安全环保联锁技术在DCS控制系统中的应用

陶 明， 丁 旭， 后剑波

(云南锡业股份有限公司铜业分公司， 云南 个旧 661000)

安全环保联锁技术在DCS控制系统中的应用

陶 明， 丁 旭， 后剑波

(云南锡业股份有限公司铜业分公司， 云南 个旧 661000)

通过实时在线检测重要工艺参数及有关安全环保重要关键数据，监控生产工艺设备及安全环保设备运行状态，将安全环保联锁控制纳入已有横河DCS控制系统。实现了安全环保联锁控制在DCS控制系统的应用，提高了安全环保监控管理水平，为企业创造更好经济效益。

安全环保； 达标排放； DCS； 联锁控制； 编程组态

0 引言

环保在线监测设备(设施)主要布置在工艺烟气排放处，及污水处理工艺的关键检测位置点，主要检测有关排放物浓度含量、流量、压力、温度等参数，实现工艺参数检测监控，数据存储、报警、上传、上报等功能。与生产工艺自动控制系统联锁较少，一旦出现排放物超标情况，再来调整控制生产工艺参数为时已晚，在一定程度上会造成对环境的污染，给企业带来重大的经济损失和社会影响。

按国家有关规定新建、改建、扩建项目涉及危险装置的，必须同时设计、安装和使用相应的自动化控制及安全联锁装置。并要根据工艺装置的安全风险分析、风险级别和措施建议，充分考虑和设计重要参数的测量、控制、报警、自动联锁保护及紧急停车等自动化控制及安全联锁设施和措施。

将安全环保在线检测装置与先进的自动控制系统相联锁，可预先对重要的工艺控制参数进行预调整控制，关联安全环保有关重要数据指标，预先报警提示，必要时紧急联锁停车，紧急停止相关生产工序，确保排放物按环保指标要求排放，保证安全生产，避免发生人身、设备、环保事故，确保企业安全环保生产正常运行。本文以铜业分公司冶炼工艺为例，按照安全环保评价报告要求，利用生产工艺DCS控制系统，就安全环保技术改造在DCS控制系统的应用作相关探讨分析，以便满足安全生产，确保环保达标排放。

1 集散控制系统与安全环保检测装置

1.1 DCS装置配备情况

随着科学技术的不断提高、发展和普及，集散控制系统得到广泛的应用，在大型冶炼项目中，都配置有多套生产控制系统和多套生产工艺设备自动控制装置，公司DCS装置配备情况是：生产控制系统主要以横河DCS和西门子PLC为主，其作用是对铜冶炼生产工艺进行检测、控制、监示、记录等。其中多项配套项目都采用横河DCS系统，如氧气站、烟气制酸；电解系统主要采用西门子公司的S7- 300、S7- 400可编程控制器，部分大型成套设备如双圆盘浇铸机组、余热发电机组、阴极剥片机组等配套西门子公司的S7- 300可编程控制器。熔炼吹炼区域配套了1套横河VP系统和1套横河CS3000系统，氧气站区域和烟气制酸区域各配套了1套DCS控制系统，4套系统相互独立，均采用横河DCS系统。为了达到生产工艺操作层间的监控和数据上传要求，通过多项目配置工程，实现了4套横河DCS系统通信网络间的连接。

1.2 安全环保在线检测的装置

公司在烟气制酸脱硫工序配备一套在线检测装置，主要监测尾气烟囱排放的SO2浓度、NOx浓度、O2浓度、颗粒物浓度、及尾气温度和压力等，进行参数报警、记录存储、上传、形成报表等处理工作。

在环保脱硫排烟工序配备一套在线检测设备，监测环保排烟尾气烟囱的SO2排放浓度、NOx排放浓度、烟尘颗粒物排放浓度等，实现参数报警、记录存储、上传、形成报表等功能。

在生产工艺工序的危险区域安装有CO有毒气体检测探测器、低氧浓度探测器等几十套，防止发生有毒气体中毒、粉尘爆炸、氧气中毒等安全事故；以及按安全环保要求，为保证人身设备安全而设置的若干数量的检测控制设备设施，这些设备设施检测控制参数大多进入到DCS控制系统监控。

2 安全环保联锁技术改造控制方案

安全环保联锁技术改造控制方案要针对生产工艺特点来确定方案。从控制参数、控制点、安全控制工作原理、采用的逻辑控制单元、检测变送单元等方面综合论证，并要测试检验和调试安全环保联锁控制方案的运行效果，检验是否达到方案要求，并完善安全环保联锁控制方案，现结合实施完成的部分安全环保联锁控制方案作简介。

2.1 制酸环保尾气烟囱排放系统与DCS联锁控制

烟气制酸脱硫工序配备一套环保在线检测装置，监测尾气烟囱SO2排放浓度、NOx排放浓度、O2排放浓度、颗粒物排放浓度及尾气排放温度和压力，检测信号通过转换后由信号电缆接入横河DCS监示。通过工程技术人员对生产工艺综合分析，确定安全环保联锁控制方案：实时显示和严格监控转化器一层温度和环保在线SO2浓度，当排放烟气指标超过报警值时，监控电脑弹出报警画面，提醒操作员工加强工艺操作和及时调整相关控制参数，同时其报警信号传送到顶吹炉系统，联锁控制顶吹进料，杜绝烟气排放物超标排放。

2.1.1 安全环保联锁控制回路功能

烟囱尾气SO2排放浓度(仪表位号WPSO2)大于360 mg/m3时，在制酸控制室监控电脑弹出报警提醒画面，提醒操作工加强工艺操作控制，防止尾气SO2浓度超标。

烟囱尾气SO2排放浓度(WPSO2)大于400mg/m3，在制酸控制室监控电脑和顶吹炉控制室监控电脑弹出警告画面，警示操作员工注意监控，延时5 min后，联锁控制停止顶吹炉进料，紧急停止冶炼作业，严防烟囱尾气超标排放。

烟囱尾气SO2排放浓度超过仪表量程或环保在线检测设备出故障，检测信号不正常时，为防止超标排放，在制酸控制室和顶吹炉控制室监控电脑上弹出警告画面，警示操作员工注意监控，延时5 h后，自动联锁控制停止顶吹炉进料。

转化器一层入口上部温度(仪表位号TI3305A)大于418 ℃，且转化器一层入口下部温度(TI3305B)大于460 ℃时，延时5 min后，在制酸控制室和顶吹炉控制室监控电脑上弹出警告画面，再延时5 min后自动停止顶吹炉进料。

2.1.2 安全环保联锁控制逻辑

其有关安全环保联锁控制原理逻辑如下，联锁控制参数设定如图1所示。

图1 联锁控制参数设定图

联锁控制逻辑原理如图2所示。

2.1.3 控制报警画面

当烟囱尾气SO2排放浓度大于360 mg/m3时，触发事件开关(WPSO2-QH)，弹出报警提醒画面如图3所示。

当烟囱尾气SO2排放浓度大于400 mg/m3，或烟囱尾气SO2排放浓度超过仪表量程，检测信号不正常，或转化器一层入口上部温度小于418 ℃，同时下部温度小于460 ℃，时间超过5 min，触发事件开关WPSO2-400，弹出报警画面如图4示。

图2 联锁控制逻辑原理图

图3 报警提醒画面

图4 报警画面

同时将报警信号(WPSO2-400RL)，硬接线方式送到顶吹炉DCS系统。

2.1.4 安全环保联锁顶吹炉控制逻辑

熔炼DCS控制系统接收到报警开关信号(WPSO2-400RL)后，延时5 min后联锁自动控制停止吹炼炉17#和18#进料皮带，紧急停止吹炼炉进料；同时触发熔炼炉紧急开关(JLJT-RL)，以停止熔炼顶吹炉进料，确保烟气不超标排放。相关顶吹炉停止进料逻辑原理如图5所示。

完成上述编程组态后，对此联锁控制方案进行实际操作演习，确保可靠后投入运行。

2.2 粉煤制备工艺设备安全保护DCS联锁控制

在粉煤制备的生产过程中，周围环境粉尘浓度达到一定值时，会引发爆炸事故，造成人身伤害和设备的损坏，因此，保证有关设备的正常运行，可有效防止发生粉尘爆炸事故。在粉煤制备工序中，要保证引风机正常运行，确保立磨机出口管道压力为一定的负压。因此，粉煤制备工艺设备必须实施安全联锁控制保护，避免周围环境粉尘浓度超标，防止发生人身和设备事故。

图5 顶吹炉停止进料逻辑原理图

2.2.1 控制回路功能

(1)引风机正常运行时，若立磨机出口管压力大于-2 kPa，则立刻停止立磨机的运行。

(2)当引风机无正常运行信号时，停止粉煤引风机转速PID调节控制输出，其输出为零。

2.2.2 控制回路逻辑原理

立磨机出口管压力设定控制值模块如图6。

图6 立磨机出口管压力设定控制值模块

图7 立磨机安全联锁停机逻辑控制程序图

立磨机安全联锁停机逻辑控制程序如图7。

引风机因故障停止正常运行时，调节控制输出为零值逻辑原理如图8。

图8 调节控制输出为零值逻辑原理

在上面图6至图8中，各仪表位号含义如下：

FM-YFJ，粉煤引风机转速调节PID调节控制模块；

KA4-5859，粉煤引风机运行信号；

PT1904.PV，粉煤立磨机出口压力；

LMLS-DCS，DCS输出至立磨联锁控制信号。

在方案实施中，通过用最少的电缆接线实现DCS控制系统与立磨机相互联锁，用强大的DCS控制功能，达到了粉煤制备安全生产的效果，为企业效益做出了贡献。

3 结语

(1)将安全环保联锁控制与先进的DCS系统相结合是一种经济、先进、高效的实施方案，充分利用了DCS系统潜能，创造了一个和谐的安全生产环境，节约了安全生产投入的成本。

(2)严格遵守国家的有关安全、环保方面的法律法规，执行有关技术规定和标准，做好检测控制设备，逻辑编程组态，以及测试演习安全预案工作，确认方案可靠运行，满足安全环保要求。

(3)深入广泛分析对安全环保有重要影响的工艺控制参数，确定安全环保联锁技术方案，完善相关编程控制程序，并定期检测试验，确保长期安全生产。

(4)进一步检测原DCS控制系统中有关安全环保联锁控制程序，检验其可靠性，保证设备安全运行，防止发生人身和设备事故，促进安全文明生产。

Application of safety and environmental protection interlocking technology in DCS control system

TAO Ming, DING Xu, HOU Jian-bo

The safety and environmental protection interlocking control system was applied in DCS control system of Henghe, through real-time on-line detection of important process parameters and key data about safety and environmental protection, monitoring production process equipment, safety and environmental protection equipment running status. The application of safety and environmental protection interlocking control in DCS control system is realized which can improve the management level of safety and environmental protection, also can create better economic benefits for enterprise.

safety and environmental protection; standard discharge; DCS; interlocking control; programming configuration

陶明(1962—)，男，高级工程师，云南个旧人，主要从事仪表控制工作。

2015-12-25

TF811; TP273

B

1672-6103(2016)02-0041-04