DCS在石灰窯的應用

王訓華，郭慶陽

（廣東南方堿業股份有限公司，廣東廣州 510760）

DCS在石灰窯的應用

王訓華，郭慶陽

（廣東南方堿業股份有限公司，廣東廣州 510760）

闡述廣東南方堿業股份有限公司石灰工序DCS控制的應用。著重介紹如何解決稱重儀IDN560與DCS的通訊和控制及石灰窯配料上料的自動控制。

DCS；IND560；配上料；聯鎖保護；石灰窯

石灰窯是氨堿法純堿生產的重要設備，石灰石與焦炭按一定的比例混合在窯體內進行煅燒，產生CO2和生石灰。石灰窯控制的好壞直接影響能耗并制約后工序的生產。廣東南方堿業公司原石灰工序有兩個控制室：上料控制由PLC實現，設在上料控制室，由電氣車間負責運維（稱重除外）；過程參數監控由儀表主控室實現，計控部負責運維。這種模式給工藝操作管理造成極大的不便。PLC邏輯控制是它的優點，但其模擬量運算速度慢，精度低，稱重計量精度低，導致煤石配比誤碼率差大，石灰窯常有過燒或生燒的情形發生。并且PLC不具備帶電插撥功能，發生故障時必須停下來檢修，故而時常影響生產。借鑒公司其它工序DCS改造的成功經驗，在反復調研的基礎上，決定采用杭州和利時自動化工程有限公司的MACS SmartPro分散控制系統（簡稱DCS）對該工序進行在線DCS改造。

1 DCS系統簡介

SmartPro系統是和利時公司開發的DCS系統，系統由硬件、軟件和通訊網絡三部分組成。其中硬件包括3臺操作站（兼做服務器）和3個現場控制站（18＃站、17＃站、27＃站）及網絡設施；軟件為MACS SmartPro 3.1.3，運行在Windows XP環境下。整套系統完成本工序數據采集、工藝流程顯示、工藝參數顯示，配料上料自動控制及其它重要參數的自動控制調節、歷史趨勢和操作日志管理等功能。主控單元、電源模件、網絡均為冗余結構，以確保系統安全穩定可靠；支持在線修改程序并且實現無擾增量下裝，而不會對系統造成影響。采用了目前世界上先進的現場總線技術（ProfiBus－DP總線），運用成熟先進的控制算法，對控制系統實現計算機監控。

按總體規劃布局分步實施的原則，第一步實施DCS系統安裝就位，全部儀表測控信號從儀表及PLC上移至DCS，拆除原有儀表盤；第二步，配料上料控制分窯在生產空隙由電控室移接入DCS；第三步，本工序全部電氣及設備信號接入DCS。現已全部完成DCS改造，實現崗位合并，全部數據可實時上傳。

2 SmartPro與IND560的通訊配置

石灰石與焦炭的混合比例是否恰當，關系到生石灰的質量及CO2的濃度。稱重儀的選用起到至關重要的作用。我司采用梅特勒－托利多公司的IND560稱重顯示控制器對塊煤和石灰石分別稱重計量，它是一款技術先進、功能強大的通用稱重終端。具有眾多與PC或PLC的通訊接口方式和數字I／O控制端口。在配料應用上可以實現全自動工作方式，實現物料的快速、精確稱量控制。

IND560通過ProfiBus－DP接口與SmartPro系統連接并進行數據通訊，在DCS系統上可以實現稱重數據的讀取，以及對IND560稱重儀的去皮、清零等各種控制。要實現上述功能，在IND560和SmartPro中必須進行設置才能使通訊正常。

2.1 IND560側的設置

在IND560鍵盤面板上進入設定模式，展開到如圖1設定菜單樹。

圖1 設定菜單樹

2.1.1 Node Address（節點地址）

每個連接到DP總線上的IND560都有一個并且是唯一的物理DP地址（0～125之間），設置時要注意，地址要與SmartPro系統的IND560硬件配置站地址對應相同。

2.1.2 Shared Data（共享數據）

設為允許共享數據通訊。

2.1.3 Data Format（數據格式）

有Integer、Divisions、Floating point三種格式。選Divisions（分度數），以顯示分度數傳輸。

2.1.4 Message Slots（信息幀）

設置傳輸數據組數，有1～4組。選4組。

2.2 SmartPro側的配置

2.2.1 將IND560的GSD文件復制到C：／target／ hollysys／PCBaseIO目錄下，然后重新啟動Con－Maker，ConMaker才能識別新加入的GSD文件。2.2.2 在硬件配置中添加IND560設備。

2.2.3 IND560的站地址設置，輸入和輸出模塊的添加。

2.2.4 在ConMaker中定義輸入和輸出物理點變量，并將其參與組態程序中的邏輯運算。ConMaker定義的輸入和輸出變量必須與IND560規定的保持一致，否則數據讀取不到和輸出控制錯誤。

在IND560中已經規定好了Divisions數據輸入和輸出變量的地址（如圖2）。

2.2.5 負數的轉換

由于IND560傳送的Divisions數據是無符號的16位整形數，在DCS系統上為正數時顯示正常，負數時顯示為最大值65535，需要編程轉換才能顯示正常。先要根據整形數的第16位來判斷，為0時，數據正常，1時則要轉換。將1至15位轉換為十進制數，再加1取負，就能正常顯示負數，這也就是計算機中求補數的運算。程序功能塊如圖3 。

圖2 Divisions數據輸入和輸出變量的地址

圖3 程序功能塊

3 配上料系統的控制

根據配上料、運灰工藝流程，并且貫徹以方便操作人員操作、簡單易用的思想，設計了如圖4的操作界面，在這個界面下，操作人員可以完成現有4臺窯的配上料的所有操作。在畫面上可分別實現就地控制和DCS自動、手動控制。由于操作按鈕較多，操作時就經常有可能按錯按鈕，造成誤動作，為了避免這種情況發生，把各按鈕加上相互關聯相互限制的條件，做到只有在按鈕允許動作時，按下才起作用，否則即使按下也不會動作。

圖4 總配上料控制畫面

圖5 DCS配上料控制流程

4 DCS聯鎖保護系統

4.1 配上料聯鎖保護

為了確保配上料的正常運行，以及保護人員和設備的安全，針對各種可能出現的故障在DCS上做了必要的聯鎖保護，每個聯鎖均可單獨投入或解除。只要有一個觸發了聯鎖，配上料就會停止，并且報警提醒操作人員。只有解決了故障并復位后，才能重新配上料。操作人員還可以根據生產需要對聯鎖參數進行修改和投入或解除。

各聯鎖的說明：

1）當石灰石或焦炭給料器在配料過程中，重量超過設定值時，停止配料。避免料斗物料滿出撒料。

2）當小車料斗裝好物料上行6秒后，石灰石或焦炭重量小于設定值，判斷老虎咀閘門未關上或其它故障，禁止配料。

3）當石灰石給料器運行7秒后或焦炭給料器運行9秒后，重量小于設定值時，判斷為老虎咀閘門未關緊或料倉出料口堵住，停止配料。

4）當小車到底7秒后，石灰石或焦炭重量大于設定值時，禁止配料和卷揚機啟動。判斷為老虎咀閘門未打開或下料口被大塊物料堵住。

5）當卷揚機上行或下行電流大于設定電流時，停卷揚機，操作人員檢查引起電流過大原因。

4.2 出灰顯示及聯鎖保護

流程圖中石灰窯下部的綠色光柱為出灰信號，其原理是在出灰管道上安裝一個小揚聲器，出灰的強弱使揚聲器振動產生對應強度的音頻電壓信號，經音頻交流電壓模塊轉換成4～20mA標準信號，用以指示下灰狀態。工藝聯鎖要求為：當聯鎖投入時，設備要按從左到右的順序才能逐個開起來，停機時要按從右到左的順序停下來。當某一臺設備出現故障時，要求該設備之后的設備都要停止運行。

圖6 出灰聯鎖保護

為了更好的保護設備安全，增加了出灰系統電機設備電流超過設定值時就報警及聯鎖停機。

5 結 語

通過DCS系統在石灰窯的各種應用，大大提高了過程控制的自動化水平，減輕了操作人員的勞動強度和有力保護好設備和人身安全。本DCS系統能完全滿足石灰窯的自動控制與信息化的需求，并且通過OPC通訊可以把系統的運行信息接入工廠生產信息系統中，滿足了對生產信息的管理需求。

TQ 056.2

B

1005－8370（2012）06－29－04

2012－09－03