淺析水泥廠DCS投料系統的改進方案

張群

【摘要】科氏力轉子秤系統與DCS系統互聯后，出現了投料初期不穩的問題，經系統改進，設置了手動/自動的切換，且考慮控制通道時間常數問題，解決了點火投料初期生粉下料量波動大的問題。

【關鍵詞】DCS投料 控制 改進 分析

水泥生產的重點在于熟料的合格生產，生產合格優質的熟料需要水泥窯的穩定煅燒，窯的穩定重點在熱工量的穩定，而熱工量的穩定重點之一是入窯生料的穩定。因此，確保入窯生料設備的計量精度、完好率、可靠性就極為重要。

目前，對于熱工量的控制多數采用了DCS控制系統，系統在工作可靠、維修方便的基礎上，具有開放的體系結構，具備強大的處理功能，因此很利于用戶進行二次開發組態以滿足不同的工藝需要，實現復雜的控制方案。用戶在使用DCS系統過程中，對于系統存在一些特殊的問題也可再次開發進行修改。

一、投料初期DCS系統存在的問題

在某公司的一條5000T/d熟料生產線上，入窯生料量的控制就采用了DCS系統。該系統上層為DCS操作站，現場級由PLC實施控制，PLC系統給定值由上位機操作站經現場I/O站發出，測量值取自科氏力轉子秤，由轉子秤計量粉體的質量流量輸出4-20mA電流，PLC系統將測量值采樣并與給定值進行比較，執行編寫好的算法程序后輸出信號去控制生料閥門的開度，使生料流量滿足要求，從而完成入窯生粉物料的計量與輸送。在該系統中，由PLC控制器、流量閥、被控制對象和轉子秤構成了一個閉環控制系統，PLC系統與DCS互聯進行集散控制。

本系統在操作站的畫面上，對于生粉下料量沒有設置手動，因此一開始投運就采用自動方式，導致最初幾分鐘生粉下料量的波動特別大，且在多次點火投料的初期都出現同一情況，造成點火投料時中控操作的困難，系統要在運行十分鐘后情況才趨于穩定。

二、針對DCS投料系統的改進

為解決系統投料初期工作不穩定問題，技術人員在原有DCS系統基礎上作了兩點改進，第一個是在操作站原有的組態畫面上增加一個手操器即手動/自動切換開關，在投料初期手操器選擇手動，流量閥的開度由操作員來控制，在運行穩定后將手操器選擇自動，流量閥由PLC系統控制;第二個是將原來PLC系統輸出直接到閥門的控制信號（4-20mA），改為控制信號經現場I/O控制站傳回操作站，在操作站上選擇控制方式后再經現場I/O站到流量閥。

此方法解決了點火投料的初期生粉下料量波動特別大問題，但在正常自動狀態運行時發現，生粉流量的波動卻比原來要大些，經分析發現，原因就出在上述改進方案的第二點，手操器置自動狀態運行時到流量閥的控制信號會兩次經過I/O現場站，由于公司的DCS控制系統的采樣處理周期為50mS，經兩次采樣、處理需100mS，在PLC系統對科氏力轉子秤的計量信號源采樣周期不變的情況下，加長了到閥門的控制信號的處理周期，閥門的動作時間滯后于PLC系統直接輸出信號的時間。為解決這一問題，技術人員將上述改進方案的第二個還原，在PLC控制系統與流量閥間增加一中間繼電器觸點，當手操器選擇手動方式時，觸點斷開，由操作站給定閥位信號經現場I/O站直接到閥門。當手操器選擇自動方式時，I/O現場站輸出數字量讓PLC輸出的控制信號經中間繼電器到達流量閥，由此徹底解決了DCS系統在點火投料初期生粉下料量波動特別大的問題。

三、對DCS投料系統及改進方案的分析

公司使用的投料系統為轉子秤控制系統，該系統由PLC、科氏力轉子秤、流量閥及被控對象組成，系統與DCS的互聯僅涉及流量的給定信號與反饋信號，在操作站上給定流量信號經現場I/O站到PLC;轉子秤測得的流量信號經PLC、現場I/O站到操作站進行流量的顯示。在PLC的程序設計中或許沒有考慮到投運初期要由手動切換到自動;或許PLC程序設計考慮到切換，僅在與DCS系統的互聯中沒有用起來，而PLC控制參數的整定值在正常工況下能解決干擾問題，所以出現了投料初期不穩定，運行十分鐘后正常情況;

從系統的改進方案來看，技術人員對DCS系統組態比較熟悉，但對PLC程序不熟悉，或者PLC程序設置了加密讓他們無從下手。技術人員在改進方案初期沒有考慮到控制通道人為增加了信號的傳遞滯后，由此案例也可見，信號的滯后對控制品質帶來的影響。