新型DCS系統(tǒng)在水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用

1、 新型dcs系統(tǒng)在水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用 1水泥生產(chǎn)工藝簡介年產(chǎn)30萬噸帶窯外分解爐的干法水泥生產(chǎn)線主要工藝流程圖如圖1所示?；剞D(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線的主要組成部分有：生料庫；生料預(yù)均化倉；窯尾五級旋風(fēng)；窯外預(yù)分解爐；窯體；窯頭蓖式冷卻機、熟料入庫；煤磨及選煤輸送裝備；窯尾廢氣處理、增濕塔、電收塵；水泥磨；水泥貯存和包裝。圖1年產(chǎn)30萬噸五級旋風(fēng)預(yù)分解窯系統(tǒng)工藝流程圖整個工藝流程主要有生料粉末預(yù)均化，五級旋風(fēng)預(yù)熱，預(yù)分解，窯內(nèi)煅燒，蓖冷機冷卻及熟料粉碎等工序組成。2水泥生產(chǎn)自動化對dcs系統(tǒng)的要求我們選用的honeywell plantscape中小型集散控制系統(tǒng)是honeywell公司推出的

2、最新系列產(chǎn)品，這也是在我國國內(nèi)應(yīng)用的第一套。對于年產(chǎn)30萬噸水泥生產(chǎn)線，按工藝及實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制對dcs系統(tǒng)有如下要求：(1)根據(jù)廠方的具體技術(shù)要求，目前dcs主要監(jiān)控生產(chǎn)線的四大部分：窯頭、窯中、窯尾和煤粉制備。共設(shè)置560個i/o點，其中模擬量輸入72點，模擬量輸出25點，數(shù)字量輸入267點，數(shù)字量輸出139點，熱電偶及熱電阻分別為22點和35點。具體各部分的分配如表1。表1i/o各點分布 窯頭、窯中(點) 窯尾(點) 煤粉制備(點) ai 21 11 40 ao 7 6 12 di 112 48 107 do 64 20 55 rtd 5 16 14 t/c 3 4 15 (2)根據(jù)該水

3、泥廠實際情況和生產(chǎn)工藝，整個回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)共設(shè)置12個控制回路，其它各設(shè)備則采用直接控制和順序控制方式。12個控制回路中，壓力控制回路6個，流量控制回路3個，料位控制回路1個，溫度控制回路2個。(3)為減輕人工操作強度，提高自動化程度和系統(tǒng)可靠性，由dcs系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)鎖保護功能。同時為了操作方便和直觀，在工作站界面中，將工藝流程及各種運行設(shè)備工況按比例設(shè)計操作界面，并隨時對各部位進行動態(tài)顯示。測量值如溫度、壓力、流量、料位等數(shù)據(jù)實現(xiàn)動態(tài)顯示，閥位開度以百分比表示，料位用彩色棒圖動態(tài)模擬。不同物料管道用不同顏色來區(qū)別，其物料流向用箭頭表示。(4)為了對生產(chǎn)進行有效監(jiān)控，以便優(yōu)化工藝條件如故障查找，對3

4、2個重要參數(shù)用歷史趨勢曲線進行匯總。如回轉(zhuǎn)窯各段的窯溫，五級旋風(fēng)及窯尾分解爐等處的溫度、壓力等，以及各控制回路的測量值等。3系統(tǒng)總體方案根據(jù)上述要求，本系統(tǒng)設(shè)立兩個監(jiān)控工作站，其中一個工作站兼當 plantscape服務(wù)器，設(shè)在窯頭中央控制室，既承擔(dān)總體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的服務(wù)器功能，又作為工作站管理和控制窯頭、窯中和煤粉制備部分的各主要設(shè)備，另一個工作站(窯尾數(shù)據(jù)采集站)主要負責(zé)窯尾及廢氣處理等設(shè)備的監(jiān)控。工作站采用兩臺dell 6200/op gxpro 200計算機，用以太網(wǎng)聯(lián)接，為主從關(guān)系，系統(tǒng)軟件除具備編程、組態(tài)、系統(tǒng)生成功能外，還具備了操作站的所有操作及顯示功能。該系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)的win

5、dow nt client/server通訊模式，窯頭工程師站作為系統(tǒng)服務(wù)器(兼工作站)，處理整個系統(tǒng)的通訊、數(shù)據(jù)庫管理和控制；窯尾數(shù)據(jù)采集站，同時作為操作員工作站，主要用作監(jiān)控處理數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。工作站下層的現(xiàn)場控制級由honeywell控制器模塊、通訊模塊及i/o模塊等組成。具有數(shù)據(jù)采集和控制功能。圖2為dcs系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2采用plantscape的dcs系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖honeywell plantscape dcs系統(tǒng)采用client/server結(jié)構(gòu)(至少包括一個server服務(wù)器)，其server服務(wù)器又可兼作工作站(station)使用，最多可帶10個工作站和6個控制

6、器。plantscape的控制器具有384點i/o能力，考慮到每臺plantscape控制器最大模擬量i/o為192點，故本系統(tǒng)選用了兩臺plantscape控制器?？紤]到系統(tǒng)安全與可靠運行，系統(tǒng)對所控設(shè)備分別設(shè)置了計算機控制和現(xiàn)場控制兩種操作功能，各主要設(shè)備在現(xiàn)場都配有手操和急停開關(guān)等。由于水泥廠生產(chǎn)線現(xiàn)場設(shè)備多，故系統(tǒng)內(nèi)部在軟件上對各設(shè)備的聯(lián)鎖、順序啟停以及故障停車順序等都編制相應(yīng)程序，避免事故發(fā)生。整個供電系統(tǒng)有兩套，相互熱備。同時計算機用電與設(shè)備用電作了很好的隔離。4增濕塔控制回路在水泥生產(chǎn)過程中，隨著窯尾排出煙氣量及煙氣溫度的變化，以及余熱利用系統(tǒng)(生料烘干兼粉磨)的開停，增濕塔的噴

7、水量也需作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。通常可在增濕塔出口處安裝一個測溫裝置，根據(jù)溫度的高低來調(diào)節(jié)噴水量。目前，大多數(shù)工廠都采用人工調(diào)節(jié)水量。中、大型增濕塔人工調(diào)節(jié)很不理想，不但很難使增濕塔處于最理想的工作狀態(tài)，而且容易造成濕底故障。由于本水泥生產(chǎn)線采用了新型干法生產(chǎn)技術(shù)，窯尾的煙氣溫度高(一般為220350)，煙氣含塵量高，水分低，粉塵電阻率又高，因此在電收塵前先經(jīng)過增濕塔，可大大提高收塵率。增濕塔控制回路主要控制其出口廢氣溫度，大量研究和實際情況表明，把增濕塔出口和電收塵入口溫度降到150170之間，既保護了電收塵設(shè)備的安全運行，又可提高其收塵率，同時可大大降低粉塵排放濃度。具體措施是控制增濕塔噴水量，一般

8、所用調(diào)節(jié)方法為：為了更加有效地控制溫度，實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)噴水量的目的，同時避免打開噴水頭過多或過少所造成的增濕塔溫度過低或過高(高達200220)等現(xiàn)象，我們采用了通過變頻器控制電泵來調(diào)節(jié)增濕塔噴水量的控制方案，如圖3所示，這樣有效地解決了煙氣調(diào)質(zhì)問題。圖3增濕塔控制回路方案圖5系統(tǒng)軟件開發(fā)plantscape集散控制系統(tǒng)具有其鮮明的特色。在軟件方面，plantscape可應(yīng)用于windows nt(nt 3.51，nt4.0)，windows 95等操作環(huán)境。考慮到今后軟件的發(fā)展，我們選用windows nt4.0系統(tǒng)平臺，并用rich win97 for nt4.0漢化，有利于工人操作和生產(chǎn)實

9、際應(yīng)用。plantscape的基本功能有：.實現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)控一體化；.緊急事件報警；.記錄(logging)由設(shè)備或操作員觸發(fā)的事件；.用戶界面開發(fā)；.可根據(jù)需要，定期或由事件觸發(fā)來生成記錄報表或報告；.記錄并采用映象、圖形、總計和平均等方式顯示定期采樣的歷史數(shù)據(jù)；.系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)api(application programming interface)均支持服務(wù)器鏡像。plantscape的特征有：.定時控制，隔離的控制器，預(yù)建的下部結(jié)構(gòu)包括為立即查看的過程信息而預(yù)先形成的顯示和報告；.可實施本地或遠程通訊；.可限制在線通道、控制器和點的結(jié)構(gòu)；.在線用戶化的報表和趨勢顯示，操作員注冊權(quán)限和控制

10、級別設(shè)置。軟件系統(tǒng)的框架主要有系統(tǒng)軟件(包括數(shù)據(jù)庫)(controller interface，application interface library和network server)、客戶軟件(station，quick buider和display builder)和網(wǎng)絡(luò)軟件(network api和microsoft excel data exchange)，還備有用戶可自行開發(fā)應(yīng)用軟件的c+函數(shù)庫和fortran函數(shù)庫及api。此外，我們利用系統(tǒng)軟件所提供的api接口，采用visual c+ 4.0自行開發(fā)了新的控制策略軟件(如模糊、預(yù)測控制策略)。dcs系統(tǒng)軟件主要包括控制組態(tài)軟件

11、(control building)和監(jiān)控組態(tài)軟件(station，quick builder，display builder)。工作站界面主要有：系統(tǒng)總圖，dcs工作站主頁面圖，窯頭工作站控制頁面圖，氣力提升泵工作站控制頁面圖(又稱窯尾喂料)，窯頭控制站總圖等。圖4為監(jiān)控組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)框圖。根據(jù)工藝要求及設(shè)備控制需要編制的水泥生產(chǎn)過程實時控制應(yīng)用軟件，主要有：(1)有關(guān)順序控制及聯(lián)鎖系統(tǒng)和報警系統(tǒng)的組合軟件。圖4監(jiān)控組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)框圖(2)利用plantscape提供的api應(yīng)用編程接口，用visual c+編寫模糊控制等應(yīng)用軟件。(3)根據(jù)操作的要求，編制工藝流程圖，順序控制圖，控制回路圖，歷史趨勢圖和報警系統(tǒng)圖，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)動態(tài)顯示。(