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SUPCON DCS系统在矿山石灰窑的应用
jiang_0514 发表于 2009/6/2 13:01:24 939 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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SUPCON DCS系统在矿山石灰窑的应用
摘 要：本文介绍了浙大中控DCS系统在矿山石灰窑的主要应用，简单说明了其工作原理;同时详细说明了石灰窑的工艺及控制流程。
关键词：DCS系统 石灰窑 工艺及控制流程
Abtracts：This paper introduces Zhjiang University SUPCON DCS system’s main application in the mine limekiln, a brief description of its working principle; At the same time, a detailed description of the lime kiln process and control flow.
Keywords：SUPCON DCS system the mine limekiln process and control flow
一、概述
福建三钢（集团）有限责任公司矿山公司原有5座150m3气烧石灰竖窑,其中1#、2# 气烧窑是由150m3机械焦炭竖窑改造而成，分别于1998年4月、12月投产，3#气烧窑于2001年2月投产。4#、5#气烧窑于2004年8月投产。目前气烧窑各项经济指标位居国内同类型窑炉中前列，具备年产20×104t冶金石灰的能力。根据三钢“十一五”规划须扩建两座6#、7# 155m3气烧石灰窑以满足年产钢500万吨的需求;气烧石灰竖窑主要以高炉煤气、部分转炉煤气为燃料，这两座窑已于2007年底投入生产。
二、工艺流程
石灰窑生产的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰。在竖窑的加料口加入石灰石，经过煤气燃烧，煅烧成生石灰，输出到成品料仓。主要包括石灰石筛选、上料系统、煅烧系统、冷却空气循环系统、助燃空气循环系统、废气除尘循环系统、成品出窑、运输系统及配套的煤气加压泵站、液压站等系统。
1、整个石灰窑的工艺流程如下图所示：
通过煤气和空气混合煅烧石灰石。在1000℃左右的高温下生产石灰是复杂的工艺过程。
影响石灰活性的因素为气烧窑各段温度，主要是煅烧带温度，一般煅烧带温度在800～1100℃。在此以煅烧带温度为控制目标，进炉煤气流量为控制参数（进炉空气流量按空/煤比随煤气流量调整），由于该对象纯滞后较大，采用常规PID控制效果不佳，为此采用模糊控制算法。模糊控制算法的主要原理为：设定煅烧带温度偏差（E），煅烧带温度偏差变化率（EC）与控制作用煤气流量（U）作为模糊控制的三要素，借鉴操作规程及对操作人员经验的总结，制定出相应的模糊规则表（如下图所示）。其基本的控制原则是当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除误差为主;当误差小时，选择控制量注意防超调，以保证系统稳定。
在不同E、EC下控制量U的模糊规则表空气流量采用PID控制，将煤气流量的输出值乘以空/煤比作为PID控制空气流量的设定值来保证空/煤比恒定。
2、石灰窑过程控制系统（DCS系统）主要实现的功能有：
（1）通过DCS系统实现对生产过程中的压力、温度及流量等参数的实时采集和处理。
（2）通过DCS系统实现整个上料和出料过程的全自动控制，进行故障诊断，并在监控画面上显示上料批次以及出料时间等。
（3）通过DCS系统实现煤气加压站和空气加压站的控制，煤气流量、煤气压力、空气流量和空气压力采用手操器控制，确保煤气和空气以一定的比例混合，使得窑内的气体燃烧得更充分，并对其故障实现实时报警和连锁停机控制。对煤气加压机和风机的启动采用顺序启动方式。
（4）DCS系统设置自动和手动2种工作方式。手动方式用于单个设备调试和备用，正常生产工作用自动方式。对于重要参数如煤气压力、煤气温度及矿石重量等用CRT和仪表双显示，保证了手动方式下的操作条件。
（5）在控制室CRT上能观察到全部设备工作参数，包括故障、停止、运行、手动和自动等状态，便于维护处理。用动态流程图进行工艺总貌显示，流程图上有实时值显示。
（6）通过DCS系统实现对能耗指标煤气进行精确累计;对石灰的出灰重量和时间正确记录。
系统主画面如下图：
三、SUPCON DCS系统介绍
SUPCON WebField GCS-2 系统是浙大中控公司控制系统家族的重要成员，是一种面向中小型控制领域的多功能控制系统（Mini DCS），可实现数据采集、过程控制、顺序控制等实时任务。该系统在进行功能设计时，除保留了常规DCS 系统强大的模拟量处理和回路控制功能，还兼具快速逻辑控制功能及更高的系统实时性性能。系统总体结构
GCS-2 控制系统是一种“网络化控制系统”，它采用了Web 化体系结构，支持C/S 模式，突破了传统控制系统的层次模型，实现了与多种现场总线技术的兼容和其他厂家智能设备的综合集成，并可与多种国内外DCS、PLC 等控制设备进行互连。
第一层网络是过程控制网，称为 SCnet Ⅱ，采用10/100Mbps 自适应工业以太网进行数据通信。
第二层网络是远程通信网络，称为Rcom I 网，它基于工业以太网技术设计，用于连接远程I/O 机架和远程扩展机架。
第三层为机架内部I/O 总线——CDM 总线。它是一种高速并行总线，能提供高达80Mbps 的总线速度，大大加快了I/O 模块与CPU 模块之间的数据交换速度。
GCS-2 系统采用高速冗余工业以太网SCnet Ⅱ作为其过程控制网络。它直接连接了系统的CPU、操作站、工程师站、通信接口单元等，是传送实时信息的通道，具有很高的实时性和可靠性。SCnet Ⅱ网络最多能挂16 个操作站，TCP/IP 协议地址可在128.128.1.129～128.128.1.160 之间选择，子网掩码为255.255.255.0。下图为操作站网卡得结构示意图：
CPU 模块作为SCnet Ⅱ的节点，其网络通信功能由背板上的通信控制器承担。CPU模块上有两个以太网通信口，其中PORT-A 用于SCnet II 网络。CPU 模块控制周期从100 ms 到5s 可选。
四、小结
新窑建成后，公司5座气烧竖窑的利用系数控制在0.8～0.9t/m3.d之间，实践表明石灰质量相对较高。石灰质量的提高在转炉冶炼中具有明显的间接经济效益，如降低吨钢灰耗、减少冶炼喷溅、提高金属收得率、提高炉龄等。
气烧石灰竖窑主要以高炉煤气、部分转炉煤气为燃料，充分利用我厂的二次能源，吨灰煤气成本按 70.00元计算，为我厂节约资金 70.0 元/t×8万t/年=560.00万元/年。本套系统投入运行一年多来，安全可靠，操作简单，非常稳定。
参考文献：
[1]关宸祥.石灰窑.北京:中国建筑工业出版社.1986年7月
[2]孙锡生.影响炼钢用活性石灰质量的因素,石灰.1998
[3]SUPCON WebField系统说明书，浙大中控技术有限公司
[4]三钢矿山气烧石灰窑自动化控制系统，三钢（集团）有限公司
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qzvalvesa 发表于 2009/6/2 13:01:24
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引用 qzvalvesa 2009/6/2 13:01:24 发表于2楼的内容
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