冶煉煙氣制酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機聯(lián)鎖保護控制技術(shù)

呂 亮，于 躍，張云鵬

(1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司礦冶研究院，云南曲靖 655011；2.呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008)

呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司（以下簡稱馳宏礦業(yè)）鉛廠冶煉煙氣制酸系統(tǒng)分為凈化、干吸、轉(zhuǎn)化和尾吸4個工序。該制酸系統(tǒng)用SO2風(fēng)機為鉛冶煉煙氣提供動力，如果SO2風(fēng)機出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致整個冶煉煙氣制酸系統(tǒng)非計劃停車，因此提高SO2風(fēng)機運行的安全性和可靠性是非常必要的。

馳宏礦業(yè)制酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機采用現(xiàn)場PLC聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)（以下簡稱PLC控制器）。從技術(shù)方面來看，單一的聯(lián)鎖保護不足以提升設(shè)備的安全性，如果現(xiàn)場PLC聯(lián)鎖保護控制失效，則后果會十分嚴(yán)重。現(xiàn)階段SO2風(fēng)機運行過程中，存在現(xiàn)場溫度控制儀會發(fā)生異常波動、PLC控制器長時間運行可能出現(xiàn)死機導(dǎo)致風(fēng)機與PLC聯(lián)鎖失效的問題。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備本體情況，在不追加投資的基礎(chǔ)上，增加DCS遠(yuǎn)程聯(lián)鎖保護控制器是較為理想的方案。

1 SO2風(fēng)機配置

馳宏礦業(yè)鉛廠硫酸車間選用1臺C1230-1.295/0.836型風(fēng)機，設(shè)計出口壓力45 kPa，主軸轉(zhuǎn)速2 950 r/min，流量1 230 m3/min，功率1 120 kW，配套1臺YPT560-2-1120kW/10kv型變頻電動機、1臺HARSVERT系列高速變頻器和1臺YZ-125AHB型稀油站（1.6 m3）；選用SIMATICS7-300型現(xiàn)場PLC控制器。

2 PLC聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)

PLC控制器工作原理示意見圖1。

圖1 PLC控制器工作原理示意

通過總線卡將現(xiàn)場儀表實際測量到的軸承溫度、電機溫度、軸承振動速度值、稀油站油壓等數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊IEMENS可編程控制器，與給定的報警值進行對比。如果實際數(shù)值高于設(shè)定值，PLC主控站發(fā)出停機指令，則風(fēng)機停機，對風(fēng)機起到保護作用。

PLC聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機硬件示意見圖2。

圖2 PLC聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機硬件示意

用現(xiàn)場儀表測量風(fēng)機和稀油站等設(shè)備的溫度、壓力和軸承振動速度值等參數(shù)，當(dāng)測量值大于設(shè)定參數(shù)時，現(xiàn)場控制儀的觸點動作，控制繼電器由“常閉”轉(zhuǎn)為“常開”，控制信號返回PLC控制器后，發(fā)出停機指令，風(fēng)機跳停。

在生產(chǎn)過程中，風(fēng)機多次出現(xiàn)總線（DP）通訊中斷、受外界干擾現(xiàn)場溫度控制儀出現(xiàn)異常，測量值不穩(wěn)定，甚至超過報警值，致使風(fēng)機停止的情況。2015年，因電磁干擾造成DP通訊中斷，現(xiàn)場PLC控制器死機造成聯(lián)鎖失效，導(dǎo)致稀油站正在使用的油泵和備用油泵同時停機，最終釀成風(fēng)機主軸、軸瓦、前葉輪損毀的重大設(shè)備事故。

3 DCS聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)

SO2風(fēng)機新增DCS聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)（以下簡稱DCS控制器）為軟件聯(lián)鎖，當(dāng)硬件設(shè)備（現(xiàn)場控制柜上的儀表等）發(fā)生故障時，軟件聯(lián)鎖可起到雙重保護作用。DCS控制器對風(fēng)機前后軸承溫度、電機前后軸承溫度、電機定子溫度、油箱溫度、風(fēng)機前/后軸振動速度值、供油溫度和壓力進行實時監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)通過通信傳到DCS主控室，實現(xiàn)DCS操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)測和操控。

DCS控制器測點布置及電氣控制原理示意見圖3。

圖3 DCS控制器測點布置及電氣控制原理示意

整個風(fēng)機控制系統(tǒng)硬件為模塊結(jié)構(gòu)，共分為3個控制站：變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、進風(fēng)門調(diào)節(jié)和防喘振閥調(diào)節(jié)，每個控制站的模塊都插在同一底板上。IO模塊獨立采集數(shù)據(jù)，并且有一定的數(shù)據(jù)處理能力；CPU模塊通過總線（DP）與各模塊進行數(shù)據(jù)交換。PLC控制器的SIEMENS可編程控制器帶有集成的模擬量I/O及PROFIBUS主站接口，帶有數(shù)據(jù)輸入、輸出及交換的功能，能夠滿足對處理能力和響應(yīng)時間較高的場合，在PLC控制器軟件上增加DCS控制器，無需改動現(xiàn)場控制柜即可實現(xiàn)雙聯(lián)鎖，操作簡單。當(dāng)現(xiàn)場儀表采集的數(shù)據(jù)通過PLC的I/O接口傳至PLC的中央處理器 （CPU） 時，CPU用掃描的方式采集經(jīng)現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存儲器中，同時診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。一旦出現(xiàn)異常情況時，PLC控制風(fēng)機停止運行，并通過DP通訊傳至DCS上位機。DCS接收數(shù)據(jù)后，軟件聯(lián)鎖啟動，風(fēng)機可在正常保護狀態(tài)下停機。

聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機硬件示意見圖4。

圖4 DCS聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機硬件示意

在DCS加入軟件聯(lián)鎖條件后，當(dāng)PLC在現(xiàn)場儀表發(fā)生意外狀況達(dá)到PLC聯(lián)鎖條件停機外，實測數(shù)據(jù)還通過DP通訊傳至DCS。DCS接收數(shù)據(jù)后，軟件聯(lián)鎖啟動，通過判斷稀油站油泵運行信號及油壓信號，如兩個條件都滿足，則風(fēng)機可在正常保護狀態(tài)下停機。

4 結(jié)語

新增的DCS軟件聯(lián)鎖，可以在風(fēng)機控制柜的電器元器件不可靠的時候，保護風(fēng)機、電機可靠運行，雙重聯(lián)鎖使SO2風(fēng)機的安全性能得到顯著提升，可進一步避免風(fēng)機事故的發(fā)生。同時，新增的DCS軟件聯(lián)鎖還可根據(jù)工藝要求和風(fēng)機的實際情況，靈活實施聯(lián)鎖和解鎖兩種不同的指令，更適用于工業(yè)生產(chǎn)實際。