當(dāng)前位置：
隨著PVC生產(chǎn)的快速增長(zhǎng)，近兩年來(lái)電石產(chǎn)量及產(chǎn)能高速增長(zhǎng)，生產(chǎn)規(guī)模快速擴(kuò)大，同時(shí)由于控制技術(shù)及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，電石生產(chǎn)水平取得了很大的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)大型電石生產(chǎn)企業(yè)為了進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模，提高生產(chǎn)及管理的自動(dòng)化水平，逐漸開(kāi)始采用DCS作為電石生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，陜西華偉達(dá)自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司與宜賓天原金石化工股份有限公司通過(guò)緊密合作，成功實(shí)施了12萬(wàn)噸/年電石項(xiàng)目DCS控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分體現(xiàn)了DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，取得良好的控制效果，滿足了企業(yè)的需求，采用DCS系統(tǒng)已成為電石生產(chǎn)的必然趨勢(shì)。
1.系統(tǒng)介紹
該項(xiàng)目采用的陜西DCS系統(tǒng)是陜西華偉達(dá)自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司的ECS-100控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了較新的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，嵌入式軟件技術(shù)，先進(jìn)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成。ECS-100控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，已經(jīng)在加氫精制，催化裂化，焦化，PVC聚合等大型高危的石化，化工裝置中取得了成功應(yīng)用。整個(gè)控制系統(tǒng)配置了兩對(duì)控制器，1臺(tái)工程師站，6臺(tái)操作員站。控制器及操作站都為冗余供電方式，控制器與操作站之間為冗余網(wǎng)絡(luò)通訊，操作站之間通過(guò)操作網(wǎng)通訊。系統(tǒng)通過(guò)DP卡與電力控制系統(tǒng)以PROFIBUS總線方式連接，采集電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)。整個(gè)控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)2016點(diǎn)。
系統(tǒng)中所有的控制點(diǎn)均記錄趨勢(shì)，記錄時(shí)間兩個(gè)月。對(duì)重要的電流功率等參數(shù)設(shè)置
趨勢(shì)分組，方便操作人員觀察數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。系統(tǒng)設(shè)置了豐富的生產(chǎn)報(bào)表，記錄每天的配料量，配比值，電極壓放長(zhǎng)度等，為生產(chǎn)和管理提供基本數(shù)據(jù)。
2.電爐控制系統(tǒng)
2.1電爐控制系統(tǒng)介紹
該廠電爐設(shè)計(jì)單臺(tái)年產(chǎn)量為4萬(wàn)噸。電爐控制的重要控制部分電極升降及電極壓放均實(shí)現(xiàn)DCS自動(dòng)控制。電極升降通過(guò)設(shè)計(jì)離散式比例算法，脈沖式控制方式，通過(guò)采用恒電流控制方式，控制實(shí)際電流與設(shè)定電流值誤差不超過(guò)3A，取得了很好的控制效果。為保證電極壓放的安全性，電極壓放部分設(shè)計(jì)了可靠的自動(dòng)聯(lián)鎖程序，當(dāng)程序檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)情況時(shí)會(huì)自控執(zhí)行安全聯(lián)鎖程序，保證電極安全，并且程序可以防止人為的誤操作，并彈出提示及報(bào)警信息，從而較大程度上保證壓放的安全性。
2.2碳素石灰的配比控制
較終加到電爐的物料是碳素與石灰的混合物，生產(chǎn)要求加入到電爐中的碳素及石灰的比例要滿足設(shè)定的要求，并且要混合均勻。由于下料的速度較快，并且存在一定的滯后，對(duì)于PID控制回路來(lái)難度較大。較終系統(tǒng)通過(guò)對(duì)兩個(gè)環(huán)節(jié)的精確控制來(lái)滿足對(duì)配比準(zhǔn)確和混料均勻的調(diào)節(jié)。
第一步是調(diào)節(jié)配比的準(zhǔn)確性，程序控制第一層的碳素和石灰料倉(cāng)的重量滿足設(shè)定的比值并滿足總重的要求。在下料過(guò)程中，首先根據(jù)操作員設(shè)定的下料總量及比值，計(jì)算出所需的碳素重量和石灰重量，然后啟動(dòng)給料機(jī)，開(kāi)始時(shí)給料機(jī)振動(dòng)頻率較快，下料速度較快，當(dāng)下料量達(dá)到設(shè)定值的80%時(shí)減小加料速度，當(dāng)料倉(cāng)重量達(dá)到提前量時(shí)，停止給料機(jī)，較終料倉(cāng)的實(shí)際重量與設(shè)定值偏差在5公斤以內(nèi)，誤差小于2%。第二步是調(diào)節(jié)混合的均勻性，系統(tǒng)采用了PID控制回路調(diào)節(jié)，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算實(shí)際下料過(guò)程中碳素與石灰的比值作為回路的PV值，來(lái)調(diào)節(jié)石灰下料機(jī)的振蕩頻率。通過(guò)調(diào)節(jié)PID參數(shù)，輸出限幅等優(yōu)化措施，較終碳素和石灰基本是同時(shí)下料完畢，誤差在6公斤左右。通過(guò)以上措施，系統(tǒng)克服了以往存在的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)配料部分配比精確和混料均勻的控制，控制程序的流程圖見(jiàn)圖2-1所示。
2-1 配料調(diào)節(jié)流程圖
2.3 電極升降控制
電極升降調(diào)節(jié)目前主要應(yīng)用的是恒電流的控制方式。其調(diào)節(jié)對(duì)象為一次電流。一次電流容易因爐況的變化產(chǎn)生波動(dòng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)電流變化可以間接得知爐內(nèi)的變化情況，電極升降時(shí)不能采用連續(xù)控制，否則會(huì)造成電極動(dòng)作過(guò)于頻繁，從而導(dǎo)致?tīng)t況變化太大，電極消耗量過(guò)高等問(wèn)題。通過(guò)與工藝人員的深入討論和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，較終通過(guò)離散式比例算法及脈沖量輸出控制兩個(gè)主要措施實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，取得了良好的控制效果。
離散式比例算法就是先設(shè)定一個(gè)控制周期。在每個(gè)控制周期內(nèi)將電流實(shí)際值與設(shè)定值比較一次，當(dāng)兩者的誤差小于設(shè)定值時(shí)，電極不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)兩者的誤差大于設(shè)定值時(shí)，程序會(huì)根據(jù)誤差的正負(fù)及誤差的大小來(lái)控制電極的動(dòng)作方向及動(dòng)作幅度。脈沖式輸出控制指模塊通過(guò)發(fā)出一個(gè)開(kāi)關(guān)量脈沖來(lái)調(diào)節(jié)電極的動(dòng)作幅度，避免電極的連續(xù)動(dòng)作?？刂频碾y度在于選擇合適的控制周期和脈沖長(zhǎng)度參數(shù)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的多次試驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整較終電流誤差完全控制在3A以內(nèi)，并且隨著爐況的穩(wěn)定，該參數(shù)精度可進(jìn)一步提高。電極升降時(shí)若調(diào)整次數(shù)過(guò)多，系統(tǒng)會(huì)自控報(bào)警并切換到手動(dòng)狀態(tài)，待操作員確認(rèn)后方可重新投入自動(dòng)。
在電極壓放過(guò)程中，電極的上下運(yùn)動(dòng)僅靠上摩的上下來(lái)控制。但是由于電極的重量較大及設(shè)備質(zhì)量原因，有可能出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。此時(shí)上摩控制不住電極，電極滑到電爐內(nèi)導(dǎo)致電爐電流瞬間增大而產(chǎn)生事故，為了保證生產(chǎn)的安全，程序設(shè)計(jì)了非?？煽康陌踩?lián)鎖程序，例如當(dāng)電爐帶電時(shí)把持器不會(huì)全松，上摩和下摩不可能同時(shí)松開(kāi)，每一個(gè)動(dòng)作都有一個(gè)時(shí)間限制，當(dāng)該時(shí)間限制到達(dá)之后，如果還沒(méi)有檢測(cè)到電極位置反饋信號(hào)，程序?qū)?huì)自控切換到安全狀態(tài)來(lái)保證壓放的安全性。壓放過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，經(jīng)過(guò)測(cè)試，控制器200ms的控制周期可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。電爐壓放程序關(guān)聯(lián)的變量較多，3臺(tái)電爐9個(gè)電極的控制方案完全相同，通過(guò)模塊化編程設(shè)計(jì)來(lái)提高程序的可重復(fù)性和可維護(hù)性，電極壓放程序模塊見(jiàn)圖2-3。
3.異構(gòu)通訊及生產(chǎn)管理
3.1 異構(gòu)通訊設(shè)計(jì)
ECS-100 控制系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性和兼容性，可以融合各種標(biāo)準(zhǔn)化的軟、硬件接口，能方便地接入較先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備和第三方集散控制系統(tǒng)、邏輯控制器等。
電爐電極的供電系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)是十分重要的，如電流、電壓、功率等，因此除了受110KV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控外，還需要將數(shù)據(jù)在DCS操作站進(jìn)行顯示，便于生產(chǎn)操作人員掌握供電情況，在該項(xiàng)目中，DCS系統(tǒng)以PROFIBUS-DP接口卡FW239作為主站，國(guó)電南瑞110KV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)作為從站，采用PROFIBUS-DP總線通訊協(xié)議進(jìn)行異構(gòu)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，為生產(chǎn)提供了很大的方便。
3.2 生產(chǎn)管理功能
DCS控制系統(tǒng)相比與PLC具有更加強(qiáng)大的生產(chǎn)管理功能。電石生產(chǎn)裝置具有各工段布置比較分散的特點(diǎn)，因此要想實(shí)現(xiàn)對(duì)所有工段的監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和管理的功能，采用DCS控制系統(tǒng)是比較適合的。
ECS-100控制系統(tǒng)除了完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示和過(guò)程控制，還可以完成對(duì)歷史數(shù)據(jù)的管理、形成生產(chǎn)報(bào)表、事件日志記錄和事件分析等功能；同時(shí)系統(tǒng)也提供了豐富的畫(huà)面和手段幫助操作人員和工程師對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各種事件進(jìn)行分析和管理，從而優(yōu)化生產(chǎn)條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。
陜西DCS系統(tǒng)在電石生產(chǎn)中的應(yīng)用極大的提高了企業(yè)生產(chǎn)和管理效率，與生產(chǎn)相關(guān)的所有數(shù)據(jù)都進(jìn)入控制系統(tǒng)，在控制室的監(jiān)控系統(tǒng)中可以了解到現(xiàn)場(chǎng)任何地方的情況。系統(tǒng)根據(jù)要求對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并處理。企業(yè)可根據(jù)提供的數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行分析。系統(tǒng)通過(guò)報(bào)警和聯(lián)鎖程序極大的提高了生產(chǎn)的安全性和可靠性。此外DCS系統(tǒng)對(duì)用戶開(kāi)放了大量的數(shù)據(jù)接口，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況靈活改變參數(shù)提高效率。DCS系統(tǒng)為電石企業(yè)向大型，節(jié)能，環(huán)保，高效的調(diào)整道路上提供了有力的技術(shù)支持。
