DCS在焙燒系統中的使用優勢

董宏觀

（萬基控股集團 洛陽炭素有限公司,河南 新安 471832）

1 引言

在鋁用陽極的生產中，焙燒成品的質量在很大程度上取決于焙燒過程中升溫曲線的控制。鋁用炭素焙燒爐的控制上有：

（1）控制參數的變化范圍比較大，受到爐室狀態、負壓、燃料、炭素制品的配方及生產輔料等外在的制約因素較多；

（2）控制穩定性要求較高燃燒控制協調不易掌握，任何不當的設備故障或是結果的變化易導致因控制不好而直接導致一批次產品質量變化或是嚴重的事故，經濟損失直接且巨大。

所以在爐室溫度的控制上要求系統有較強的魯棒性、可靠性、實時性及精確性的要求，從而作到精確控制陽極焙燒生產中的升溫曲線、提高產品質量、提高產品成品率、降低能耗、降低操作人員勞動強度、減少排除煙氣對環境的污染。

2 設備概況

洛陽新安電力集團炭素有限公司及石墨制品有限公司均使用了由中國鋁業貴陽鋁鎂設計研究院設計制造的炭素焙燒爐燃燒控制系統，該系統有現場燃燒控制、負壓控制、溫度壓力檢測、通訊系統及中央監控系統組成，使用的控制器是美國的Honeywell公司的HC900型DCS，現場監控設備是Honeywell公司的559 T4和HC 105兩種操作屏。

控制系統采用開放式結構及智能通用模塊化的分散式控制系統，由高速實時數據網絡、人機接口站和分散處理單元三大部分組成，可以實現實時數據采集、PID過程控制、順序控制、報警、監視、操作，同時可對數據進行記錄、統計、顯示打印等處理。高速實時數據通信網絡在整個DCS控制系統中起著重要的作用，它由六臺交換機分別連接著52臺爐室、現場人機接口站和分散處理單元，并與上位機相互連接著，完成各種控制信息在網絡上的傳送功能。

整個DCS控制系統由1臺工程師站、1臺操作員站和12個控制柜組成（每套系統4個）。1個控制柜由為1個獨立CPU、數個信號I/O模塊、電源柜和網絡通信。分散獨立的CPU 結構能過保證系統將中央控制的風險降至最低，同時通過通信處理模塊連接各種I/O模板，確保整個監控系統數據的實時性。兩臺上位機通過以太網冗余，當一臺上位機出現故障后不影響另一臺上位機對現場數據的采集、控制。

網絡通信中使用的是Modbus TCP/IP協議，作為一個穩定且公開的通訊方式方便維護人員在正常生產中的維護，確保實時數據通信網絡暢通。

3 順序控制及聯鎖保護

焙燒爐爐面的保護較為簡單主要是啟動時的順序控制及生產中的溫度高低限、負壓、燃氣壓力及升溫速率聯鎖保護部分組成。溫度的高低限是定義了燃料的燃點及爐室能承受的熱負荷為準；負壓是要保證燃料及后期的揮發份在爐內能夠有足夠的氧氣來燃燒。

4 PID過程控制

作為以儀表的監測控制為主的DCS系統，在焙燒過程這樣的非線性或時變的工藝條件下控制優勢就充分的體現出來。

作為焙燒車間，由于控制參數的變化范圍比較大，而且作為一種大型的工業爐必須保證它的升溫速率在一個可承受的范圍以內，以保證爐體的熱負荷不致過高而影響爐室使用周期，而且在大型工業爐的溫度控制存在一個較大的滯后效應，所以在這樣的多可變參數條件下控制的魯棒性就變得尤其重要，通過其強大的PID控制功能夠在一個相對寬泛的參數變化下獲得良好的控制品質，這主要是通過大比例帶（P）的設置、收斂的階躍響應、較小的穩態誤差及準確實時的控制輸出。（目前的任何控制方式在過度時變、耦合、參數和結構不確定的復雜過程中要獲得完美的控制品質都有極大的困難）。

在半開放、生產溫度高于1150度的工業爐，實際的生產過程中溫度控制誤差在2度以內。

5 小結

此套燃燒控制系統具有如下的優勢：

（1）分層控制技術的應用，系統高效、安全。

（2）系統采用智能型I/O模塊，可接入多種模擬信號，通用性高。I/O 層及現場層支持熱插拔，系統檢修及更換缺損部件時無需停機，極大地提高了系統連續運轉的能力。

（3）人機界面友好，操作簡單而直觀。

（4）開放的通訊協議及設備的使用，降低維護費用。

（5）控制器的多種診斷與自診斷功能，使系統的故障診斷及定位十分簡單快捷。

（6）多級安全管理措施，詳細的歷史紀錄數據記錄功能，使系統的管理工作更加有效。

通過我公司4年的使用情況來看，本系統的工作穩定性、控制的準確性及維護的簡易性得到了充分的證明。此外，該系統提高了焙燒車間的自動化程度、可實現在線控制、降低勞動強度、優化生產工藝、極大提高了勞動生產率。