DCS系统在铅富氧闪速熔炼中的应用.pdf

2 0 1 2 年4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 1 0 D C S 系统在铅富氧闪速熔炼中的应用 柳杨，郑晓斌，王成彦，郜伟，宋元张 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要铅富氧闪速熔炼工程自动控制系统采用和利时公司推出的第四代D C S 系统H O L L I A S - M A C S - V 系统。投产以来的使用效果表明，控制系统运行稳定。 关键词铅；闪速熔炼；D C S ；应用 中图分类号T F 8 1 2文献标识码B文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 4 - 0 0 3 7 0 4 A p p l i c a t i o no fD i s t r i b u t e dC o n t r o lS y s t e mi nL e a d O x y g e n - E n r i c h e dF l a s hS m e l t i n g L I UY a n g ，Z H E N GX i a o b i n ，W A N GC h e n g y a n ，G A 0W e i ，S O N GY u a n - z h a n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 7 0 。C h i n a A b s t r a c t T h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fl e a do x y g e n - e n r i c h e df l a s hs m e l t i n gp r o j e c ta p p l i e dt h ef o u r t h g e n e r a t i o no fd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m D C S ，H O L L I A S - M A C S - V ，w h i c hw a sd e v e l o p e db yH o l l y s y s C o ．L t d ．T h ep l a n tp r a c t i c es h o w st h a tt h i sc o n t r o ls y s t e mr u n ss t a b l y ． K e yw o r d s l e a d ；f l a s hs m e l t i n g ；d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m D C S ；a p p l i c a t i o n 1 0 万t 铅富氧闪速熔炼工程[ 1 3 自动控制系统 采用和利时公司推出的第四代D C S 系统H O L L I A S - M A C S - V 系统。由现场控制站、通讯站、工程 师站、操作员站和系统服务器组成，并通过以太网和 基于现场总线技术的控制网络连接【2 ] 。 1M A C S V 系统 M A C S V 系统的硬件由现场控制站 包括电源 模块、控制器、I ／O 模块 、通讯站、工程师站、操作员 站、系统服务器、系统网络、监控网络、以及控制网络 组成[ 3 ] 。其中，监控网络的功能是实现操作员站、工 程师站以及通讯站与系统服务器之间的互连，系统 网络用于系统服务器与现场控制站的连接，而控制 网络则用于保障现场控制站与过程I ／O 单元间的 通讯。M A C S V 系统软件包括服务器软件、O P C 工具包、操作员站软件、离线组态软件、现场控制器 运行软件和I n t e r n e t 浏览软件【3 ] 。 H O L L I A 孓M A C S V 系统结构图见图1 。 H O L L I A 孓M A C S V 系统主要性能指标[ 3 。 1 系统精度 热电阻信号0 ．2 ％ 热电偶信号士 O ．2 ％～O ．3 ％ 输入信号高电平士0 ．1 ％，低电平士o ．2 ％ 输出信号高电平0 ．2 5 ％ 2 系统抗干扰能力 共模电压≥2 5 0V 差模电压≥6 0V 共模抑制比≥9 0d B 差模抑制比≥6 0d B 3 系统实时性和响应速度 数据库模拟刷新周期不大于采样周期，一般开 关量不大于1S 。C R T 画面对键盘操作指令的响应 时间一般画面≤1S ，复杂画面≤2S 。C R T 画面上 数据的刷新周期≤1S ，在不计执行器动作时间的情 基金项目国家高技术研究发展计趔 8 6 3 计划 资助项目 2 0 0 9 A A 0 6 4 6 0 2 作者简介柳杨 1 9 8 6 一 。男，硬士，助理工程师． 万方数据 3 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r mc n 2 0 1 2 年4 期 图1H O L L I A S - M A C S V 系统结构图 F i g ．1D i a g r a mo fH O L L I A S - M A C S Vs y s t e m 况下，指令从键盘发出到输出至通道板和返回信号 从通道板输出至C R T 显示的总时间 3 ．5S 。 控制器模拟量控制周期≤0 ．2 5S ，开关量控制 周期≤o ．1s ，在需要进行快速处理时，控制器模拟 量控制周期≤O ．1 2 5S ，开关量控制周期≤O ．0 5S 。 2 控制内容及方式 2 ．1 控制内容降5 】 生产工艺过程自动监控管理系统以M A C S V 系统为核心，对预干燥、配料、干燥、球磨、气力输送、 还原贫化电炉、精矿喷嘴、电收尘、余热锅炉、冷却循 环水系统、压缩空气系统等生产过程的主要工艺参 数进行检测与控制；对各工艺过程的生产设备运行 状况进行监控和优化管理；并可以将生产过程的各 种信息通过网络传送到全厂生产信息管理系统，为 生产决策提供真实可靠的数据。 自动监控系统由B G R I M M 熔炼炉D C S 控制 主站、原料车间远程I ／O 站、气力输送P L C 、电收尘 P L C 、电炉电极控制P L C 以及各现场控制仪表等子 系统组成。D C S 主站通过通讯的方式完成对各 P L C 以及现场仪表的监视和控制。 各子系统与D C S 主站通讯联络图见图2 。 自动监控系统通讯协议如下 1 气力输送 主站通讯软件M A C S V 系统M O D B U S 主站 通信软件 C O M 4C O M0 0 ～妊C O M 70 0 ⅣmC O M 图2 自动监控系统通讯联络图 F i g ．2D i a g r a mo fa u t o m a t i c c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 子站地址1 子站设备西门子S 7 2 0 0 P L C 通讯端口R s 4 8 5 M O X A - 1 ，C O M 4 通讯协议M O D B U S _ R T U 通讯速率96 0 0b p s ，8 位 停止位1 奇偶校验无 2 电炉变 主站通讯软件M A C S V 系统M O D B U S 主站 通信软件 子站地址1 0 0 子站设备T O P 9 1 4 0 通讯端口R S 4 8 5 M o X A 一3 ，C O M 6 通讯协议M O D B U S _ R T U 通讯速率96 0 0b p s ，8 位 停止位l 奇偶校验无 3 电收尘 主站通讯软件H o l l y s y sC O M M O P C S V R 软 件 子站地址1 子站设备现场仪表 通讯端口R S 4 8 5 M O X A 一2 ，C O M 5 通讯协议M O D B U s - A C S I I 通讯速率1 92 0 0b p s ，7 位 停止位1 奇偶校验偶校验 4 核子秤 主站通讯软件M A C S V 系统M O D B U S 主站 通信软件 子站地址1 子站设备现场仪表 通讯端口R S 4 8 5 M O X A - 6 ，C O M 9 万方数据 2 0 1 2 年4 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g f i m m ．o n 3 9 通讯协议串口 通讯速率48 0 0b p s ，8 位 停止位1 奇偶校验偶校验 2 ．2 控制方式 所有需检测的工艺参数、电动设备的运行状态、 故障状态均进入控制系统，所有过程控制信号和电 动设备的控制信号都来自控制系统。系统能实时显 示工艺流程图画面、分组控制画面、总貌图画面、报 警一览表画面及历史趋势画面等。 在系统中设定手动、自动以及紧急停车3 种控 制方式，在手动控制方式下各电气设备均可单独启 停；自动控制方式下相关设备连锁；紧急停车时各电 气设备同时瞬间停止，该方式只在突然发生重大生 产事故或人身事故时才可由主控人员启动。系统设 置故障报警，并且同时有警笛和界面提示2 种报警 方式，直至人为进行报警确认后方可解除该次报警， 相同故障报警时间间隔不超过3m i n 。 2 ．3 主要工序控制说明 在铅富氧闪速熔炼工艺的主要生产工序中，预 干燥、干燥、球磨、气力输送、电收尘、冷却循环水以 及压缩空气系统在D C S 中主要作为参数监视与状 态报警，需要控制的部分主要是电炉电极、螺旋给 料、余热锅炉等子系统。 2 ．3 ．1 电炉电极控制 电极控制是矿热电炉生产过程中的重要环节， 其控制的稳定性和可靠性直接影响到电炉的生产状 况以致整个工艺的技术水平。 正常生产时，3 根电极均埋在电炉熔渣内，电极 之间利用熔渣的导电性产生高温电弧，从而将电能 转化为热能，保持电炉内及熔渣温度。电极的升降 装置由卷扬机、钢丝绳、导电铜瓦等设备组成，通过 控制卷扬机的正反转来达到提升或降低电极的目 的。电极由1 台32 0 0k V A 三相电炉变压器供电， 变压器控制柜内安装的综合保护器T O P 9 1 4 0 通过 M o d b u s 协议与D C S 系统进行通讯，系统读取其内 部数据并进行显示，内容包括一次电流、一次电压、 有功功率、无功功率等；现场操作柜内安装1 台智能 显示终端E S T 5 5 5 Z ，也是通过M o d b u s 协议与D C S 系统进行通讯，读取系统内相关数据并进行现场显 示，内容包括综合保护器内所有数据以及各相设定 电流值等。 操作人员可通过操作员站输入或通过智能终端 E S T 5 5 5 Z 设定各相二次电流值，系统将各电极实际 工作电流控制在该给定值士5 ％的范围内调节；若某 相电极实测二次电流超出该范围，则系统给出信号 控制该相电极接触器或变频器动作，使之下降或者 上升，直至实测电流达到给定值后停止。 电极控制原理图见图3 。 图3 电极控制原理图 F i g ．3 S c h e m a t i cd i a g r a mo fe l e c t r o d ec o n t r o l 2 ．3 ．2 双螺旋给料 双螺旋称量给料装置由下料插板阀、给料螺旋、 计量螺旋、称重传感器、速度传感器以及控制单元组 成。物料通过计量螺旋时，称重传感器产生与物料 质量 m 成正比的电压信号送入控制单元，控制单 元 Q S 8 0 0 1 C 根据计量螺旋的有效称量长度 L 换 算成单位负荷 Q Q m ／L k g ／m 再根据速度传感器测得的电机转速 t ， ，可得出 瞬时流量j J Q 口 g u ／L k g ／s 或 t ／h 通过瞬时流量与设定流量的对比来调节给料螺 旋的转速，以达到稳定给料的目的。控制原理图见 图4 。 国 图4 双螺旋给料控制原理图 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a mo fd o u b l e s c r e wf e e d i n gs y s t e m 2 ．3 ．3 余热锅炉的控制 余热锅炉用来回收熔炼炉排出的高温烟气余 万方数据 4 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ．H y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年4 期 热，降低烟气温度，为后部收尘和制酸创造条件，与 此同时回收烟气的余热经二次减压后产生压力为 1 ．2M P a 和0 ．5M P a 的饱和蒸汽，分别送至制氧站 和蒸汽干燥系统【6 ] 。 该工段主要通过对阀门开度的调节来控制水 位、压力、流量，其中大部分均采用单冲量闭环调节， 最关键的汽包水位采用三冲量串级调节。主蒸汽流 量 F E 3 0 5 作为前馈、给水流量 F E 3 0 3 与汽包水 位 L E 3 0 1 串级作为反馈，汽包水位是主变量、给水 流量是副变量、主蒸汽流量作为扰动变量，控制原理 图见图5 。 图5 汽包水位控制原理图 F i g ．5S c h e m a t i cd i a g r a mo fs t e a mp o c k e t ’s w a t e rl e v e lc o n t r o ls y s t e m H O L L I A 孓M A C S V 系统成功在铅富氧闪速熔 炼工艺中应用，提高了工艺生产过程中的自动化水 平，降低运行成本，主要功能及特点有 1 数据采集功能数据显示准确，报警等功能正 确，过程参数的压力修正、温度补偿、二次计算、故障 诊断等功能正常，过程参数真实可靠； 2 控制功能各具体控制回路逻辑、状态的指示 正确，动作无误； 3 保护联锁功能设备、辅机及电动门的动作准 确无误，状态指示正确； 4 通讯功能D C S 系统与外部设备通讯正常， 控制正确，参数显示正确； 5 各项通信、管理、操作功能正确，符合系统设 计要求。 3结论 H O L L I A 孓M A C V 系统运行稳定、数据显示 准确，完全满足了铅富氧闪速熔炼工艺的要求。 参考文献 [ 1 ] 王成彦，郜伟，尹飞，等．铅冶炼技术现状及我国第一台 铅闪速熔炼炉试产情况[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 1 9 - 1 3 ． [ 2 3 陈大伟，陈慈明．国产自动化仪表在新型干法水泥生产 线上的应用[ J ] ．水泥工程，2 0 0 9 8 5 6 5 8 ． [ 3 ] 刘素红．锌焙烧工艺中I C S 控制系统的设计和应用研 究[ D ] ．重庆重庆大学，2 0 0 6 ． [ 4 3 刘良华．浅谈金隆公司闪速炉计算机在线控制[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，1 9 9 9 6 卜4 ． [ 5 3 周昌宗．闪速炉精矿装入量计量控制系统开发与应用 [ J ] ．有色金属设计与研究，2 0 0 3 1 0 7 1 7 3 ． [ 6 3 张涛，张恩华．铅富氧闪速熔炼余热锅炉的运行实践 口] ．有色金属 Y a 炼部分 ，2 0 1 2 4 2 4 2 6 ． 万方数据