chǎn)。借鑒公司其它工序DCS改造的成功經(jīng)驗(yàn)，在反復(fù)調(diào)研的基礎(chǔ)上，決定采用杭州和利時(shí)自動(dòng)化工程有限公司的MACS SmartPro分散控制系統(tǒng)（簡稱DCS）對(duì)該工序進(jìn)行在線DCS改造。

1 DCS系統(tǒng)簡介

SmartPro系統(tǒng)是和利時(shí)公司開發(fā)的DCS系統(tǒng)，系統(tǒng)由硬件、軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)三部分組成。其中硬件包括3臺(tái)操作站（兼做服務(wù)器）和3個(gè)現(xiàn)場控制站（18＃站、17＃站、27＃站）及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施；軟件為MACS SmartPro 3.1.3，運(yùn)行在Windows XP環(huán)境下。整套系統(tǒng)完成本工序數(shù)據(jù)采集、工藝流程顯示、工藝參數(shù)顯示，配料上料自動(dòng)控制及其它重要參數(shù)的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)、歷史趨勢和操作日志管理等功能。主控單元、電源模件、網(wǎng)絡(luò)均為冗余結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠；支持在線修改程序并且實(shí)現(xiàn)無擾增量下裝，而不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)（ProfiBus－DP總線），運(yùn)用成熟先進(jìn)的控制算法，對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控。

按總體規(guī)劃布局分步實(shí)施的原則，第一步實(shí)施DCS系統(tǒng)安裝就位，全部儀表測控信號(hào)從儀表及PLC上移至DCS，拆除原有儀表盤；第二步，配料上料控制分窯在生產(chǎn)空隙由電控室移接入DCS；第三步，本工序全部電氣及設(shè)備信號(hào)接入DCS?，F(xiàn)已全部完成DCS改造，實(shí)現(xiàn)崗位合并，全部數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)上傳。

2 SmartPro與IND560的通訊配置

石灰石與焦炭的混合比例是否恰當(dāng)，關(guān)系到生石灰的質(zhì)量及CO2的濃度。稱重儀的選用起到至關(guān)重要的作用。我司采用梅特勒－托利多公司的IND560稱重顯示控制器對(duì)塊煤和石灰石分別稱重計(jì)量，它是一款技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的通用稱重終端。具有眾多與PC或PLC的通訊接口方式和數(shù)字I／O控制端口。在配料應(yīng)用上可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作方式，實(shí)現(xiàn)物料的快速、精確稱量控制。

IND560通過ProfiBus－DP接口與SmartPro系統(tǒng)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，在DCS系統(tǒng)上可以實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)的讀取，以及對(duì)IND560稱重儀的去皮、清零等各種控制。要實(shí)現(xiàn)上述功能，在IND560和SmartPro中必須進(jìn)行設(shè)置才能使通訊正常。

2.1 IND560側(cè)的設(shè)置

在IND560鍵盤面板上進(jìn)入設(shè)定模式，展開到如圖1設(shè)定菜單樹。

圖1 設(shè)定菜單樹

2.1.1 Node Address（節(jié)點(diǎn)地址）

每個(gè)連接到DP總線上的IND560都有一個(gè)并且是唯一的物理DP地址（0～125之間），設(shè)置時(shí)要注意，地址要與SmartPro系統(tǒng)的IND560硬件配置站地址對(duì)應(yīng)相同。

2.1.2 Shared Data（共享數(shù)據(jù)）

設(shè)為允許共享數(shù)據(jù)通訊。

2.1.3 Data Format（數(shù)據(jù)格式）

有Integer、Divisions、Floating point三種格式。選Divisions（分度數(shù)），以顯示分度數(shù)傳輸。

2.1.4 Message Slots（信息幀）

設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)組數(shù)，有1～4組。選4組。

2.2 SmartPro側(cè)的配置

2.2.1 將IND560的GSD文件復(fù)制到C：／target／ hollysys／PCBaseIO目錄下，然后重新啟動(dòng)Con－Maker，ConMaker才能識(shí)別新加入的GSD文件。2.2.2 在硬件配置中添加IND560設(shè)備。

2.2.3 IND560的站地址設(shè)置，輸入和輸出模塊的添加。

2.2.4 在ConMaker中定義輸入和輸出物理點(diǎn)變量，并將其參與組態(tài)程序中的邏輯運(yùn)算。ConMaker定義的輸入和輸出變量必須與IND560規(guī)定的保持一致，否則數(shù)據(jù)讀取不到和輸出控制錯(cuò)誤。

在IND560中已經(jīng)規(guī)定好了Divisions數(shù)據(jù)輸入和輸出變量的地址（如圖2）。

2.2.5 負(fù)數(shù)的轉(zhuǎn)換

由于IND560傳送的Divisions數(shù)據(jù)是無符號(hào)的16位整形數(shù)，在DCS系統(tǒng)上為正數(shù)時(shí)顯示正常，負(fù)數(shù)時(shí)顯示為最大值65535，需要編程轉(zhuǎn)換才能顯示正常。先要根據(jù)整形數(shù)的第16位來判斷，為0時(shí)，數(shù)據(jù)正常，1時(shí)則要轉(zhuǎn)換。將1至15位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再加1取負(fù)，就能正常顯示負(fù)數(shù)，這也就是計(jì)算機(jī)中求補(bǔ)數(shù)的運(yùn)算。程序功能塊如圖3 。

圖2 Divisions數(shù)據(jù)輸入和輸出變量的地址

圖3 程序功能塊

3 配上料系統(tǒng)的控制

根據(jù)配上料、運(yùn)灰工藝流程，并且貫徹以方便操作人員操作、簡單易用的思想，設(shè)計(jì)了如圖4的操作界面，在這個(gè)界面下，操作人員可以完成現(xiàn)有4臺(tái)窯的配上料的所有操作。在畫面上可分別實(shí)現(xiàn)就地控制和DCS自動(dòng)、手動(dòng)控制。由于操作按鈕較多，操作時(shí)就經(jīng)常有可能按錯(cuò)按鈕，造成誤動(dòng)作，為了避免這種情況發(fā)生，把各按鈕加上相互關(guān)聯(lián)相互限制的條件，做到只有在按鈕允許動(dòng)作時(shí)，按下才起作用，否則即使按下也不會(huì)動(dòng)作。

圖4 總配上料控制畫面

圖5 DCS配上料控制流程

4 DCS聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

4.1 配上料聯(lián)鎖保護(hù)

為了確保配上料的正常運(yùn)行，以及保護(hù)人員和設(shè)備的安全，針對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障在DCS上做了必要的聯(lián)鎖保護(hù)，每個(gè)聯(lián)鎖均可單獨(dú)投入或解除。只要有一個(gè)觸發(fā)了聯(lián)鎖，配上料就會(huì)停止，并且報(bào)警提醒操作人員。只有解決了故障并復(fù)位后，才能重新配上料。操作人員還可以根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)聯(lián)鎖參數(shù)進(jìn)行修改和投入或解除。

各聯(lián)鎖的說明：

1）當(dāng)石灰石或焦炭給料器在配料過程中，重量超過設(shè)定值時(shí)，停止配料。避免料斗物料滿出撒料。

2）當(dāng)小車料斗裝好物料上行6秒后，石灰石或焦炭重量小于設(shè)定值，判斷老虎咀閘門未關(guān)上或其它故障，禁止配料。

3）當(dāng)石灰石給料器運(yùn)行7秒后或焦炭給料器運(yùn)行9秒后，重量小于設(shè)定值時(shí)，判斷為老虎咀閘門未關(guān)緊或料倉出料口堵住，停止配料。

4）當(dāng)小車到底7秒后，石灰石或焦炭重量大于設(shè)定值時(shí)，禁止配料和卷揚(yáng)機(jī)啟動(dòng)。判斷為老虎咀閘門未打開或下料口被大塊物料堵住。

5）當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)上行或下行電流大于設(shè)定電流時(shí)，停卷揚(yáng)機(jī)，操作人員檢查引起電流過大原因。

4.2 出灰顯示及聯(lián)鎖保護(hù)

流程圖中石灰窯下部的綠色光柱為出灰信號(hào)，其原理是在出灰管道上安裝一個(gè)小揚(yáng)聲器，出灰的強(qiáng)弱使揚(yáng)聲器振動(dòng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)強(qiáng)度的音頻電壓信號(hào)，經(jīng)音頻交流電壓模塊轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，用以指示下灰狀態(tài)。工藝聯(lián)鎖要求為：當(dāng)聯(lián)鎖投入時(shí)，設(shè)備要按從左到右的順序才能逐個(gè)開起來，停機(jī)時(shí)要按從右到左的順序停下來。當(dāng)某一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，要求該設(shè)備之后的設(shè)備都要停止運(yùn)行。

圖6 出灰聯(lián)鎖保護(hù)

為了更好的保護(hù)設(shè)備安全，增加了出灰系統(tǒng)電機(jī)設(shè)備電流超過設(shè)定值時(shí)就報(bào)警及聯(lián)鎖停機(jī)。

5 結(jié) 語

通過DCS系統(tǒng)在石灰窯的各種應(yīng)用，大大提高了過程控制的自動(dòng)化水平，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和有力保護(hù)好設(shè)備和人身安全。本DCS系統(tǒng)能完全滿足石灰窯的自動(dòng)控制與信息化的需求，并且通過OPC通訊可以把系統(tǒng)的運(yùn)行信息接入工廠生產(chǎn)信息系統(tǒng)中，滿足了對(duì)生產(chǎn)信息的管理需求。

TQ 056.2

B

1005－8370（2012）06－29－04

2012－09－03