DCS自動控制系統在銅冶煉中的應用

武麗霞

（中國有色集團撫順紅透山礦業有限公司，遼寧 撫順 113321）

DCS自動控制系統在銅冶煉中的應用

武麗霞

（中國有色集團撫順紅透山礦業有限公司，遼寧 撫順 113321）

基于底吹爐銅冶煉的必要性和可行性，整個系統采用了 DCS自動控制裝置完成連續上料過程，構成完善的計算機控制系統。底吹爐銅冶煉 DCS自動控制系統主要完成備料倉的給料、稱量、物料運輸直至將銅精礦、煤粉、返料粉、石灰石、石英石等原料按照要求的給定比，瞬時送入底吹爐這一過程的自動控制。本系統還完成對現場流量、壓力、溫度、液位等測量點的監測及調節閥的控制等。整個系統以西門子 PLC為核心控制，外增設相應擴展模塊，實現對輸入數據的采集、轉換及輸出等。組態軟件中，趨勢圖、報表等功能真實可靠，為出現故障時快速、準確分析原因提供了有力依據。基于 DCS自動控制系統之下，多處運用變頻技術，節約了能源，同時，自動化水平的提高，減少了人力資源，降低了運行成本，為生產的安全運行提供了保障。

自動控制；檢測裝置；調節閥；置位

伴隨著科學技術日新月異的發展，我國的銅冶煉生產經歷了很大的變化，目前銅冶煉控制過程正處在向完全自動化邁進的新時期。鑒于我公司改造后銅冶煉方式的改變，我們采用了全新的 DCS集散控制方式實現對粗銅冶煉的控制。整個銅冶煉 DCS控制系統由 3個主要部分組成，上位機、下位機 Siemens S7-300、現場傳感器與執行部件等。其主要功能有：實現對銅精礦、煤粉、石英石、石灰石、返料粉等原料的自動上料過程控制。整個系統實現了原料自動上料，閥門自動調節，現場溫度、壓力、流量等信號的實時監測，其中原料自動上料過程控制是整個自動控制的核心。

1 系統構成

1.1 系統硬件

銅冶煉DCS控制系統中有多個電機/泵、調節閥、流量、溫度、壓力測量元件等，它們分散分布在設備的不同位置，要求計算機實現監測、控制或調節。

其中上位機選用 Dell工控機，內置西門子通訊卡。上位機與下位機通訊，實現對下位機及整個系統的監控和操作。

下位機選用 S7-315 2DP PLC和溫度模塊，模擬量、數字量輸入 /輸出模塊，通過 CP343與上位機連接，S7-315 2DP PLC具有簡單實用的分散式和多界面網絡能力，如果控制任務增加時可自由擴展。下位機 PLC實現整個銅冶煉自動控制系統的數據采集，邏輯控制與自動控制并調節的功能。

銅冶煉自動控制系統配備了上料皮帶機、變頻器和調節閥等控制裝置和稱重傳感器、浮子流量計、熱電阻、熱電偶、壓力變送器、氧濃分析儀等檢測裝置。通過傳感器采樣現場數據，提供計算機來實現變頻器、閥門等的控制調節功能。

1.2 系統軟件

軟件編程分為上位機軟件和下位機軟件。它們在系統中具有不同的功能但卻有著同樣重要的作用。

由于上料控制過程對實時性要求較高，而上位機和下位機通訊距離較遠，通訊較慢且容易受到干擾，所以把更多的控制功能放在了下位機。本系統下位機采用Siemens S7-300編寫的 PLC程序，實現冶煉系統控制層的功能，如手動 /自動轉換，邏輯控制與 PID調節，數據采集與調控輸出功能等。這部分的程序采用模塊化設計。其中主體程序 OB1塊程序如下：

上位機的組態軟件同樣可以執行一定的控制功能，其優點在于腳本編寫更容易，能充分發揮自身系統的優勢。本系統上位機以 windows XP 為系統平臺，用力控科技軟件集成。為了能及時、準確地采集、存儲和顯示數據，更好地掌握系統運行情況，方便、準確地實施運行控制，在上位機軟件中建立了熔煉系統圖、備料系統圖、電熱前床、報警記錄、參數設置、數據報表等畫面，其中，熔煉系統和備料系統是整個自動控制的關鍵。上位機軟件實現全部上料皮帶的運行監控，純氧及保護風入爐流量、壓力、調節閥的監測，循環水流量、壓力及煙氣溫度的監測等，并實現報警記錄、數據、報表及參數設置等。

2 主要監控功能

2.1 工藝流程

銅冶煉所需物料共五種，包括銅精粉、煤粉、返料粉、石灰石、石英石，這五種物料分別通過六個計量皮帶計量。除此之外，還包括四條上料皮帶，通過上料皮帶，將物料送至底吹爐下料口中。

熔煉系統是進行銅冶煉的主要系統，主要包括底吹爐和送風系統，物料在底吹爐中進行冶煉，制氧站及螺桿風機送入底吹爐中的助燃風經閥門由氧槍進入爐內，為了準確地監測入爐氧量及判斷氧槍使用狀況，在每一條送風管路中，都增設流量、壓力變送器，同時在管路中加裝調節閥，以調節風量，此外，也可查詢熔煉水系統、熔煉各數據曲線及氧槍各數據報表。

2.2 PLC上料過程控制

自動上料過程控制由 PLC中程序完成，程序控制過程如下：（1）當在備料系統界面中點擊“給料開車預告”按鈕后，程序中內部輔助繼時器 M1777.7通電置位，常開點閉合，繼電器 T10延時 10S，10S之后，M1777.7繼電器復位，同時“給料預告置位”復位。（2）當按下“系統正常開車”按鈕后，備料和熔煉9.5米事故急停開關未按下的情況下，在下位程序中，M25.5、M29.0輔 助 繼 電 器 復 位，M15.0取 0至 1時的上升沿，系統正常開車顯示（DB2.DBX15.1）置位，即電腦桌面上顯示系統正常開車。（3）備料所有計量皮帶和上料皮帶轉換開關均打到“遠程”，即程序中M2.1繼電器通 電，常開 點 閉 合，M2.2-M2.7繼 電 器斷電，取其常閉點與 M2.1常開點串聯后，使“自動開車時備料車間做好準備開車條件”即 DB2.DBX14.7點置位接通，使熔煉允許備料開車啟動標志置位。（4）熔煉允許備料開車啟動標志置位，同時 KX11急停按鈕復位，3#皮帶打開“遠程”，3#皮帶啟動，3#皮帶啟動后，將其運行反饋點串到2#皮帶啟動條件中，延時 3S后，2#皮帶啟動，然后啟動 1#皮帶，1#皮帶啟動延時 3S后，啟動 0#皮帶，然后啟動計量皮帶。（5）按下畫面中“系統正常停車按鈕”，使點 DB2. DBX15.2置位，底吹爐中“工作位”或既不在工作位也不在事故位時，M22.5通電，通電后取其常開點，同時總料值≤ 0.5T時，延時 10S，M16.0取上長沿，使熔煉允許備料開啟啟動標志“復位”（即停車）。（6）在“系統故障停車顯示”復位的情況下，有三種方式進行系統急停車，一是按下畫面中“系統急停車”按鈕，二是當底吹故障與備料開車聯鎖時，底吹爐系統故障 DB2.DBX5.3置位。三是按下 DX11中事故急停開關或 KX12中事故急停開關。

在整個自動控制過程中，子程序多，控制過程繁瑣，現場設備任一點出現問題都可能使系統不能正常運行。

3 DCS動態運行過程中容易忽略的問題

我們在安裝調節閥門時曾遇到這樣一種情況，調節閥門本身無故障，輸入到DCS系統中的信號也正常，但是通過操作系統控制閥門時沒有響應。后經反復調試找到原因。原因主要是由于DCS中模塊的電源接地線直接接至大地，而電動閥門的地線不接地，導致電源失衡使得閥門不能正常動作。加裝隔離器后DCS的電源浮空，與接地一致，再將四線制輸入模塊公共端接地后閥門正常動作。

由于整個系統控制系統屬于連續上料過程，涉及元器件較多，某一個小元件損壞都可能使整個系統停車，這就要求維修人員在日常維護過程中一定要認真負責。一次由于原料系統DO模塊送電保險絲損壞造成 DO模塊無輸出，使整個系統停車。還有一次主控工人反應上料畫面中置數無響應，但反饋能監測數據，后經檢查發現由于原料 PLC到交換機光纖折損，部分網格數據連不上，使一些操作不能進行，但通過雙絞線的數據監測正常，后經修復光纖后故障排除。

在設備運行過程中突然發生故障時，操作人員的故障現象觀察能力對工程技術人員判斷故障發生點有著非常重要的作用，這就要求運轉人員對整個系統的控制過程十分熟悉。一次調度通知系統故障突然停車，但運轉人員描述不清停車狀況，皮帶上布滿物料又不符合開車試驗條件，故障點確定非常困難，后經證實是計量皮帶先停，然后上料皮帶停車，由此可以馬上確定故障原因是上料皮帶反饋點無輸出，使計量皮帶停車，后經查上料皮帶柜空開跳閘，使系統停車。

底吹爐銅冶煉是連續上料過程，系統突然出現故障停車，必須馬上修復，所以說維修人員不但要了解現場每一個元器件的功能、位置、還要掌握控制原理及過程，同時還需要現場運轉人員的緊密配合。

4 結語

DCS自動控制系統在銅冶煉中的應用，實現了集中控制，分散管理，安全性、可靠性大大提高，有利于更高一級的控制。模塊多樣，可以任意增減監控點，充分體現了控制過程的靈活性和護展性。本控制系統中，多處運用變頻技術，同時減少了人力資源，大大節約了能源，降低了運行成本。從實際運行情況來看，此系統控制效果良好，自動化水平較高，易于操作，運行平穩可靠，具有廣泛的應用前景。

TP273

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1671-0711（2017）07（下）-0158-02