集中供氣系統采用DCS 遠程控制的重要性

李林森

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南文山 663701）

0 引言

空壓機是企業、工廠生產壓縮空氣的主要設備，傳統的空壓機控制方式存在明顯的缺陷，如人工手動控制、設備磨損較大、能耗損失較高且產生大量的熱量及噪聲等。某選礦車間有A、B、C 三套生產系統，共用一個集中供氣系統（10 臺空壓機）進行供氣，所有空壓機均采用傳統的人工手動控制。研究發現，整個選礦生產過程中系統壓力無法根據生產需求及時進行調整，造成資源和能源的浪費；空壓機待機、啟動、停止過于頻繁，致使設備長期處于高溫、運轉狀況，機械故障增多，能源消耗加劇，維修費用升高，生產成本增加。

隨著生產規模的不斷擴大，企業、車間對壓縮機容量和壓力等級的要求越來越高，對設備的管理、設備的安全運行、能源消耗和員工的工作環境有了更高的要求。為了解決這一系列的問題，通過采用遠程DCS 改變空壓機的控制方式，減少能源消耗，實現設備安全、高效運行以及集中供氣的無人值守，使生產人員遠離污染源。遠程DCS 控制是企業節能降耗、挖潛創效、安全生產工作的引導方向，可以在保證設備的正常運行和工藝系統的穩定同時，為本質化安全生產、安全發展奠定基礎。

1 存在問題

該選礦車間集中供氣由A、B 系統和C 系統，合計10 臺空壓機組成，其中6 臺阿特拉斯空壓機、1 臺辛麥恩空壓機、3 臺英格索蘭空壓機。實地調查發現，空壓機的運行工況較為惡劣：10 臺空壓機均安裝在主廠房內，增加了廠房內的溫升及噪聲；設備安裝位置通風不良、散熱不佳，在夏季溫度較高時出現熱保護跳閘停機等情況；由于空壓機安裝空間受限、無吊裝輔助設備，更換電機、機頭等重型部件時耗時較長，且人工搬運過程中存在較大安全風險；空壓機安裝在磨礦平臺的安全通道，安全通道旁還設置壓力容器，隔離措施不符合安全通道設置要求；空壓機上方安裝有旋流器，當旋流器出現潑灑現象時礦漿極易飛濺至空壓機上，影響設備的安全運行。

因為A、B 系統和C 系統為獨立的供氣系統，導致A、B 系統和C 系統供氣存在供氣余量互補調節的不便（A、B 開啟1 臺儀表空壓機供氣能力不足，C 系統開啟1 臺儀表空壓機供氣能力富余），為保持供氣的穩定性，兩套供氣系統均考慮了供氣余量，增加了運行功率，空壓機加卸載較為頻繁，且整個集中供氣空壓機均采用人工手動控制方式，管理方面存在較多不便。

（1）整個空壓機系統在生產運行過程中空壓機的開啟和停止都為現場人工手動控制，崗位操作人員及工作人員在整個生產和調試過程中接觸的噪聲時間較長，噪聲污染較為嚴重，且在整個選礦生產過程中系統壓力無法根據生產需求及時調整，造成資源和能源的浪費。

（2）空壓機加載、卸載過于頻繁，因手動控制無法及時調整供氣壓力值，整個供氣過程中形成一個“加載—卸載—加載”的閉環回路，頻繁加卸載，造成資源浪費和能源消耗加劇。

（3）空壓機待機、啟動、停止過于頻繁，空壓機的供氣過程通過設置加載壓力和卸載壓力來控制供氣的壓力范圍值，間接控制空壓機的啟停，致使空壓機長期處于高溫、運轉狀況，機械故障增多，維修費用升高，能源消耗加劇，生產成本增加。

（4）生產過程中無法及時監測用氣壓力變化，經常會因為用氣壓力變低而導致不必要的停機、設備故障或無法滿足工藝生產要求，選礦工藝指標波動較大，造成能耗、礦山資源的浪費。

（5）生產車間用氣點較多且用氣頻繁，用氣時間點雜亂無章，導致氣壓忽高忽低，因無法及時調整壓力值范圍，影響車間正常、高效生產。

（6）無法及時發現集中供氣系統故障。在選礦生產過程中集中供氣至關重要，因無法及時關注到氣流的壓力變化，導致生產設備停機或選礦效果變差，最終會造成空壓機出現異常狀況或故障停機。

（7）供氣管路老化漏氣、氣管接頭不牢固漏氣、氣閥未完全關閉，造成能源和資源的大量浪費。

（8）人工手動控制的方式存在誤操作的可能性，一旦操作或管理失誤將產生較大的安全風險，影響工藝系統的正常運行甚至造成人員傷害，企業安全生產和作業本質化安全將無法管控。

2 DCS 遠程控制及視頻監控的運用

將空壓機的壓力、溫度、振動、位移、電壓、電流等模擬量直接接入DCS，DCS 到電控的開關量信號通過機旁PLC 執行控制，這樣可以實現“電控”現場開停車或遠程DCS 全自動開停車功能，確保空壓機在工藝要求的壓力、流量變化范圍內高效安全運行。視頻監控配合DCS 監控系統使用，可以實現遠程控制，方便操作人員及時掌控每個點的運行情況，大大降低操作人員接觸設備、誤操作造成人身傷害的風險。

（1）設置遠程開、停機及監控系統。DCS 遠程控制和視頻監控系統的引用，在中控室實現定時或實時開啟和停止空壓設備，避免了人為誤操作導致的故障，通過視頻監控空壓機房的內部環境，及時發現異常情況及故障，保證空壓機系統及整個生產車間所有設備正常、高效地運行。

（2）合理控制空壓機供氣壓力。根據生產要求及時開啟和關閉空壓機或調節其加卸載壓力來控制生產壓力范圍值，減少頻繁加載和卸載工況，可以降低能耗和設備易損件的磨損，延長設備使用壽命。

（3）設定壓力報警值。設定集中供氣壓力的上、下限保護，將輸出壓力值轉換以信息的方式傳播，當壓力發生變化影響整個生產系統正常運行時，可快速、高效地調整整個集中供氣的壓力范圍值，保證生產系統免受影響。

（4）設定溫度報警值。對輸出的溫度信號進行上、下限報警設置，并判斷和處理輸出信號線路，及時找出整個集中供氣系統故障，排除故障。

（5）供氣管路網上控制閥的安裝。整個供氣管路數據的采集和收集，通過遠程控制實時觀測到供氣管路數據的變化，及時對壓力變化進行補償。

（6）其他參數數據的采集和控制。如高低壓配電信號等，當電壓、電流發生變化時可及時監測到它的變化值，可正確判斷出故障原因是否為電壓、電流值變化所引起，及時排除故障，保證生產系統正常、高效地運行。

3 項目效果

（1）實現遠程監視的項目有：①空壓機的運行、通知、加載、卸載和工作狀況；②各空壓機的排氣溫度、工作環境溫度、壓力值參數、壓力加卸載值、報警信號及跳車保護值等；③主電機工作電壓、電流值，主電機前后軸承溫度，主電機繞組溫度，排氣口溫度等；④潤滑系統潤滑油油溫、油壓；⑤空壓機運行時長及剩余維護保養時間。

（2）實現遠程控制的項目有：①控制空壓機的啟動、停止、加載、卸載；②設定空壓機的工作壓力值，加載、卸載值；③控制空壓機的報警信號值及跳車保護值等。

（3）實現無人值守的益處：①避免人為誤操作導致的設備停機；②避免崗位工作人員長時間處于有噪聲污染的環境，改善崗位工作人員的工作環境；③遠離粉塵、高溫、高壓環境，避免因設備故障導致的人員傷害；④實現數據的實時采集和控制，可以隨時監測到電壓、電流等變化，正確判斷出故障原因，進而及時排除故障，保證生產系統正常、高效運行。

4 創造效益

4.1 直接經濟效益

（1）A、B 系統和C 系統單獨供氣時用電單耗為800 kW，集中供氣改造后用電單耗為740 kW，1 年以365 d 計算，除去檢修、意外停機、節假日停機時間等30 d，電費按0.4 元/（kW·h）計算。則集中供氣改造后電費為800×24×335×0.4-740×24×335×0.4=19.30 萬元。

（2）集中供氣使用人工手動控制方式時用電單耗為740 kW，使用DCS 遠程控制后用電單耗為720 kW。則DCS 遠程控制后電費為740×24×335×0.4-720×24×335×0.4=6.43 萬元。

（3）集中供氣優化改造和使用遠程控制后可減少崗位操作人員1 人，則人工費每年少支出10 萬元。

這樣，整個改造項目每年可創造效益19.30+6.43+10.00=35.73 萬元。

因此，該集中供氣的改造和DCS 遠程控制的投用，每年可節約35 萬余元，符合公司降本增效的管理理念。

4.2 間接經濟效益

改善了崗位工作人員的工作環境，避免崗位工作人員長時間處于噪聲、粉塵、高溫環境，確保員工工作環境優良、合格，工作地點遠離供氣系統，避免因設備故障導致的人身傷害。

通過遠程控制的運用，能夠有效縮短壓縮空氣壓力值的調節時間，確保供氣壓力的穩定性，減少能源消耗和資源浪費，方便生產調節及數據的統計分析工作，在企業或生產車間有較好的應用前景。

4.3 社會效益

集中供氣的優化改造的成功應用，增強了車間員工特別是專業技術人員堅持技術創新道路的信心，進一步加強了公司的科技創新能力，解決了空氣流量、壓力整體穩定性較差、調節速度慢、效果不明顯等問題，不僅降低了操作人員的勞動強度，而且確保設備及工藝系統穩定、安全、高效運行，改變員工的工作環境，提升員工的工作滿意度，同時減少車間生產運維成本。

5 結論

DCS 遠程控制系統在該項目的運用，實現了以下目的：①改善崗位工作人員的工作環境，避免人為失誤操作引發安全事故和降低人工操作風險，實現崗位操作人員的作業本質化安全；②有效縮短壓縮空氣壓力值的調節時間，保證供氣壓力值的穩定；③減少空壓機頻繁加載、卸載，避免資源浪費，達到節能增效的目的；④方便生產調節及數據的統計分析，實現各作業點的本質化安全；⑤在企業生產車間有較好的應用前景。