董宏觀

（萬基控股集團(tuán) 洛陽炭素有限公司,河南 新安 471832）

1 引言

在鋁用陽極的生產(chǎn)中，焙燒成品的質(zhì)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(shù)的變化范圍比較大，受到爐室狀態(tài)、負(fù)壓、燃料、炭素制品的配方及生產(chǎn)輔料等外在的制約因素較多；

（2）控制穩(wěn)定性要求較高燃燒控制協(xié)調(diào)不易掌握，任何不當(dāng)?shù)脑O(shè)備故障或是結(jié)果的變化易導(dǎo)致因控制不好而直接導(dǎo)致一批次產(chǎn)品質(zhì)量變化或是嚴(yán)重的事故，經(jīng)濟(jì)損失直接且巨大。

所以在爐室溫度的控制上要求系統(tǒng)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(chǎn)中的升溫曲線、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)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(huán)境的污染。

2 設(shè)備概況

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

控制系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)及智能通用模塊化的分散式控制系統(tǒng)，由高速實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、人機接口站和分散處理單元三大部分組成，可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、PID過程控制、順序控制、報警、監(jiān)視、操作，同時可對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計、顯示打印等處理。高速實時數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)在整個DCS控制系統(tǒng)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)上的傳送功能。

整個DCS控制系統(tǒng)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(tǒng)4個）。1個控制柜由為1個獨立CPU、數(shù)個信號I/O模塊、電源柜和網(wǎng)絡(luò)通信。分散獨立的CPU 結(jié)構(gòu)能過保證系統(tǒng)將中央控制的風(fēng)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(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性。兩臺上位機通過以太網(wǎng)冗余，當(dāng)一臺上位機出現(xiàn)故障后不影響另一臺上位機對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、控制。

網(wǎng)絡(luò)通信中使用的是Modbus TCP/IP協(xié)議，作為一個穩(wěn)定且公開的通訊方式方便維護(hù)人員在正常生產(chǎn)中的維護(hù)，確保實時數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)暢通。

3 順序控制及聯(lián)鎖保護(hù)

焙燒爐爐面的保護(hù)較為簡單主要是啟動時的順序控制及生產(chǎn)中的溫度高低限、負(fù)壓、燃?xì)鈮毫吧郎厮俾事?lián)鎖保護(hù)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(fù)荷為準(zhǔn)；負(fù)壓是要保證燃料及后期的揮發(fā)份在爐內(nèi)能夠有足夠的氧氣來燃燒。

4 PID過程控制

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

作為焙燒車間，由于控制參數(shù)的變化范圍比較大，而且作為一種大型的工業(yè)爐必須保證它的升溫速率在一個可承受的范圍以內(nèi)，以保證爐體的熱負(fù)荷不致過高而影響爐室使用周期，而且在大型工業(yè)爐的溫度控制存在一個較大的滯后效應(yīng)，所以在這樣的多可變參數(shù)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(shù)變化下獲得良好的控制品質(zhì)，這主要是通過大比例帶（P）的設(shè)置、收斂的階躍響應(yīng)、較小的穩(wěn)態(tài)誤差及準(zhǔn)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(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過程中要獲得完美的控制品質(zhì)都有極大的困難）。

在半開放、生產(chǎn)溫度高于1150度的工業(yè)爐，實際的生產(chǎn)過程中溫度控制誤差在2度以內(nèi)。

5 小結(jié)

此套燃燒控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)勢：

（1）分層控制技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)高效、安全。

（2）系統(tǒng)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(xiàn)場層支持熱插拔，系統(tǒng)檢修及更換缺損部件時無需停機，極大地提高了系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)的能力。

（3）人機界面友好，操作簡單而直觀。

（4）開放的通訊協(xié)議及設(shè)備的使用，降低維護(hù)費用。

（5）控制器的多種診斷與自診斷功能，使系統(tǒng)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(xì)的歷史紀(jì)錄數(shù)據(jù)記錄功能，使系統(tǒng)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(tǒng)的工作穩(wěn)定性、控制的準(zhǔn)確性及維護(hù)的簡易性得到了充分的證明。此外，該系統(tǒng)提高了焙燒車間的自動化程度、可實現(xiàn)在線控制、降低勞動強度、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、極大提高了勞動生產(chǎn)率。