基于JX-300XP的自动加焦控制系统

朱满州 任翠宏, 叶婷婷 雷军生 郑 爽 刘国柱 乔 鹏

(1.甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃 白银 730900；2.兰州理工大学电气工程与信息工程学院，兰州 730050)

基于JX-300XP的自动加焦控制系统

朱满州1任翠宏1,2叶婷婷1雷军生1郑 爽1刘国柱1乔 鹏2

(1.甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃 白银 730900；2.兰州理工大学电气工程与信息工程学院，兰州 730050)

提出了一种基于JX-300XP系统的水煤气制气工序中自动加焦的控制方案。介绍水煤气制气的工艺过程、JX-300XP系统的组成与功能，给出自动探焦的控制方案。实际应用结果表明：加入自动加焦机后，造气炉运行稳定，有效提高了生产效率、降低了能耗。

JX-300XP系统 自动加焦机 造气炉 探焦器

在水煤气制气过程中，传统的方法是采用加焦机、手动测量碳层、人工调节给煤时间的方式来控制碳层的。然而该测量调控方式极易受到人为因素(如测量不及时、读数不准及误报等)的影响，造成碳层、炉况波动，严重时还会导致炉况长周期不稳定，产品气质量降低[1]，消耗上升，甚至严重影响全厂的经济效益。因此，实现造气炉的自动加焦，对于稳定造气炉碳层、稳定炉况、节能降耗、降低成品气残次率具有重要意义。

浙大中控JX-300XP系统软件，基于中文Windows XP开发，用户界面友好，所有命令都化为形象直观的功能图标，只需用鼠标即可轻松完成操作，通过与操作员键盘的配合，可使控制系统的设计实现和生产过程的实时监控更加方便、快捷。

在此，笔者以JX-300XP系统为控制平台，制定一种造气炉自动加焦控制方案，实现造气炉的自动加焦、探焦、稳定长周期运行，提高产品气质量。

1 水煤气制气的工艺过程

本水煤气制气工段首次选用了河北省景县某机械厂最近成功研制出的造气炉固定碳层自动加焦机。该造气炉固定碳层自动加焦机由ZL型传统加焦机与碳层可调的自动加焦机相结合，当检测器检测到碳层高度后，将结果上传至控制器，由控制器调节每个循环加焦量，以达到恒定碳层高度和自动加焦的目的[2]。

整个水煤气制气过程为高碳层、短循环，因此温度波动小、气化层相对稳定，确保了气化强度、制气效率和产品气质量。一个循环周期包括6个步骤：吹风、蒸汽吹净、上吹制气、下吹制气、二次上吹制气和空气吹净。一个循环周期原则上为150s，实际生产中一般用135s。根据产量要求和碳层情况，每20～45个循环除渣一次。

2 JX-300XP系统

浙大中控JX-300XP系统，以近年来快速发展的通信技术、微电子技术为支点，充分将最新的信号处理技术、高速网络通信技术应用其中，使软件平台更加可靠。对于软件设计技术和现场总线技术，该系统采用高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，来提高DCS的整体功能和性能，并且对更广泛、更复杂的应用要求都能适应。因此，JX-300XP系统已成为一个全数字化、结构灵活、功能完善的开放式集散控制系统。

JX-300XP系统的基本组成包括工程师站、操作站、控制站和通信网络SCnet II。系统通过多功能计算机服务站和相应的应用软件Advantrol-PIMS或OPC接口实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络环境下的实时数据采集、实时流程查看、趋势浏览、报警记录查看、开关量变位记录查看及报表数据存储与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理和控制全集成综合自动化。

JX-300XP系统组态软件包括基本组态软件SCKey、流程图制作软件SCControl和报表制作软件SCForm；用于控制站编程的编程语言ST、梯形图软件SCLD、功能块图软件FBD及顺控软件SFC等。各功能软件之间通过对象链接与嵌入技术，动态地实现模块间各种数据和信息的通信、控制和管理[3]。

3 自动探焦控制方案

在水煤气制气工段中装配了河北某公司生产的造气炉自动探焦器，该探焦器利用中间二次仪表与DCS系统实现对现场实际碳层高度的按时、按需探测控制。

3.1探焦器工作原理

造气炉自动探焦器的现场部分由油压阀带动探焦部分进行探焦。探焦器二次仪表工作原理如图1所示，由DCS系统发出检测碳层高度的探焦信号，探焦器上有一个计数器，把探出的高度变成电信号并送到控制室的二次仪表，二次仪表再把信号转换为4～20mA信号送至DCS系统。自动探焦器方便了工艺监控人员的操作，并及时反馈碳层高度，极大地提高了生产效率、节约了成本。

图1 探焦器二次仪表工作原理

图1中，端子5、17、18接收现场信号，端子19、20把转换后的信号送至DCS系统显示，端子16、18接收DCS系统发出的信号，端子21、22输出220V(AC)电压控制现场电磁阀。二次仪表可在内部设定探焦量程和报警值。

3.2探焦控制方案

由于探焦器二次仪表没有直接控制功能，所以根据工艺需求，探焦控制功能全部由DCS系统实现。每4个循环周期后探焦一次，每次探焦都要在下吹阶段加完焦碳后完成。由于下吹时间有限，而加焦又是在下吹阶段完成，并且探焦器探焦时需要一定的时间，如果超出下吹阶段探焦就会出现安全问题。因此，本方案采用JX-300XP系统的流程图制作软件SCControl，用控制站的编程语言功能块图软件FBD实现逻辑控制，动态地实现模块间各种数据的控制、信息的交换和管理。加焦机探焦控制程序如图2所示。

图2 加焦机探焦控制程序

程序中，XHS06为循环计数，KV2116A为造气炉布料器开关量，LSV-21103A为流程画面按钮开关，LS-21103A为继电器输出。UINT_TO_INT模块的功能是将UINT型的输入值转换为INT数据类型；MOD_INT模块的功能是将输入值相除，并将余数赋给输出值；MUX_BOOL模块的功能是当K=0时将输入值IN1赋给输出值，当K=1时将输入值IN2赋给输出值，当K=n-1时将输入值INn赋给输出值；AND_BOOL模块的功能是将输入值进行逻辑与操作，并将结果赋给输出值；OR_BOOL模块的功能是将输入值进行逻辑或运算，并将结果赋给输出值，输入值的个数不限；SEL_BOOL模块的功能是当SW=OFF时将输入值IN1赋给输出值，当SW=ON时将输入值IN2赋给输出值；NOT_BOOL模块的功能是对BOOL型的输入取反，并将结果赋给输出值；TON模块的功能是当IN从OFF跳变为ON时，产生一个延时输出。

UINT_TO_INT模块将变量XHS06的数据类型转换为模块MOD_INT认定的数据类型，然后用循环数除以4求出余数(余数只能是1、2、3或0)，并把该余数值赋予模块MUX_BOOL中的K值，由K值判断该模块的输出，当循环数是4的倍数时输出为ON。

当KV2116A为OFF时，模块NOT_BOOL输出为ON，模块TON延时15s后输出ON；模块OR_BOOL的作用是当手动信号LSV-21103A开时，继电器LS-21103A输出，此时启动二次仪表进行探焦，约十多秒后完成探焦，时间严格控制在下吹阶段。

使用FBD语言编写的加焦机探焦控制程序可完成自动探焦过程，且随时进行手/自动控制的切换。

4 应用效果

对水煤气制气工段中造气炉在自动加焦机投运前、后的相关数据进行了统计，具体见表1。

表1 造气炉在自动加焦机投运前、后的数据对比

由表1可知，加焦机投运后造气炉有以下3方面的改善：

a. 有效制气时间延长，产量增加。采用手动加焦时，由停炉开盖到加焦完毕需5min左右，每个班单炉加焦24斗左右，全天72斗，其中下灰12～24次。采用自动加焦后，除下灰停炉外，加焦不停炉，全天可缩短停炉时间120min，相当于每台炉每天增加制气时间120min。

b. 炉温稳定。自动加焦控制方式消除了人工加焦时因不同操作习惯所引起的加焦偏差和碳层波动大的缺陷。该设备最大的特点是在自有设备的控制下，能够达到碳层的恒定可调，实现了真正意义上的自动加焦，使碳层稳定无波动、炉温稳定、上下行温度变化小。同时，炉况的稳定增加了单炉发气量，提高了有效气体成分，降低了灰渣残炭含量。

c. 加焦时无需开炉盖，炉内热量基本无损失。投用探焦器使造气炉固定碳层自动加焦机克服了ZL型传统加焦机炉膛中间气化阻力大、环境污染严重及无法全自动输煤等缺陷，达到了碳层高度恒定、气化阻力小、上行煤气温度波动小及加焦量可调等运行效果，实现了稳定炉况、改善操作环境和节能降耗的目的[4]。

5 结束语

笔者基于JX-300XP系统，设计了一套水煤气制气工序中自动加焦、探焦的控制方案。实际应用效果表明，加入加焦机实现自动加焦、探焦后，造气炉有效延长了制气时间，增加了产量，消除了人工加焦时因不同操作习惯所引起的加焦偏差和碳层波动大的缺陷，实现了稳定炉况、改善操作环境、可持续操作和节能降耗的目的。

[1] 张艳丽,赵永霞,李洪政.造气系统技术改造及效果[J].中氮肥,2010,(4):20～21.

[2] 刘捷.煤气发生炉生产自动控制改造研究[J].大众科技,2014,16(6):105～108.

[3] 鲍峰,陈飞燕,陈秀环,等.WebField JX-300XP教程[M].杭州:浙江中控技术股份有限公司,2009.

[4] 林青云,宴琦,蒋坤荣,等.Delta-V系统在多晶硅生产过程的应用[J].化工自动化及仪表,2012,39(4):544～546.

JX-300XP-basedControlSystemforAutomaticCoke-feedingMachine

ZHU Man-zhou1, REN Cui-hong1,2, YE Ting-ting1, LEI Jun-sheng1, ZHENG Shuang1, LIU Guo-zhu1, QIAO Peng2

(1.YinguangGroupGansuYinguangJuyinChemicalIndustryCo.,Ltd.,Baiyin730900,China;2.CollegeofElectricalEngineeringandInformationEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China)

A JX-300XP system-based control scheme for automatic coke-feeding operation in the water gas gasification process was proposed; and the process of water gas gasification, JX-300XP system’s composition and functions as well as the control scheme for coke measurement were presented. The application results show that the employment of the coke-feeding machine can stabilize the operation of gas-making furnace along with improved production efficiency and reduced energy consumption.

JX-300XP system, automatic coke-feeding machine, gas-making furnace, coke measurement device

2016-01-14(修改稿)

TH862

B

1000-3932(2016)08-0802-04