DCS在焙烧系统中的使用优势

董宏观

摘 要：在铝用阴极及阳极炭素焙烧中DCS系统的应用优势。

关键词： DCS；开放稳定的通讯；鲁棒性；可变控制参数；智能化I/O

1 引言

在铝用阳极的生产中，焙烧成品的质量在很大程度上取决于焙烧过程中升温曲线的控制。铝用炭素焙烧炉的控制上有：

（1）控制参数的变化范围比较大，受到炉室状态、负压、燃料、炭素制品的配方及生产辅料等外在的制约因素较多；

（2）控制稳定性要求较高燃烧控制协调不易掌握，任何不当的设备故障或是结果的变化易导致因控制不好而直接导致一批次产品质量变化或是严重的事故，经济损失直接且巨大。

所以在炉室温度的控制上要求系统有较强的鲁棒性、可靠性、实时性及精确性的要求，从而作到精确控制阳极焙烧生产中的升温曲线、提高产品质量、提高产品成品率、降低能耗、降低操作人员劳动强度、减少排除烟气对环境的污染。

2 设备概况

洛阳新安电力集团炭素有限公司及石墨制品有限公司均使用了由中国铝业贵阳铝镁设计研究院设计制造的炭素焙烧炉燃烧控制系统，该系统有现场燃烧控制、负压控制、温度压力检测、通讯系统及中央监控系统组成，使用的控制器是美国的Honeywell公司的HC900型DCS，现场监控设备是Honeywell公司的559 T4和HC 105两种操作屏。

控制系统采用开放式结构及智能通用模块化的分散式控制系统，由高速实时数据网络、人机接口站和分散处理单元三大部分组成，可以实现实时数据采集、PID过程控制、顺序控制、报警、监视、操作，同时可对数据进行记录、统计、显示打印等处理。高速实时数据通信网络在整个DCS控制系统中起着重要的作用，它由六台交换机分别连接着52台炉室、现场人机接口站和分散处理单元，并与上位机相互连接着，完成各种控制信息在网络上的传送功能。

整个DCS控制系统由1台工程师站、1台操作员站和12个控制柜组成（每套系统4个）。1个控制柜由为1个独立CPU、数个信号I/O模块、电源柜和网络通信。分散独立的CPU 结构能过保证系统将中央控制的风险降至最低，同时通过通信处理模块连接各种I/O模板，确保整个监控系统数据的实时性。两台上位机通过以太网冗余，当一台上位机出现故障后不影响另一台上位机对现场数据的采集、控制。

网络通信中使用的是Modbus TCP/IP协议，作为一个稳定且公开的通讯方式方便维护人员在正常生产中的维护，确保实时数据通信网络畅通。

3 顺序控制及联锁保护

焙烧炉炉面的保护较为简单主要是启动时的顺序控制及生产中的温度高低限、负压、燃气压力及升温速率联锁保护部分组成。温度的高低限是定义了燃料的燃点及炉室能承受的热负荷为准；负压是要保证燃料及后期的挥发份在炉内能够有足够的氧气来燃烧。

4 PID过程控制

作为以仪表的监测控制为主的DCS系统，在焙烧过程这样的非线性或时变的工艺条件下控制优势就充分的体现出来。

作为焙烧车间，由于控制参数的变化范围比较大，而且作为一种大型的工业炉必须保证它的升温速率在一个可承受的范围以内，以保证炉体的热负荷不致过高而影响炉室使用周期，而且在大型工业炉的温度控制存在一个较大的滞后效应，所以在这样的多可变参数条件下控制的鲁棒性就变得尤其重要，通过其强大的PID控制功能够在一个相对宽泛的参数变化下获得良好的控制品质，这主要是通过大比例带（P）的设置、收敛的阶跃响应、较小的稳态误差及准确实时的控制输出。（目前的任何控制方式在过度时变、耦合、参数和结构不确定的复杂过程中要获得完美的控制品质都有极大的困难）。

在半开放、生产温度高于1150度的工业炉，实际的生产过程中温度控制误差在2度以内。

5 小结

此套燃烧控制系统具有如下的优势：

（1）分层控制技术的应用，系统高效、安全。

（2）系统采用智能型I/O模块，可接入多种模拟信号，通用性高。I/O 层及现场层支持热插拔，系统检修及更换缺损部件时无需停机，极大地提高了系统连续运转的能力。

（3）人机界面友好，操作简单而直观。

（4）开放的通讯协议及设备的使用，降低维护费用。

（5）控制器的多种诊断与自诊断功能，使系统的故障诊断及定位十分简单快捷。

（6） 多级安全管理措施，详细的历史纪录数据记录功能，使系统的管理工作更加有效。

通过我公司4年的使用情况来看，本系统的工作稳定性、控制的准确性及维护的简易性得到了充分的证明。此外，该系统提高了焙烧车间的自动化程度、可实现在线控制、降低劳动强度、优化生产工艺、极大提高了劳动生产率。endprint