王 琦

（貴州開磷遵義堿廠，貴州 遵義 563004）

1 項目改造的背景

DCS（Distributed Control System，分散控制系統(tǒng)）是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復雜應運而生的綜合控制系統(tǒng)。是計算機技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供窗口友好的人機界面和強大的通訊功能，是完成過程控制和過程管理的現(xiàn)代化系統(tǒng)控制設備，在各行業(yè)、各領域應用非常廣泛。但是，這一控制技術(shù)在大型內(nèi)燃式電石爐上的應用還很少見。

貴州開磷遵義堿廠下屬的生產(chǎn)一部是專業(yè)的電石生產(chǎn)部門，整個生產(chǎn)系統(tǒng)擁有3臺20 000 kVA內(nèi)燃式電石爐，具有12萬t/a的產(chǎn)能，裝置于2004年建成投產(chǎn)。該生產(chǎn)線的整個控制系統(tǒng)原設計使用PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)過多年運行，發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)雖然有控制簡單、單元獨立、便于維護、投資較小等優(yōu)點，但該系統(tǒng)相對封閉，其產(chǎn)品升級難度大、控制容量偏小、擴展性能差。PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于對開關(guān)量的控制，但對模擬量的控制和運算就顯得略有不足，并且系統(tǒng)程序受廠家知識產(chǎn)權(quán)密碼保護，讓使用方在系統(tǒng)維護和技術(shù)改造上設置了很高的壁壘。

2009年，由于受國際金融危機的影響，整個生產(chǎn)系統(tǒng)全面停產(chǎn)，2010年6月，企業(yè)決定恢復生產(chǎn)。但由于停產(chǎn)時間太長，設備損壞嚴重，尤其是PLC裝置器件受損最為嚴重。鑒于設備存在的問題和多年來系統(tǒng)運行過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷和問題，以及今后技術(shù)升級、產(chǎn)能擴展等各方面的考慮，決定將現(xiàn)有電石爐的PLC控制系統(tǒng)全面升級改造為DCS。

2 系統(tǒng)構(gòu)成概況

該項目采用的是浙江中控技術(shù)股份有限公司ECS100系統(tǒng)，操作系統(tǒng)平臺為Windows2000。本系統(tǒng)是電石生產(chǎn)從原料工序到電爐工序整個生產(chǎn)過程的監(jiān)視、控制和操作系統(tǒng)，由1個控制站和4個操作站組成，各操作站點均為熱冗余。主要系統(tǒng)板塊包括原料制備全流程運行監(jiān)視、碳素原料烘干塔的自動控制、碳素原料自動配料、電爐液壓系統(tǒng)自動控制、電爐氣壓系統(tǒng)自動控制、電極升降系統(tǒng)控制、電極壓放系統(tǒng)控制、爐前自動配料系統(tǒng)、循環(huán)水水壓和水溫實時監(jiān)控、電爐煙氣溫度實時監(jiān)控、電爐運行電氣參數(shù)實時監(jiān)控、除塵凈化系統(tǒng)運行工況實時監(jiān)控、歷史記錄查詢、運行報表自動生成等。

3 關(guān)鍵控制點的實施方案

在項目的設計和改造過程中，充分利用DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢，彌補原PLC系統(tǒng)的不足和盲點，結(jié)合實際生產(chǎn)的需要，解決了許多長期制約電石生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的難點問題。

3.1 電極壓放系統(tǒng)

電極帶電壓放裝置是電石爐控制系統(tǒng)中最重要的裝置之一，其穩(wěn)定性和可靠性對電爐的操作影響非常大。由于PLC系統(tǒng)無法解決壓放量的檢測問題，電極壓放操作非常復雜，需要多人在不同的操作位置相互密切配合方能完成，并且由于冶煉爐是一個高電流、強磁場的設備，對通訊設備的干擾很大，導致電極壓放事故時常發(fā)生。此次改造，充分利用DCS在模擬量運算控制方面的優(yōu)勢，引入了位移變送器這一測量設備，并將整個電極壓放裝置所有的操作控制全部植入DCS操作站，電儀工在操作站顯示器上能精確地看到上、下摩擦環(huán)的位置、壓放油缸的距離以及壓放余量等參數(shù)，并通過鼠標操作電極壓放的設備。為了確保安全，還在上、下摩擦環(huán)的放松與抱緊；導電鄂板的全松與微松之間均設置了互鎖程序，電儀工與爐面主操簡單配合就能輕松、安全地完成電極壓放操作，極大地提高了工作的安全性。

3.2 碳素原料烘干系統(tǒng)

碳素原料烘干塔進風溫度的自動控制一直是原系統(tǒng)的缺陷，碳素原料烘干系統(tǒng)的熱源利用的是電石爐排出的高溫煙氣，由于內(nèi)燃式電石爐爐況變化較大，煙氣溫度不太均勻，多年來，烘干塔的運行完全依靠人工方式手動進行混風調(diào)整，這樣的操作方式導致碳素原料水分指標波動極大，烘干塔運行極不穩(wěn)定。由于受人為因素影響，時常發(fā)生烘干塔內(nèi)物料燃燒，甚至燒損尾氣除塵器濾帶等重大設備事故。根據(jù)DCS模擬量控制功能強大的特點，將烘干塔進風溫度采用由溫度信號引導電動執(zhí)行機構(gòu)進行線性控制，完全實現(xiàn)了烘干進風溫度的自動化控制。改造后，無論進風煙氣溫度如何變化，自動混風均能保證進口溫度始終處于設定的溫度區(qū)間，同時，加入了烘干塔出口溫度升高報警裝置，確保了尾風濾帶的安全運行。

3.3 爐前配料系統(tǒng)

爐前配料系統(tǒng)是整個電石爐生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的一個控制環(huán)節(jié)，主要的作用是將入爐原料中的生石灰和碳素料按照設定的比例和料量自動配制完成后，由爐面工根據(jù)需要，下指令添加入爐。其運行的穩(wěn)定性、連續(xù)性及其精準度對電石爐的生產(chǎn)影響都非常大。該環(huán)節(jié)主要的控制難點在于以某個指標值為控制基準，對電磁振動給料機的加料頻率進行控制，達到精準配料的目的。原PLC系統(tǒng)采用的是以石灰料量為基準的控制方式，該方式最大的缺陷在于以單一的基準指標值作控制一旦出現(xiàn)固定指標超差，就會導致自動方式停止。如以100 kg石灰為基準，按67%的配料比為控制值，原系統(tǒng)以石灰量為基準，慢加提前量為10 kg，正常配料情況下，當石灰加料至90 kg時，給料機由快加轉(zhuǎn)為慢加至100 kg停止，碳素料加至57 kg時，給料機由快加轉(zhuǎn)為慢加至67 kg停止，達到配比配料結(jié)束。但給料機加料利用的是電磁振動原理，加料的振動頻率是由設定的電磁線圈電壓確定的，不便于隨時更改，尤其在碳素料加料時，由于碳素料中的含水量、煤焦比等的變化，其給料的溜動速度會變化，時常形成投入的料量超過設定的基準值時，自動控制就會停止，必須由操作人員將配料方式轉(zhuǎn)為手動控制，配平后方能轉(zhuǎn)為自動。這一方式大大降低配料系統(tǒng)的自動化程度，影響配料精度和增加配料時間，對電石爐生產(chǎn)影響較大。鑒于此，在本次改造中，提出以雙基準值控制的方式來進行爐前配料。經(jīng)過實踐證明：（1）單批次投料量的數(shù)量誤差在20%以內(nèi)時，對電爐操作不構(gòu)成影響；（2）石灰在系統(tǒng)中需要破碎和篩分并且不含水分，所以，電振給料機加料時的溜動速度相對穩(wěn)定。于是，采用了以石灰基準料量和配料比結(jié)合的控制方式進行配料，例如，同樣以100 kg石灰為基準料量，配料比67%。如石灰量達到100 kg時，碳素料量應在67 kg時停止，此時，配料如果出現(xiàn)加料超差，碳素量達到了70 kg，配料比就是70%，超過了工藝要求，這時，系統(tǒng)會以慢加料的方式自動添加石灰的量至105 kg，從而滿足67%的配料比。 這一配料方式大大提高了配料的自動化程度、配料精準度和配料速度。

3.4 下料系統(tǒng)

原系統(tǒng)下料控制采用的是旋鈕開關(guān)控制下料閥的方式，這種方式相對簡單，但操作人員在下料的同時尚需耙平入爐料，在下料和耙料的同時，往往會忘記關(guān)閉下料閥或提前關(guān)閉下料閥，出現(xiàn)下料不徹底的情況，會產(chǎn)生如下問題：第一，下料完畢后，不及時關(guān)閉下料閥，下料管就會發(fā)生煙囪效應，將爐內(nèi)的高溫煙氣抽到配料室，造成環(huán)境污染甚至損壞設備；第二，所配料未按批次放完就關(guān)閉下料閥，會導致偏料，造成配料比不準，影響電爐操作。對此，采用了現(xiàn)場一鍵指令全自動下料：需要下料時，現(xiàn)場操作員只需將對應料管的現(xiàn)場按鈕按動一下，系統(tǒng)就會自動打開下料閥，啟動下料皮帶機，待本批次料下完后，自動關(guān)閉下料閥，開始重新配料。這一控制方式大大減輕了操作者的勞動強度，并確保了配比的精準度和設備運行的安全。

4 問題和不足

DCS系統(tǒng)較原來的PLC系統(tǒng)確實有很多優(yōu)勢，但在電氣控制上的應用也存在一些不足和缺陷。（1）DCS系統(tǒng)的響應速度不及PLC系統(tǒng)，在電氣開關(guān)量控制上略顯不足，比如在電極壓放過程中控制壓放油缸升、降的按鈕，用鼠標點擊后的控制響應速度較PLC系統(tǒng)明顯低；（2）電氣運行參數(shù)的測量和計量上誤差較大。由于電氣參數(shù)變送裝置的采集方式繁瑣、采集線路較長、換算過程復雜，在對有功功率、有功電量、無功功率、無功電量、功率因數(shù)等電氣參數(shù)進行測量和計量時與電氣儀表比較誤差較大，實用性不很強。

5 改造效果與展望

整個改造工程于2010年8月全面完成，雖然還存在一些不足，但改造項目整體上達到了預期的效果，不僅實現(xiàn)了電石生產(chǎn)從原料制備到電爐生產(chǎn)全流程的運行狀況監(jiān)視和控制，而且能夠進行歷史記錄查詢、報表自動生成等。該項目的改造成功標志著電石生產(chǎn)裝置的控制技術(shù)上了一個新的臺階，此次DCS在20 000 kVA內(nèi)燃式電石爐上的應用改造工程，在貴州省的電石生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)尚屬首次，不僅提高了現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定、高效運行，同時也為發(fā)展大型密閉電石爐總結(jié)了寶貴的經(jīng)驗。