西門子PCS7過程控制系統(tǒng)在電石行業(yè)中的應用研究

1、    西門子pcs7過程控制系統(tǒng)在電石行業(yè)中的應用研究    周瑞虎摘 要：青海鹽湖海納化工有限公司20萬噸電石生產(chǎn)裝置采用simatic pcs7控制系統(tǒng)。該裝置應用西門子全集成自動化理念，系統(tǒng)由多用戶hmi系統(tǒng)（c/s模式）、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)、現(xiàn)場控制站等部件組成，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通訊和組態(tài)功能，實現(xiàn)過程的自動化輸出。本文介紹了西門子公司過程控制系統(tǒng)simatic pcs7應用于電石冶煉生產(chǎn)及其附屬設備的控制，闡述了該系統(tǒng)的軟硬件配置，控制系統(tǒng)完成的功能和控制難點及工藝實現(xiàn)方法。關鍵詞：電石冶煉 pcs7過程控制系統(tǒng) 工藝實現(xiàn)方法：tp27 ：a

2、：1672-3791（2018）03（a）-0000-00青海鹽湖海納化工有限公司20萬噸電石生產(chǎn)裝置采用simatic pcs7控制系統(tǒng)。該裝置應用西門子全集成自動化理念，系統(tǒng)由多用戶hmi系統(tǒng)（c/s模式）、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)、現(xiàn)場控制站等部件組成，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通訊和組態(tài)功能，實現(xiàn)過程的自動化輸出。1 工藝、設備簡介合格粒度的焦炭、石灰按比例混合，經(jīng)電爐上方的進料倉進入電石爐，爐料由電弧熱和電阻熱在18002200的高溫下熔融生成液體電石。液態(tài)電石冷卻凝固后經(jīng)過初次破碎送往乙炔裝置。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的爐氣（主要成分為co）經(jīng)過凈化系統(tǒng)回收送往煤氣儲柜，作為氣燒石灰窯和炭材烘干窯的燃料。本裝

3、置由原料儲運系統(tǒng)、電石冶煉系統(tǒng)、出爐系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、水系統(tǒng)等輔助設施組成。原料儲運系統(tǒng)由2條輸送皮帶將合格的焦炭、石灰輸送至中間儲倉；電石冶煉系統(tǒng)由一臺90mw密閉矩形電石爐，加熱和熔化物料的能量均由六根自焙電極提供，自焙電極由三臺65mva單相變壓器供電，電極升降、壓放由液壓缸驅(qū)動，3臺冷卻風機對爐底進行冷卻；出爐系統(tǒng)由6臺液壓機械手實現(xiàn)遠程操作出爐； 2臺10噸行車對出爐軌道上的電石鍋自動夾取，送至輸送系統(tǒng)；尾氣系統(tǒng)由4臺尾氣風機將爐氣抽取，經(jīng)過高溫布袋除塵、強制通風冷卻器，由增壓風機送至氣柜。2 系統(tǒng)實現(xiàn)pcs7（process control system）是西

4、門子的dcs系統(tǒng)，基于過程自動化，從傳感器、執(zhí)行器到控制器，再到上位機，自下而上形成完整的全集成自動化架構。主要包括step7、cfc、sfc、simatic net和wincc以及pdm等軟件，組態(tài)對象選用s7400高端cpu。pcs7具有集成化，模塊化，可視化，強大的功能塊和系統(tǒng)開放性，能夠滿足各種工況要求。2.1 系統(tǒng)結構本系統(tǒng)采用西門子全集成自動化系統(tǒng)，包括工程師站、操作員站、自動化站。工程師站用來對所有pcs7系統(tǒng)組件進行集中管理，包括操作員站，批處理站，自動化站，集中和分布式遠程i/o；操作員站對pcs7系統(tǒng)設備進行過程的監(jiān)控，提供標準的操作界面，方便的在線修改，報警提醒及數(shù)據(jù)的歸

5、檔；自動化站對所連接的集中和分布式i/o的過程變量進行記錄和處理，并輸出控制信息和設定值，提供可視化數(shù)據(jù)信息記錄，將操作員站上指令傳送到生產(chǎn)過程中去。2.2 主要控制方案原料輸送控制：合格的原料運輸?shù)绞抑虚g儲存?zhèn)}和焦炭中間儲存?zhèn)}，經(jīng)稱重皮帶機稱重，按一定的配比由犁式輸送機輸送到電石爐喂料倉進入爐子參加反應。進料系統(tǒng)所使用的標準對象是來自pcs7高級過程控制庫（apl）作為自定義對象，當中間儲料倉的料位低的狀態(tài)下就會開始進料。有4個稱重變速輸送機可成對操作來混合儲倉和計量區(qū)域中的石灰和焦炭物料，根據(jù)石灰和焦炭對這個輸送的速度比率進行自動調(diào)節(jié)。爐本體控制：主要包含爐變控制、電極控制及爐本體各參數(shù)

6、監(jiān)控。本臺電石爐由3臺單相變壓器組成，通過dcs控制gis（氣體絕緣全封閉組合電器）實現(xiàn)變壓器的星三角轉換，并且對有載調(diào)壓開關檔位進行切換，從而實現(xiàn)對電石爐負荷的控制。電極的升降、壓放控制通過dcs對控制閥、比例閥發(fā)送指令，使電極位置滿足生產(chǎn)需求，并且根據(jù)設定需要的功率、電流或電阻，dcs會根據(jù)需要通過pid調(diào)節(jié)控制電極升降，使功率、電流或電阻接近設定值。同時，dcs系統(tǒng)對爐本體膨脹狀態(tài)、循環(huán)水、溫度指標，爐底冷卻溫度及爐本體各部位溫度指標實時監(jiān)控，并提供報警提示或連鎖功能。冷卻系統(tǒng)控制：冷卻系統(tǒng)包括軌道系統(tǒng)、冷卻車間、破碎上料系統(tǒng)。生產(chǎn)的電石從出爐口流到鍋內(nèi)，由出爐口的推鍋器將熱鍋推出通過軌

7、道將熱鍋帶到拾取站，由天車將拾取站的熱鍋吊到冷卻架上進行冷卻。冷卻合格的電石由天車吊到輥道輸送機的掉落站，通過輥床輸送到斜坡提升機頂部，再由翻鍋機進行翻鍋，將電石倒入溜槽中，成品電石由此輸送至乙炔裝置尾氣回收控制：電石冶煉過程中會產(chǎn)生一定量的尾氣，對其除塵降溫后進行回收利用顯得格外重要。本系統(tǒng)主要由上升煙道、文丘里、尾氣風機、循環(huán)風機、高溫布袋除塵、增壓風機等設備組成。配有變頻調(diào)速的尾氣風機和風機風門，通過dcs控制把電石爐內(nèi)上部空間壓力調(diào)節(jié)在微正壓狀態(tài)，通過循環(huán)風機將冷卻后的尾氣送入文丘里中，與高溫爐氣匯流，經(jīng)過高溫布袋除塵，強制通風冷卻器冷卻后，由增壓風機送至煤氣氣柜二次利用。3 應用體會

8、電石生產(chǎn)過程是一個較復雜的電弧和電阻加熱使石灰焦炭在熔化狀態(tài)下的化學反應。影響電石爐操作的因素涉及到石灰雜質(zhì)、碳酸鈣含量、粒度、焦炭的灰分、水分、電氣參數(shù)設定、爐料配比等。實際上，上述原料狀態(tài)參數(shù)較難直接準確實時采樣得到，其影響間接地反映在各種可測電氣參數(shù)和壓力溫度等工藝參數(shù)上。從控制角度講，此類問題屬于多因子、非線性、高噪聲、樣本分布不均勻的問題。這類問題給復雜數(shù)據(jù)建模帶來不確定性。因此，符合生產(chǎn)實際的控制模型建立是當前亟待解決的問題，這就需要通過大量的數(shù)據(jù)采集，結合工藝特性及自動控制實現(xiàn)。通過數(shù)學模型的建立，對電石冶煉二級系統(tǒng)進行技術數(shù)據(jù)管理、質(zhì)量控制的優(yōu)化、工藝參數(shù)的自動收集、產(chǎn)品質(zhì)量跟

9、蹤、數(shù)據(jù)取樣和評估、生產(chǎn)批次的報告合成。應用數(shù)據(jù)的采集和有效評估，實現(xiàn)對電極調(diào)節(jié)策略的研究，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低功耗、減少對電網(wǎng)的沖擊，進一步做到節(jié)能減排，資源利用的最大化。4 結語目前，電石行業(yè)生產(chǎn)正處在生產(chǎn)裝備大型化、密閉化、集約化更新發(fā)展的時期，面對生產(chǎn)裝備技術水平的不斷提高，容量的不斷增大。自動化控制技術將在穩(wěn)定安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低勞動成本、節(jié)能減排等方面發(fā)揮其特有優(yōu)勢，本文西門子pcs7過程控制系統(tǒng)在電石行業(yè)的應用控制系統(tǒng)應用范圍較廣，具有很大參考價值。參考文獻1 馬榮榮.電石生產(chǎn)節(jié)能降耗控制研究d.北京化工大學，2015.2 陸德民.石油化工自動控制設計手冊（第三版）j.化工自動化及儀表，