武麗霞

（中國有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113321）

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)在銅冶煉中的應(yīng)用

武麗霞

（中國有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113321）

基于底吹爐銅冶煉的必要性和可行性，整個(gè)系統(tǒng)采用了 DCS自動(dòng)控制裝置完成連續(xù)上料過程，構(gòu)成完善的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。底吹爐銅冶煉 DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)主要完成備料倉的給料、稱量、物料運(yùn)輸直至將銅精礦、煤粉、返料粉、石灰石、石英石等原料按照要求的給定比，瞬時(shí)送入底吹爐這一過程的自動(dòng)控制。本系統(tǒng)還完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流量、壓力、溫度、液位等測(cè)量點(diǎn)的監(jiān)測(cè)及調(diào)節(jié)閥的控制等。整個(gè)系統(tǒng)以西門子 PLC為核心控制，外增設(shè)相應(yīng)擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換及輸出等。組態(tài)軟件中，趨勢(shì)圖、報(bào)表等功能真實(shí)可靠，為出現(xiàn)故障時(shí)快速、準(zhǔn)確分析原因提供了有力依據(jù)?；?DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)之下，多處運(yùn)用變頻技術(shù)，節(jié)約了能源，同時(shí)，自動(dòng)化水平的提高，減少了人力資源，降低了運(yùn)行成本，為生產(chǎn)的安全運(yùn)行提供了保障。

自動(dòng)控制；檢測(cè)裝置；調(diào)節(jié)閥；置位

伴隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，我國的銅冶煉生產(chǎn)經(jīng)歷了很大的變化，目前銅冶煉控制過程正處在向完全自動(dòng)化邁進(jìn)的新時(shí)期。鑒于我公司改造后銅冶煉方式的改變，我們采用了全新的 DCS集散控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)粗銅冶煉的控制。整個(gè)銅冶煉 DCS控制系統(tǒng)由 3個(gè)主要部分組成，上位機(jī)、下位機(jī) Siemens S7-300、現(xiàn)場(chǎng)傳感器與執(zhí)行部件等。其主要功能有：實(shí)現(xiàn)對(duì)銅精礦、煤粉、石英石、石灰石、返料粉等原料的自動(dòng)上料過程控制。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了原料自動(dòng)上料，閥門自動(dòng)調(diào)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、流量等信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中原料自動(dòng)上料過程控制是整個(gè)自動(dòng)控制的核心。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)硬件

銅冶煉DCS控制系統(tǒng)中有多個(gè)電機(jī)/泵、調(diào)節(jié)閥、流量、溫度、壓力測(cè)量元件等，它們分散分布在設(shè)備的不同位置，要求計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、控制或調(diào)節(jié)。

其中上位機(jī)選用 Dell工控機(jī)，內(nèi)置西門子通訊卡。上位機(jī)與下位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和操作。

下位機(jī)選用 S7-315 2DP PLC和溫度模塊，模擬量、數(shù)字量輸入 /輸出模塊，通過 CP343與上位機(jī)連接，S7-315 2DP PLC具有簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，如果控制任務(wù)增加時(shí)可自由擴(kuò)展。下位機(jī) PLC實(shí)現(xiàn)整個(gè)銅冶煉自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，邏輯控制與自動(dòng)控制并調(diào)節(jié)的功能。

銅冶煉自動(dòng)控制系統(tǒng)配備了上料皮帶機(jī)、變頻器和調(diào)節(jié)閥等控制裝置和稱重傳感器、浮子流量計(jì)、熱電阻、熱電偶、壓力變送器、氧濃分析儀等檢測(cè)裝置。通過傳感器采樣現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，提供計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)變頻器、閥門等的控制調(diào)節(jié)功能。

1.2 系統(tǒng)軟件

軟件編程分為上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。它們?cè)谙到y(tǒng)中具有不同的功能但卻有著同樣重要的作用。

由于上料控制過程對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，而上位機(jī)和下位機(jī)通訊距離較遠(yuǎn)，通訊較慢且容易受到干擾，所以把更多的控制功能放在了下位機(jī)。本系統(tǒng)下位機(jī)采用Siemens S7-300編寫的 PLC程序，實(shí)現(xiàn)冶煉系統(tǒng)控制層的功能，如手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換，邏輯控制與 PID調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)采集與調(diào)控輸出功能等。這部分的程序采用模塊化設(shè)計(jì)。其中主體程序 OB1塊程序如下：

上位機(jī)的組態(tài)軟件同樣可以執(zhí)行一定的控制功能，其優(yōu)點(diǎn)在于腳本編寫更容易，能充分發(fā)揮自身系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)上位機(jī)以 windows XP 為系統(tǒng)平臺(tái)，用力控科技軟件集成。為了能及時(shí)、準(zhǔn)確地采集、存儲(chǔ)和顯示數(shù)據(jù)，更好地掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況，方便、準(zhǔn)確地實(shí)施運(yùn)行控制，在上位機(jī)軟件中建立了熔煉系統(tǒng)圖、備料系統(tǒng)圖、電熱前床、報(bào)警記錄、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)報(bào)表等畫面，其中，熔煉系統(tǒng)和備料系統(tǒng)是整個(gè)自動(dòng)控制的關(guān)鍵。上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)全部上料皮帶的運(yùn)行監(jiān)控，純氧及保護(hù)風(fēng)入爐流量、壓力、調(diào)節(jié)閥的監(jiān)測(cè)，循環(huán)水流量、壓力及煙氣溫度的監(jiān)測(cè)等，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警記錄、數(shù)據(jù)、報(bào)表及參數(shù)設(shè)置等。

2 主要監(jiān)控功能

2.1 工藝流程

銅冶煉所需物料共五種，包括銅精粉、煤粉、返料粉、石灰石、石英石，這五種物料分別通過六個(gè)計(jì)量皮帶計(jì)量。除此之外，還包括四條上料皮帶，通過上料皮帶，將物料送至底吹爐下料口中。

熔煉系統(tǒng)是進(jìn)行銅冶煉的主要系統(tǒng)，主要包括底吹爐和送風(fēng)系統(tǒng)，物料在底吹爐中進(jìn)行冶煉，制氧站及螺桿風(fēng)機(jī)送入底吹爐中的助燃風(fēng)經(jīng)閥門由氧槍進(jìn)入爐內(nèi)，為了準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)入爐氧量及判斷氧槍使用狀況，在每一條送風(fēng)管路中，都增設(shè)流量、壓力變送器，同時(shí)在管路中加裝調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)風(fēng)量，此外，也可查詢?nèi)蹮捤到y(tǒng)、熔煉各數(shù)據(jù)曲線及氧槍各數(shù)據(jù)報(bào)表。

2.2 PLC上料過程控制

自動(dòng)上料過程控制由 PLC中程序完成，程序控制過程如下：（1）當(dāng)在備料系統(tǒng)界面中點(diǎn)擊“給料開車預(yù)告”按鈕后，程序中內(nèi)部輔助繼時(shí)器 M1777.7通電置位，常開點(diǎn)閉合，繼電器 T10延時(shí) 10S，10S之后，M1777.7繼電器復(fù)位，同時(shí)“給料預(yù)告置位”復(fù)位。（2）當(dāng)按下“系統(tǒng)正常開車”按鈕后，備料和熔煉9.5米事故急停開關(guān)未按下的情況下，在下位程序中，M25.5、M29.0輔 助 繼 電 器 復(fù) 位，M15.0取 0至 1時(shí)的上升沿，系統(tǒng)正常開車顯示（DB2.DBX15.1）置位，即電腦桌面上顯示系統(tǒng)正常開車。（3）備料所有計(jì)量皮帶和上料皮帶轉(zhuǎn)換開關(guān)均打到“遠(yuǎn)程”，即程序中M2.1繼電器通 電，常開 點(diǎn) 閉 合，M2.2-M2.7繼 電 器斷電，取其常閉點(diǎn)與 M2.1常開點(diǎn)串聯(lián)后，使“自動(dòng)開車時(shí)備料車間做好準(zhǔn)備開車條件”即 DB2.DBX14.7點(diǎn)置位接通，使熔煉允許備料開車啟動(dòng)標(biāo)志置位。（4）熔煉允許備料開車啟動(dòng)標(biāo)志置位，同時(shí) KX11急停按鈕復(fù)位，3#皮帶打開“遠(yuǎn)程”，3#皮帶啟動(dòng)，3#皮帶啟動(dòng)后，將其運(yùn)行反饋點(diǎn)串到2#皮帶啟動(dòng)條件中，延時(shí) 3S后，2#皮帶啟動(dòng)，然后啟動(dòng) 1#皮帶，1#皮帶啟動(dòng)延時(shí) 3S后，啟動(dòng) 0#皮帶，然后啟動(dòng)計(jì)量皮帶。（5）按下畫面中“系統(tǒng)正常停車按鈕”，使點(diǎn) DB2. DBX15.2置位，底吹爐中“工作位”或既不在工作位也不在事故位時(shí)，M22.5通電，通電后取其常開點(diǎn)，同時(shí)總料值≤ 0.5T時(shí)，延時(shí) 10S，M16.0取上長(zhǎng)沿，使熔煉允許備料開啟啟動(dòng)標(biāo)志“復(fù)位”（即停車）。（6）在“系統(tǒng)故障停車顯示”復(fù)位的情況下，有三種方式進(jìn)行系統(tǒng)急停車，一是按下畫面中“系統(tǒng)急停車”按鈕，二是當(dāng)?shù)状倒收吓c備料開車聯(lián)鎖時(shí)，底吹爐系統(tǒng)故障 DB2.DBX5.3置位。三是按下 DX11中事故急停開關(guān)或 KX12中事故急停開關(guān)。

在整個(gè)自動(dòng)控制過程中，子程序多，控制過程繁瑣，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備任一點(diǎn)出現(xiàn)問題都可能使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

3 DCS動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中容易忽略的問題

我們?cè)诎惭b調(diào)節(jié)閥門時(shí)曾遇到這樣一種情況，調(diào)節(jié)閥門本身無故障，輸入到DCS系統(tǒng)中的信號(hào)也正常，但是通過操作系統(tǒng)控制閥門時(shí)沒有響應(yīng)。后經(jīng)反復(fù)調(diào)試找到原因。原因主要是由于DCS中模塊的電源接地線直接接至大地，而電動(dòng)閥門的地線不接地，導(dǎo)致電源失衡使得閥門不能正常動(dòng)作。加裝隔離器后DCS的電源浮空，與接地一致，再將四線制輸入模塊公共端接地后閥門正常動(dòng)作。

由于整個(gè)系統(tǒng)控制系統(tǒng)屬于連續(xù)上料過程，涉及元器件較多，某一個(gè)小元件損壞都可能使整個(gè)系統(tǒng)停車，這就要求維修人員在日常維護(hù)過程中一定要認(rèn)真負(fù)責(zé)。一次由于原料系統(tǒng)DO模塊送電保險(xiǎn)絲損壞造成 DO模塊無輸出，使整個(gè)系統(tǒng)停車。還有一次主控工人反應(yīng)上料畫面中置數(shù)無響應(yīng)，但反饋能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)由于原料 PLC到交換機(jī)光纖折損，部分網(wǎng)格數(shù)據(jù)連不上，使一些操作不能進(jìn)行，但通過雙絞線的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)正常，后經(jīng)修復(fù)光纖后故障排除。

在設(shè)備運(yùn)行過程中突然發(fā)生故障時(shí)，操作人員的故障現(xiàn)象觀察能力對(duì)工程技術(shù)人員判斷故障發(fā)生點(diǎn)有著非常重要的作用，這就要求運(yùn)轉(zhuǎn)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制過程十分熟悉。一次調(diào)度通知系統(tǒng)故障突然停車，但運(yùn)轉(zhuǎn)人員描述不清停車狀況，皮帶上布滿物料又不符合開車試驗(yàn)條件，故障點(diǎn)確定非常困難，后經(jīng)證實(shí)是計(jì)量皮帶先停，然后上料皮帶停車，由此可以馬上確定故障原因是上料皮帶反饋點(diǎn)無輸出，使計(jì)量皮帶停車，后經(jīng)查上料皮帶柜空開跳閘，使系統(tǒng)停車。

底吹爐銅冶煉是連續(xù)上料過程，系統(tǒng)突然出現(xiàn)故障停車，必須馬上修復(fù)，所以說維修人員不但要了解現(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)元器件的功能、位置、還要掌握控制原理及過程，同時(shí)還需要現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)人員的緊密配合。

4 結(jié)語

DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)在銅冶煉中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了集中控制，分散管理，安全性、可靠性大大提高，有利于更高一級(jí)的控制。模塊多樣，可以任意增減監(jiān)控點(diǎn)，充分體現(xiàn)了控制過程的靈活性和護(hù)展性。本控制系統(tǒng)中，多處運(yùn)用變頻技術(shù)，同時(shí)減少了人力資源，大大節(jié)約了能源，降低了運(yùn)行成本。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，此系統(tǒng)控制效果良好，自動(dòng)化水平較高，易于操作，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。

TP273

A

1671-0711（2017）07（下）-0158-02