DCS在石灰石上料系統的應用

王久安

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

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經 驗 交 流

DCS在石灰石上料系統的應用

王久安

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

著重介紹了DCS在石灰石上料系統中的應用方案以及各項完善的監控功能。

DCS；上料系統；應用；功能；控制

石灰車間為氨堿法制堿過程提供石灰乳與二氧化碳。石灰車間分為灰窯工段和石灰石上料工段(簡稱石段)。為了提高石灰窯生產能力和優化各項指標，改善職工的勞動強度和工作環境，公司已于2006年率先對灰窯工段進行了DCS改造，采用了當時和利時公司最先進的MACSV組態軟件、PROFIBUS總線和成熟的先進控制算法，各個環節均冗余配置，可靠性強，可以完成實時數據采集、動態數據顯示、過程自動控制、順序控制、報警檢測、監視、操作，還具有對數據進行記錄、統計、顯示、打印等功能，具有較佳的性價比。但石段一直沿用落后的電器聯鎖控制系統，為了提高石段上料系統的穩定性和自動化水平，我公司于2015年對石段上料系統增加了DCS控制系統。

1 工藝流程介紹

石灰石和焦炭(白煤)卸入料場后，由裝卸橋抓至1#或2#輸送機，經3#輸送機送至篩分樓頂部，焦炭(白煤)不經過振動篩，石灰石經手動換向三通進入雙層振動篩過篩，篩下小于25 mm粒度的碎石進入碎石倉，定時用汽車運往碎石場。篩上粒度合格的石灰石或不過篩的焦炭(白煤)經4#輸送機經電子皮帶秤計量后送至各料倉頂部，由電動卸料車分別卸入16個料倉內。

圖1 石段上料系統流程圖

2 改造的必要性

1)4#崗位于18.5 m高的平臺，在風向不好的情況下CO容易聚集，曾發生幾起操作人員CO中毒事故，給職工的身體造成一定的影響。

2)各種設備聯鎖靠電氣聯鎖，同時缺少有效的歷史記錄(電流值、上料量等)對事故分析及查找原因不利。尤其是負荷過大時缺乏有效的預警系統，容易造成3#皮帶過載、重載停車等事故，對3#、4#皮帶的穩定運行帶來很大的影響。

3)卸料小車停車位置由操作工現場控制，不僅方式落后，而且有時會出現混倉、冒倉現象，而且現場噪音、粉塵大。

4)石倉沒有料位計完全靠人工用手電照，憑經驗估計上料量，有時出現冒倉或不足。

3 方案的選擇

3.1 系統要求

本系統是我公司和浙大中控共同研發的項目，其主要任務是對工藝參數進行連續自動檢測、控制并對電氣設備進行監控、聯鎖，同時分別提供OPC接口與生產運行調度系統進行通訊，實現生產數據實時傳輸；提供Profibus-DP總線通訊接口，實現與卸料小車定位系統之間的通訊，并控制卸料小車的運行。

3.2 項目組成部分

本項目主要由三部分組成：

1)實現石段各電氣設備、料倉料位、皮帶秤等現場設備、工藝參數的集中控制，增加一套DCS，設立2個控制站，分別放置于1#崗和4#崗；設立1個工程師站和1個操作站，操作室位于1#崗，實現各電氣設備停車、聯鎖等功能；

2)增加4#皮帶料倉卸料小車的自動定位系統，由紅外測距系統實現小車到料倉的位置測定，由DCS控制小車的開停，實現卸料小車的集中控制；

3)各皮帶、料倉口的視頻監控,增加4#皮帶及料倉口共11個網絡攝像頭，改造現有3#、4#皮帶上5個攝像頭為網絡攝像頭。1#崗增加0#皮帶3個攝像頭，利用原3#、4#皮帶的攝像頭。增加一臺硬盤錄像機及電視用于顯示和存儲3#、4#皮帶和料倉口共16個畫面，利用現有1#崗硬盤錄像機并增加一臺電視顯示和存儲0#、1#和2#皮帶的7個畫面。經過對現有生產網的組態，將此項目所涉及到的工藝參數經專用通訊接口連接到生產網。

表1 總測點數量

3.3 定位系統選擇

在4#皮帶的卸料小車增加一套遙控定位系統，此定位系統采用紅外測距原理，即發射器固定在4#崗位置，接收器固定在移動小車上，這樣可以實時監控到卸料小車的位置，將位置信號引入DCS系統，這樣可以根據料倉的位置自動判斷、選擇倉位，完全可以避免混倉現象的發生，同時能夠根據隨時監控到的小車位置判斷是否正確，可以避免“跑車”現象發生。定位精度可以選擇，可靠性較強，抗干擾能力強，故障率很低，相關產品在我車間的裝卸橋的給料機與皮帶機遙控聯鎖使用已經3年之久。對倉位的選擇，操作工對只需要選擇幾號石(或焦)倉即可，小車可以根據自己的位置自動判定正反轉，到位后自動停車。

圖2 卸料小車行程開關控制方案

3.4 料倉控制程序要求

各料倉加裝雷達料位計，根據各倉檢測到的實時料位，結合實際經驗(或經實測)，設定數學模型計算出各倉需要上料的量，同時再結合電子皮帶秤的計量數據，可以提前控制1#、2#皮帶機的料量；通過上下限位的數值的設定(操作員設定權限)不僅可以避免冒倉、空倉現象的發生，也可以避免關鍵皮帶的帶載停車。同時與灰窯上料系統進行關聯，即每個倉通過電子皮帶秤的計量的石灰石(或燃料)數值(即輸入量)，與灰窯工序各窯實際上石量(即輸出量)進行比對，如果計算出輸入與輸出之間的差值，與通過料位計反算值相同(稱量誤差范圍內可以認為一致)數據可信，如果數據差值過大時，發出警示，進行人工干預。

3.5 滑線改造方案

移動卸料小車的動力、控制電纜采用移動拖纜式柔性扁平電纜，此線纜比滑線式使用周期更長，效果更好。

4 小車自動控制要求

此系統控制的重點和難點就是小車定位系統：定位的準確與否，決定物料的倉位選擇、物料種類的選擇，是否混倉，“跑車”能否被發現等，將關系到設備運行的安全性和穩定性。因此除了采用可靠的激光定位系統外，還需對控制程序做如下要求：

1)上石和上焦做兩套自動程序，取三通翻板上料位置信號，以確定上料種類，根據物料種類以確定選用那套自動程序，同時增加自動和手動切換按鈕；

2)自動控制下主操可以設定上料順序；

3)當倉的料位實際值高于設定值時，不能上料，自動跳到下一個倉；

4)在倒倉過程中當上料量達到料位的設定值時，1#、2#皮帶停車，同時0#～5#給料機聯鎖停車；

5)倒倉時小車開始移動的信號取皮帶秤低于設定數據(數據可更改)加15 s緩沖時間，小車開始向下一個倉移動；

6)1#、2#皮帶可以上料時的回訊取4#皮帶秤低于設定數據(具體數據可調)時給1#崗電鈴指示和DCS上的回訊信號，語音提示。1#崗主操開1#、2#皮帶、給料機開始上料；

7)每個倉設定一個上料量的上限(具體數據可調)，當這個倉上料時，開始計量，到達累計值時1#、2#皮帶停車，做一個程序保護，防止冒倉。

5 設計過程中注意事項

1)由于現場環境腐蝕情況較嚴重,故本次設計采用復合環氧樹脂防腐阻燃電纜橋架。橋架的跨度應盡量以現場梁間跨度訂購。電纜敷設由施工單位本著避開高溫，避免機械損傷，不影響交通及整齊美觀的原則進行施工。安裝時可根據現場的實際情況適當調整。

2)橋架的所有附件，包括壓蓋板、內外連接片、隔板、連接螺栓等均隨匯線橋架成套供貨。

3)電纜保護管或橋架在穿越墻壁后要密封其進出口。

4)電纜在進入電纜橋架前均穿管敷設，并盡量借助工藝管架或沿墻壁敷設。

6 改造后系統的先進性

1)具有完善的人機界面操作系統，每個操作站界面包含所有參數及設備的停止和運行狀態顯示。各種參數曲線可供操作人員隨時掌握系統整體的運行狀態。可進行參數顯示、修改、設定，可以方便調用各操作畫面、歷史曲線、實時曲線等，各種報表、曲線等要有定時打印或定制打印任務功能。

2)具有強大報警功能。報警模板包括實時報警和總結報警，在總結報警畫面可顯示規定時間內的所有報警記錄，便于分析故障原因，查找事故責任人。采用語音報警器，當出現故障時，可用語音直接準確說出故障點的位置、內容，同時報警內容閃爍，以便操作人員可及時準確到達現場處理故障。

7 結 語

自石段工序投用DCS控制系統以來，系統運行穩定、可靠，其中小車的自動倒倉程序，是我公司又一創新亮點。提高了系統應對突發事故的處理能力， 同時減輕了職工的勞動強度，改善了職工的作業環境。

[1] 于長官.現代控制理論[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2009

[2] 李紅萍，楊柳春.工程組態技術及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2005

TQ056.2

B

1005-8370(2016)01-31-03

2015-07-24

王久安(1986—)，大學本科，石灰車間工藝技術員，曾獲得1項國家實用新型專利成果。