DCS在石灰石上料系统的应用

王久安

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)



经 验 交 流

DCS在石灰石上料系统的应用

王久安

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

着重介绍了DCS在石灰石上料系统中的应用方案以及各项完善的监控功能。

DCS；上料系统；应用；功能；控制

石灰车间为氨碱法制碱过程提供石灰乳与二氧化碳。石灰车间分为灰窑工段和石灰石上料工段(简称石段)。为了提高石灰窑生产能力和优化各项指标，改善职工的劳动强度和工作环境，公司已于2006年率先对灰窑工段进行了DCS改造，采用了当时和利时公司最先进的MACSV组态软件、PROFIBUS总线和成熟的先进控制算法，各个环节均冗余配置，可靠性强，可以完成实时数据采集、动态数据显示、过程自动控制、顺序控制、报警检测、监视、操作，还具有对数据进行记录、统计、显示、打印等功能，具有较佳的性价比。但石段一直沿用落后的电器联锁控制系统，为了提高石段上料系统的稳定性和自动化水平，我公司于2015年对石段上料系统增加了DCS控制系统。

1 工艺流程介绍

石灰石和焦炭(白煤)卸入料场后，由装卸桥抓至1#或2#输送机，经3#输送机送至筛分楼顶部，焦炭(白煤)不经过振动筛，石灰石经手动换向三通进入双层振动筛过筛，筛下小于25 mm粒度的碎石进入碎石仓，定时用汽车运往碎石场。筛上粒度合格的石灰石或不过筛的焦炭(白煤)经4#输送机经电子皮带秤计量后送至各料仓顶部，由电动卸料车分别卸入16个料仓内。

图1 石段上料系统流程图

2 改造的必要性

1)4#岗位于18.5 m高的平台，在风向不好的情况下CO容易聚集，曾发生几起操作人员CO中毒事故，给职工的身体造成一定的影响。

2)各种设备联锁靠电气联锁，同时缺少有效的历史记录(电流值、上料量等)对事故分析及查找原因不利。尤其是负荷过大时缺乏有效的预警系统，容易造成3#皮带过载、重载停车等事故，对3#、4#皮带的稳定运行带来很大的影响。

3)卸料小车停车位置由操作工现场控制，不仅方式落后，而且有时会出现混仓、冒仓现象，而且现场噪音、粉尘大。

4)石仓没有料位计完全靠人工用手电照，凭经验估计上料量，有时出现冒仓或不足。

3 方案的选择

3.1 系统要求

本系统是我公司和浙大中控共同研发的项目，其主要任务是对工艺参数进行连续自动检测、控制并对电气设备进行监控、联锁，同时分别提供OPC接口与生产运行调度系统进行通讯，实现生产数据实时传输；提供Profibus-DP总线通讯接口，实现与卸料小车定位系统之间的通讯，并控制卸料小车的运行。

3.2 项目组成部分

本项目主要由三部分组成：

1)实现石段各电气设备、料仓料位、皮带秤等现场设备、工艺参数的集中控制，增加一套DCS，设立2个控制站，分别放置于1#岗和4#岗；设立1个工程师站和1个操作站，操作室位于1#岗，实现各电气设备停车、联锁等功能；

2)增加4#皮带料仓卸料小车的自动定位系统，由红外测距系统实现小车到料仓的位置测定，由DCS控制小车的开停，实现卸料小车的集中控制；

3)各皮带、料仓口的视频监控,增加4#皮带及料仓口共11个网络摄像头，改造现有3#、4#皮带上5个摄像头为网络摄像头。1#岗增加0#皮带3个摄像头，利用原3#、4#皮带的摄像头。增加一台硬盘录像机及电视用于显示和存储3#、4#皮带和料仓口共16个画面，利用现有1#岗硬盘录像机并增加一台电视显示和存储0#、1#和2#皮带的7个画面。经过对现有生产网的组态，将此项目所涉及到的工艺参数经专用通讯接口连接到生产网。

表1 总测点数量

3.3 定位系统选择

在4#皮带的卸料小车增加一套遥控定位系统，此定位系统采用红外测距原理，即发射器固定在4#岗位置，接收器固定在移动小车上，这样可以实时监控到卸料小车的位置，将位置信号引入DCS系统，这样可以根据料仓的位置自动判断、选择仓位，完全可以避免混仓现象的发生，同时能够根据随时监控到的小车位置判断是否正确，可以避免“跑车”现象发生。定位精度可以选择，可靠性较强，抗干扰能力强，故障率很低，相关产品在我车间的装卸桥的给料机与皮带机遥控联锁使用已经3年之久。对仓位的选择，操作工对只需要选择几号石(或焦)仓即可，小车可以根据自己的位置自动判定正反转，到位后自动停车。

图2 卸料小车行程开关控制方案

3.4 料仓控制程序要求

各料仓加装雷达料位计，根据各仓检测到的实时料位，结合实际经验(或经实测)，设定数学模型计算出各仓需要上料的量，同时再结合电子皮带秤的计量数据，可以提前控制1#、2#皮带机的料量；通过上下限位的数值的设定(操作员设定权限)不仅可以避免冒仓、空仓现象的发生，也可以避免关键皮带的带载停车。同时与灰窑上料系统进行关联，即每个仓通过电子皮带秤的计量的石灰石(或燃料)数值(即输入量)，与灰窑工序各窑实际上石量(即输出量)进行比对，如果计算出输入与输出之间的差值，与通过料位计反算值相同(称量误差范围内可以认为一致)数据可信，如果数据差值过大时，发出警示，进行人工干预。

3.5 滑线改造方案

移动卸料小车的动力、控制电缆采用移动拖缆式柔性扁平电缆，此线缆比滑线式使用周期更长，效果更好。

4 小车自动控制要求

此系统控制的重点和难点就是小车定位系统：定位的准确与否，决定物料的仓位选择、物料种类的选择，是否混仓，“跑车”能否被发现等，将关系到设备运行的安全性和稳定性。因此除了采用可靠的激光定位系统外，还需对控制程序做如下要求：

1)上石和上焦做两套自动程序，取三通翻板上料位置信号，以确定上料种类，根据物料种类以确定选用那套自动程序，同时增加自动和手动切换按钮；

2)自动控制下主操可以设定上料顺序；

3)当仓的料位实际值高于设定值时，不能上料，自动跳到下一个仓；

4)在倒仓过程中当上料量达到料位的设定值时，1#、2#皮带停车，同时0#～5#给料机联锁停车；

5)倒仓时小车开始移动的信号取皮带秤低于设定数据(数据可更改)加15 s缓冲时间，小车开始向下一个仓移动；

6)1#、2#皮带可以上料时的回讯取4#皮带秤低于设定数据(具体数据可调)时给1#岗电铃指示和DCS上的回讯信号，语音提示。1#岗主操开1#、2#皮带、给料机开始上料；

7)每个仓设定一个上料量的上限(具体数据可调)，当这个仓上料时，开始计量，到达累计值时1#、2#皮带停车，做一个程序保护，防止冒仓。

5 设计过程中注意事项

1)由于现场环境腐蚀情况较严重,故本次设计采用复合环氧树脂防腐阻燃电缆桥架。桥架的跨度应尽量以现场梁间跨度订购。电缆敷设由施工单位本着避开高温，避免机械损伤，不影响交通及整齐美观的原则进行施工。安装时可根据现场的实际情况适当调整。

2)桥架的所有附件，包括压盖板、内外连接片、隔板、连接螺栓等均随汇线桥架成套供货。

3)电缆保护管或桥架在穿越墙壁后要密封其进出口。

4)电缆在进入电缆桥架前均穿管敷设，并尽量借助工艺管架或沿墙壁敷设。

6 改造后系统的先进性

1)具有完善的人机界面操作系统，每个操作站界面包含所有参数及设备的停止和运行状态显示。各种参数曲线可供操作人员随时掌握系统整体的运行状态。可进行参数显示、修改、设定，可以方便调用各操作画面、历史曲线、实时曲线等，各种报表、曲线等要有定时打印或定制打印任务功能。

2)具有强大报警功能。报警模板包括实时报警和总结报警，在总结报警画面可显示规定时间内的所有报警记录，便于分析故障原因，查找事故责任人。采用语音报警器，当出现故障时，可用语音直接准确说出故障点的位置、内容，同时报警内容闪烁，以便操作人员可及时准确到达现场处理故障。

7 结 语

自石段工序投用DCS控制系统以来，系统运行稳定、可靠，其中小车的自动倒仓程序，是我公司又一创新亮点。提高了系统应对突发事故的处理能力， 同时减轻了职工的劳动强度，改善了职工的作业环境。

[1] 于长官.现代控制理论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009

[2] 李红萍，杨柳春.工程组态技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005

TQ056.2

B

1005-8370(2016)01-31-03

2015-07-24

王久安(1986—)，大学本科，石灰车间工艺技术员，曾获得1项国家实用新型专利成果。