王久安

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

?

經(jīng) 驗(yàn) 交 流

DCS在石灰石上料系統(tǒng)的應(yīng)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(tǒng)中的應(yīng)用方案以及各項(xiàng)完善的監(jiān)控功能。

DCS；上料系統(tǒng)；應(yīng)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(chǎn)能力和優(yōu)化各項(xiàng)指標(biāo)，改善職工的勞動強(qiáng)度和工作環(huán)境，公司已于2006年率先對灰窯工段進(jìn)行了DCS改造，采用了當(dāng)時和利時公司最先進(jìn)的MACSV組態(tài)軟件、PROFIBUS總線和成熟的先進(jìn)控制算法，各個環(huán)節(jié)均冗余配置，可靠性強(qiáng)，可以完成實(shí)時數(shù)據(jù)采集、動態(tài)數(shù)據(jù)顯示、過程自動控制、順序控制、報(bào)警檢測、監(jiān)視、操作，還具有對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、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(lián)鎖控制系統(tǒng)，為了提高石段上料系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動化水平，我公司于2015年對石段上料系統(tǒng)增加了DCS控制系統(tǒng)。

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(jī)，經(jīng)3#輸送機(jī)送至篩分樓頂部，焦炭(白煤)不經(jīng)過振動篩，石灰石經(jīng)手動換向三通進(jìn)入雙層振動篩過篩，篩下小于25 mm粒度的碎石進(jìn)入碎石倉，定時用汽車運(yùn)往碎石場。篩上粒度合格的石灰石或不過篩的焦炭(白煤)經(jīng)4#輸送機(jī)經(jīng)電子皮帶秤計(jì)量后送至各料倉頂部，由電動卸料車分別卸入16個料倉內(nèi)。

圖1 石段上料系統(tǒng)流程圖

2 改造的必要性

1)4#崗位于18.5 m高的平臺，在風(fēng)向不好的情況下CO容易聚集，曾發(fā)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(shè)備聯(lián)鎖靠電氣聯(lián)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(fù)荷過大時缺乏有效的預(yù)警系統(tǒng)，容易造成3#皮帶過載、重載停車等事故，對3#、4#皮帶的穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大的影響。

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

4)石倉沒有料位計(jì)完全靠人工用手電照，憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)上料量，有時出現(xiàn)冒倉或不足。

3 方案的選擇

3.1 系統(tǒng)要求

本系統(tǒng)是我公司和浙大中控共同研發(fā)的項(xiàng)目，其主要任務(wù)是對工藝參數(shù)進(jìn)行連續(xù)自動檢測、控制并對電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、聯(lián)鎖，同時分別提供OPC接口與生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸；提供Profibus-DP總線通訊接口，實(shí)現(xiàn)與卸料小車定位系統(tǒng)之間的通訊，并控制卸料小車的運(yùn)行。

3.2 項(xiàng)目組成部分

本項(xiàng)目主要由三部分組成：

1)實(shí)現(xiàn)石段各電氣設(shè)備、料倉料位、皮帶秤等現(xiàn)場設(shè)備、工藝參數(shù)的集中控制，增加一套DCS，設(shè)立2個控制站，分別放置于1#崗和4#崗；設(shè)立1個工程師站和1個操作站，操作室位于1#崗，實(shí)現(xiàn)各電氣設(shè)備停車、聯(lián)鎖等功能；

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

3)各皮帶、料倉口的視頻監(jiān)控,增加4#皮帶及料倉口共11個網(wǎng)絡(luò)攝像頭，改造現(xiàn)有3#、4#皮帶上5個攝像頭為網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(xiàn)有1#崗硬盤錄像機(jī)并增加一臺電視顯示和存儲0#、1#和2#皮帶的7個畫面。經(jīng)過對現(xiàn)有生產(chǎn)網(wǎng)的組態(tài)，將此項(xiàng)目所涉及到的工藝參數(shù)經(jīng)專用通訊接口連接到生產(chǎn)網(wǎng)。

表1 總測點(diǎn)數(shù)量

3.3 定位系統(tǒng)選擇

在4#皮帶的卸料小車增加一套遙控定位系統(tǒng)，此定位系統(tǒng)采用紅外測距原理，即發(fā)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(shí)時監(jiān)控到卸料小車的位置，將位置信號引入DCS系統(tǒng)，這樣可以根據(jù)料倉的位置自動判斷、選擇倉位，完全可以避免混倉現(xiàn)象的發(fā)生，同時能夠根據(jù)隨時監(jiān)控到的小車位置判斷是否正確，可以避免“跑車”現(xiàn)象發(fā)生。定位精度可以選擇，可靠性較強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，故障率很低，相關(guān)產(chǎn)品在我車間的裝卸橋的給料機(jī)與皮帶機(jī)遙控聯(lián)鎖使用已經(jīng)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(jù)自己的位置自動判定正反轉(zhuǎn)，到位后自動停車。

圖2 卸料小車行程開關(guān)控制方案

3.4 料倉控制程序要求

各料倉加裝雷達(dá)料位計(jì)，根據(jù)各倉檢測到的實(shí)時料位，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)(或經(jīng)實(shí)測)，設(shè)定數(shù)學(xué)模型計(jì)算出各倉需要上料的量，同時再結(jié)合電子皮帶秤的計(jì)量數(shù)據(jù)，可以提前控制1#、2#皮帶機(jī)的料量；通過上下限位的數(shù)值的設(shè)定(操作員設(shè)定權(quán)限)不僅可以避免冒倉、空倉現(xiàn)象的發(fā)生，也可以避免關(guān)鍵皮帶的帶載停車。同時與灰窯上料系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即每個倉通過電子皮帶秤的計(jì)量的石灰石(或燃料)數(shù)值(即輸入量)，與灰窯工序各窯實(shí)際上石量(即輸出量)進(jìn)行比對，如果計(jì)算出輸入與輸出之間的差值，與通過料位計(jì)反算值相同(稱量誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為一致)數(shù)據(jù)可信，如果數(shù)據(jù)差值過大時，發(fā)出警示，進(jìn)行人工干預(yù)。

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(tǒng)控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)就是小車定位系統(tǒng)：定位的準(zhǔn)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(fā)現(xiàn)等，將關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。因此除了采用可靠的激光定位系統(tǒng)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(jù)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(shè)定上料順序；

3)當(dāng)倉的料位實(shí)際值高于設(shè)定值時，不能上料，自動跳到下一個倉；

4)在倒倉過程中當(dāng)上料量達(dá)到料位的設(shè)定值時，1#、2#皮帶停車，同時0#～5#給料機(jī)聯(lián)鎖停車；

5)倒倉時小車開始移動的信號取皮帶秤低于設(shè)定數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)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(shè)定數(shù)據(jù)(具體數(shù)據(jù)可調(diào))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(jī)開始上料；

7)每個倉設(shè)定一個上料量的上限(具體數(shù)據(jù)可調(diào))，當(dāng)這個倉上料時，開始計(jì)量，到達(dá)累計(jì)值時1#、2#皮帶停車，做一個程序保護(hù)，防止冒倉。

5 設(shè)計(jì)過程中注意事項(xiàng)

1)由于現(xiàn)場環(huán)境腐蝕情況較嚴(yán)重,故本次設(shè)計(jì)采用復(fù)合環(huán)氧樹脂防腐阻燃電纜橋架。橋架的跨度應(yīng)盡量以現(xiàn)場梁間跨度訂購。電纜敷設(shè)由施工單位本著避開高溫，避免機(jī)械損傷，不影響交通及整齊美觀的原則進(jìn)行施工。安裝時可根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

2)橋架的所有附件，包括壓蓋板、內(nèi)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(hù)管或橋架在穿越墻壁后要密封其進(jìn)出口。

4)電纜在進(jìn)入電纜橋架前均穿管敷設(shè)，并盡量借助工藝管架或沿墻壁敷設(shè)。

6 改造后系統(tǒng)的先進(jìn)性

1)具有完善的人機(jī)界面操作系統(tǒng)，每個操作站界面包含所有參數(shù)及設(shè)備的停止和運(yùn)行狀態(tài)顯示。各種參數(shù)曲線可供操作人員隨時掌握系統(tǒng)整體的運(yùn)行狀態(tài)?？蛇M(jìn)行參數(shù)顯示、修改、設(shè)定，可以方便調(diào)用各操作畫面、歷史曲線、實(shí)時曲線等，各種報(bào)表、曲線等要有定時打印或定制打印任務(wù)功能。

2)具有強(qiáng)大報(bào)警功能。報(bào)警模板包括實(shí)時報(bào)警和總結(jié)報(bào)警，在總結(jié)報(bào)警畫面可顯示規(guī)定時間內(nèi)的所有報(bào)警記錄，便于分析故障原因，查找事故責(zé)任人。采用語音報(bào)警器，當(dāng)出現(xiàn)故障時，可用語音直接準(zhǔn)確說出故障點(diǎn)的位置、內(nèi)容，同時報(bào)警內(nèi)容閃爍，以便操作人員可及時準(zhǔn)確到達(dá)現(xiàn)場處理故障。

7 結(jié) 語

自石段工序投用DCS控制系統(tǒng)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，其中小車的自動倒倉程序，是我公司又一創(chuàng)新亮點(diǎn)。提高了系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)事故的處理能力， 同時減輕了職工的勞動強(qiáng)度，改善了職工的作業(yè)環(huán)境。

[1] 于長官.現(xiàn)代控制理論[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009

[2] 李紅萍，楊柳春.工程組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005

TQ056.2

B

1005-8370(2016)01-31-03

2015-07-24

王久安(1986—)，大學(xué)本科，石灰車間工藝技術(shù)員，曾獲得1項(xiàng)國家實(shí)用新型專利成果。