DCS优化控制（精选十篇）
DCS优化控制 篇1
关键词：分散式控制系统,锅炉,水温控制,模糊,自适应
锅炉作为主要的热能设备,在生产、生活中使用广泛。目前我国大部分企业锅炉自动化水平较低,能耗大,浪费了很多煤炭资源,且排放污染气体,已经引起国际社会的关注[1—3]。我国大多数工业锅炉是人工控制,能源浪费严重,如何对锅炉系统进行有效的自动化控制,节能减排,提高安全性和生产效率,是需要重点研究的课题。采用分散式控制系统和智能控制算法相结合的方式,比传统控制方法安全,节省耗煤量和耗电量,提高热效率,且能直观、实时地显示锅炉的各运行参数,减少了工作人员的劳动和失误,具有很好的经济价值和实用价值[4—6]。
本文根据锅炉水温控制的特点,采用8051主控芯片,由AD590温度传感器采集锅炉出水口的水温,经过ADC0804的A/D转换器进行通信,单片机根据数字PID控制算法得到控制信号,调节锅炉风电机和给料机的变频器,通过控制电机转速控制锅炉水温。软件采用模糊自适应内模控制算法实现对水温的控制,可以根据温度显示数据对电机的转速进行实时精确控制。与传统的锅炉水温控制系统相比,该方法能够及时准确地对锅炉水温进行监控,更适合工业锅炉的自动控制[7—10]。
1 DCS系统
分散式控制系统(distributed control system,DCS),又称为集散控制系统。它是一个由过程控制和过程监控组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,是以微处理机为基础,以危险分散控制,操作和管理集中为特性,集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C(computer,communication,CRT,control)技术于一体的新型控制系统。DCS系统具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便等特点。DCS的多元化、网络化、开放化、集成管理方式,使不同型号的DCS可以互连,进行数据交换,并可通过以太网与工厂管理网通信,实现实时数据上网,成为过程工业自动控制的主流。
DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计,系统中各台计算机的可靠性高,计算机之间采用局域网方式通信,进行信息传输,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,改变或扩充系统功能,几乎不影响系统中其他计算机的工作。通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态,即确定测量与控制信号及相互间连接关系,从控制算法库中选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面,从而方便地构成所需的控制系统。当某一局部或某个计算机出现故障时,可以在线更换,迅速排除故障。各工作站之间通过网络通信传送各种数据,整个系统信息共享,协调工作,以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制算法丰富,集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体,可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活,可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。
2 锅炉水温控制原理及设计
2.1 锅炉水温检测原理
在热水锅炉应用中,要准确地检测水温有很多方法,本次设计采用集成温度传感器AD590来测量水温,精确到0.5℃。通过AD590来采集信号,然后通过模数转换,与单片机连接,并通过LED显示出来,同时把采集到的温度信号与给定值比较,如果温度高于给定值的最高值或低于给定值的最低值时,系统就会声光报警。在热水锅炉中,必须把水加热到100℃,然后保温,因此,必须要采用测量量程大于100℃的温度传感器。本文设计的系统是温度检测系统,可以使用热敏电阻之类的器件,利用其感温效应,在线将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,同时可以将被测温度显示出来。
2.2 水温检测系统框图
通过对系统大致程序量的估计和系统工作速度的估计以及I/O口需求量的估计,考虑价格因素、元器件市场因素,选定8051单片机作为系统的主要控制芯片。各种模拟信号均需通过A/D转换器转换成数字量,考虑到被测量的有效位数及其富裕量,选ADC0804芯片作A/D转换器。由于锅炉的内的温度可能超过100℃,选用AD590芯片作为温度传感器。采用LED数码管动态显示测得的数值,采用一片8路三态反相缓冲器74LS240作为字形码锁存驱动器,报警电路采用555定时器组成的振荡电路。
由温度传感器AD590采集温度信号,经过A/D转换成数字信号送入单片机,并由单片机控制LED显示出来,该系统同时有报警功能,当温度符合报警条件时,单片机的P2.7口输出高电平,控制555定时器组成的报警电路报警。图1为水温监测系统框图。
2.3 水温检测电路的设计
采用集成温度传感器AD590测量水温。AD590是利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器(热敏器件),是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:
(1)流过器件的电流(m A)等于器件所处环境的热力学温度(K)度数,即m A/K式中:流过器件(AD590)的电流,单位为m A;热力学温度T,单位为K。
(2)AD590的测温范围为-55~+150℃。
(3)AD590的电源电压范围为4~30 V。电源电压可在4~6 V变化,电流变化1 m A,相当于温度变化1 K。AD590可以承受44 V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。
(4)输出电阻为710 MW。
(5)精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55~+150℃范围内,非线性误差为±0.3℃。
AD590的外形与小功率晶体管相仿,共有3个管脚:1脚为正极,2脚为负极,3脚接管壳。使用时将3脚接地,可起到屏蔽作用。AD590的测温范围是-55~+150℃,最大线性误差为±0.3℃,响应时间仅20μs,重复性误差低至±0.05℃,功耗约2 m W。
其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo为Io乘上10 K,以室温25℃而言,输出值为2.98 V(10 K×298μA)。测量Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。
AD590等效于一个高阻抗的恒流源。在工作电压+4~+30 V,测量范围-55~+155℃,对应于热力学温度T每变化1 K,就输出1μA的电流。这就表明,其输出电流I(μA)与热力学温度T(K)严格成正比。电流灵敏度表达式为:I/T=3Kln8/eR。式中的K、e分别为波尔兹曼常数和电子电量,R是内部集成化电阻。将K/e=0.086 2(m V/K),R=538Ω代入式中得到:I/T=1.000μA/K因此,输出电流的微安数就代表着被测温度的热力学温标数。AD590温度与电流的关系见表1。
AD590测温电路输出的电压信号为模拟信号,要进行数码显示,还需将此信号转换成数字信号。为此我们通过A/D转换器将输入的模拟值转换成数字值,经8051单片机处理后输出到P1以控制温度显示电路。ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片,分辨率8位,转换时间100μs,输入电压范围为0~5 V,增加某些外部电路后,输入模拟电压可为5 V。该芯片内有输出数据锁存器,当与计算机连接时,转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上,无须附加逻辑接口电路。
ADC0804与ADC0809有相同的功能,引脚与ADC0809不同。ADC0804有20个引脚,模拟信号从Vin(+)输入,转换后的数字信号从DB0到DB7口输出,ADC0804的引脚如图2所示。
水温检测电路由温度传感器AD590,模数转换器ADC0804构成检测输入模块,温度传感器AD590采集到的温度信号是模拟信号,因此要通过A/D转换后方可与8155连接,如图2所示,AD590输出的电流信号将直接与ADC0804的Vin(+)相连,Vin(-)端接地,DBO到DB7端分别与8155的A口PA0到PA7连接,锅炉内水温的变化将引起AD590的电阻值发生变化,从而使输出电流发生改变,ADC0804将电流值转换为数字量输送到8155,并通过8155发送到单片机,单片机根据不同的电流所对应的温度值便可以得出锅炉内的水温,其中不同的电流所对应的温度值可以在所给出的表中查到。电路的连接如图3所示,AD590与+5 V电源连接,并通过电阻接地,ADC0804的VCC端直接接高电平,对ADC0804进行单独供电可以保证其正常工作。
3 模糊自适应内模控制算法实现
在锅炉生产过程中,存在非线性、滞后性、时变性、不确定性和多参数耦合,且原理复杂检测难度大,传统的方法很难精确控制。在实际经验中积累的控制策略信息具有模糊性,因此引入模糊控制的概念。模糊控制不需要建立精确模型,可使用模糊规则和隶属函数进行模糊控制,有很好的鲁棒性,且结构简单,成本较低,具有很强的实用性。模糊控制包括模糊规则、模糊推理和模糊决策三部分。但模糊控制没有积分,因此无法处理稳态误差,会产生小幅振荡。本文提出了模糊自适应内模控制算法,该算法控制精度高,鲁棒性强,参数较少,有效地解决了滞后性、非线性、时变性的复杂问题,适应性强。模糊控制器设计如下:
(1)把选择偏差e和偏差变化率ec作为输入语言变量,滤波器时间常数的增量ΔTf为输出语言变量。
式(1)中Tf0滤波器时间常数初始值。
(2)模糊集为负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)。论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3}。
(3)输入语言变量隶属函数为高斯型,输出语言变量隶属函数为三角形。
(4)模糊控制规则是,滤波器时间常数越小,闭环输出相应越快,跟踪滞后越小;滤波器时间常数越大,鲁棒性越好。
采用固定步长1,偏差e和偏差变化率ec均为3,滤波器时间常数初始值为500,增量值ΔTf=20,进行仿真实验。并与传统PID算法进行比较,仿真结果如图4所示。
从图4可以看出,传统PID算法没有滞后性,有30%的超调量,调节时间为4 500 s,模糊自适应内膜控制算法有2%超调量,调节时间为3 600 s,后者较好地克服了滞后,实时优化滤波器参数,使系统能够实时、动态响应。加入阶跃扰动后,传统PID需要3 000 s才能恢复到稳态值,而模糊自适应内模控制只需1 500 s就能快速的恢复到稳态值,模糊自适应内模控制能够比传统PID控制更快地消除扰动,提高了系统抗干扰的能力。
4 结束语
在现代工业生产中,对锅炉的温度的检测、控制,实现自动化恒温控制有非常重要实际意义。锅炉是复杂的热工系统,本文设计的DCS温度控制系统使用模糊自适应内模控制算法实现对锅炉出水温度的控制,具有可靠、适应力强的特点。实验结果表明,该方法能够准确实现供水温度和设定值的实时跟踪和自动控制,提高了锅炉的自动化控制水平和安全性,达到了良好的控制效果,具有较好的使用价值。
参考文献
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DCS控制系统实验教案 篇2
DCS控制系统实验教案
第一课自动控制系统的组成 一 液位控制系统的组成 1 系统的组成 (1)对象 (2)液位测量元件 (3)控制器 (4)调节阀 2 液位是被调节的量 出口流量是调节的量 二、控制系统的框图 Dcs集散控制系统,控制系统,自动控制系统 三、自动控制系统的过渡过程和品质指标 1 在自动化领域中,把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。 2 静态的特点：系统输入x、f不变，系统输出y不变，其他量如z、e、p、q均不变，但生产照常进行。静态是相对而暂时的。 动态的特点：输入变化引起输出变化，其他量也跟着变化，以求系统建立新平衡。动态是经常和绝对的。 循环烘箱,沸腾干燥机, 自动控制系统的过渡过程：自动控制系统在动态过程中，被控变量是不断变化的，它随时间而变化的过程称为自动控制系统的过渡过程，也就是说，系统从一个平衡状态(静态)经过动态过渡到另一个新的平衡状态的过程。 3 干拢的.形式 系统在过渡过程中，被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。 带式干燥机,二维混合机 阶跃干扰(阶跃输入)的特点：比较突然、比较危险、对被控变量的影响最大，如果一个系统，能有效地克服这类干扰，对其他干扰就能很好地克服，同时数学处理和分析简单。 4 过渡过程的基本形式 以上过渡过程的四种形式可以归纳为三类。 (1)过渡过程(d)是发散的，称为不稳定过渡过程，应竭力避免。 苏州大理石平台 (2)过渡过程(a)和(b)都是衰减的，稳为稳定过程。被控变量经过一段时间后，逐渐趋向原来的或新的平衡状态，这是所希望的。 对于非周期的衰减过程，由于过渡过程变化较慢，被控变量在控制过程中长时间地偏离给定值，而不能很快恢复平衡状态，所以一般不采用，只是在生产上不允许被控变量有波动的情况下才采用。 对于衰减振荡过程.由于能够较快地使系统达到稳定状态，所以在多数情况下，都希望自动控制系统在阶跃输入作用下，能够得到如曲线(b)所示的过渡过程。 (3)过渡过程形式(c)介于不稳定与稳定之间，一般也认为是不稳定过程，生产上不能采用。只是对于某些控制质量要求不高的场合，如果被控变量允许在工艺许可的范围内振荡〔主要指在位式控制时〕，那么这种过渡过程的形式是可以采用的。 5 控制系统的品质指标 自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的变化曲线如图所示。这是属于衰减振荡的过渡过程。 1.最大偏差或超调量 最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，在图中以A表示。有时也可以用超调量来表征被控变量偏离给定值的程度。在图中超调量以B表示。从图中可以看出，超调量B是第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A一C。 2.衰减比 绝缘靴手套耐压试验装置,高低压开关柜通电试验台， 衰减比是表示衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。在图中衰减比是B：B’。习惯上表示为n：1。一般取4：1~8：1之间时，过渡过程开始阶段的变化速度比较快，能比较快地达到一个峰值，然后马上下降又较快地达到一个低峰值，而且第二个峰值远远低于第一个峰值。 3. 余差 当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差,或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差，在图中以C表示。偏差的数值可正可负。 sigma离心机，灭菌锅，冻干机 4.过渡时间 从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止.过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般是在稳态值的上下规定一个小的范围，当被控变量进入这一范围并不再越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过渡过程已经结束。这个范围一般定为稳态值的士5%(也有的规定为士2%)。按照这个规定，过渡时间就是从干扰开始作用之时起，直至被控变量进入新稳态值的±5%(或土2%)的范围内且不再越出时为止所经历的时间。 5.振荡周期或频率 变频串联谐振耐压试验装置，氧化锌避雷器测试仪， 过渡过程同向两波峰(或波谷)之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好。 例：某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图l�D15所示。试分别求出最大偏差、余差、袁减比、振荡周期和过渡时间(给定值为2000 C)。 解: 最大偏差：A=230一200=300C 余差C=205�D200=50C 由图上可以看出，第一个波峰值B=230一205=250C， 第二个波峰值B’=210�D205=50C DCS,DCS系统,DCS控制系统,集散型控制系统, 衰减比应为B：B’=25：5=5：1。 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔， 故周期T=20一5=15(min) 过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关，假定被控变量进入额定值的土2%，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为200×(±2%)=土40C，这时，可在新稳态值(2050C)两侧以宽度为土40C画一区域，固1�D15中以画有阴影线的区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再超出，过渡过程就可以认为已经结束。 实验室烘箱，实验室培养箱， 因此，从图上可以看出，过渡时间为22min。 习题：某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10 oC)。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80 oC。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1�D18所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、越调量、衰减比和振荡周期，并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求? 钳形接地电阻测试仪,直流电阻快速测试仪，
试谈DCS控制算法的改进 篇3
【摘 要】本文主要对DCS在工业企业应用中PID算法的探讨。
【关键词】DCS；微分先行；响应速度
DCS系统在工业控制领域应用很广泛，它克服了单微机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一，人/机联系差的缺点，实现了集中监控和管理，可靠性高，它的应用已经取得了明显的经济效益，但是，DCS的应用也存在一些问题，它的控制功能未能完全发挥出来，原因很多。
DCS（分散控制系统）是一种以分散的数据采集，控制和集中的监视管理为主要结构特征的计算机控制系统，由于其具有可靠性高、功能完善和灵活性强等优点，已经成为工业自动控制系统的主流。在我国大型火力发电厂中，随着机组容量不断增大，DCS功能也更加强大和复杂，为了实现安全生产的，需要对大型机组的技术人员进行DCS组态培训。由于不同DCS之间存在较大差异，为了能够对技术人员进行某种DCS的往往需要购买相应的DCS硬件和软件，这将带来不菲的成本。如果能在一套现有的DCS基础上，建立起多种DCS控制系统组态平台，能够仿真多套DCS的组态环境，从而达到开展多套DCS培训的效果，则势必会大大节省开支，提高经济效益。建立多种DCS组态平台的关键就是要建立多种DCS间的控制算法映射数据库。
例如：DCS组态人员对控制算法了解不多，DCS制造厂商未能提供有关的控制模块，组态又有困难，本文主要针对PID算法进行改进，更好地提高系统控制产品质量。
1.微分先行
微分先行就是如图所示，测量值（PV）经PD电路（比例增益为1）后再与给定值（SV）比较的差值，送入PI电路，这一给定值不经过微分，故在改变给定值时，调节器输出不会发生大幅度变化，从而避免了给定值的扰动。
相比较可以看到，预测PID算法中的比例和积分项引入了（2Z-1）/Z及（3Z2-3Z+1）/Z2的环节，提高系统的稳定性。
这也是逻辑判断与PID控制相结合的一种方法，应用时对变化率要选择合适，使之即能减小超调量又能使系统有较快的响应速度。
设计预测PID控制算法的步骤是：
（1）确定某一频率W以及所希望的系统稳定裕度。
（2）根据闭环特征方程，加入零阶保持器后广议对象的特征以及相位裕度，稳定数字控制器D（Z）。
（3）根据式（4）确定Kp、Ki和Kd，并验证是否满足所需的幅值稳定裕度的要求。
（4）不满足时，改变频率，并重复上述（1）～（3）项，直到满足要求为止，此时的Kp、Ki和Kd即使控制器的整定参数。
DCS优化控制 篇4
1 原控制程序
生料磨出磨斗式提升机 (设备代号:B_30M) 电动机额定电流为287.7A, 启动时会升高至额定电流的3倍以上, 而正常运行时电流为150A左右, 原控制程序中电流高报警设为287A, 低报警设为80A。如果运行中有异常, 中控室操作员能看到电流显示高报警或是低报警, 而程序中不能使提升机跳停。我公司曾经出现过一次事故:在生产过程中斗式提升机机尾链轮脱轨, 操作员发现电流波动 (约1min, 但未达到设备跳停条件) , 然后紧急停机, 但还是为时已晚。事故造成112个料斗压坏变形, 停产80h, 损失很大。原控制程序见图1。
注:B-29M.RN为下一级连锁设备的运行信号
此程序只实现了设备的开停、下一级设备连锁及电流报警功能, 并不能实现设备的运行保护作用, 给设备的安全运行带了诸多不利因素。
2 程序优化方案的确定与实施
我厂DCS控制系统为美国Honywell PKS系统, 为有效地防止提升机超载时电流过大造成压坏料斗和低于提升机空载电流时的事故发生, 采取以下方案进行优化改进:区分设备启动时的电流与故障时电流达到最高值的情况, 并且要躲过启动时的过载电流, 设备启动时的过载不跳停设备, 但设备正常运行时要保护设备。
1) 在设备程序的保护部分增加延时模块和上下限保护程序, 并通过逻辑比较模块与逻辑功能选择模块组合使用。改造后的DCS控制程序见图2。
2) 保护参数的设定值的确定
(1) 延时参数的确定:提升机启动电流过大, 瞬间可达350~400A, 在程序中应用延时模块, 来躲过启动时的电流, 启动时间是60s。另外当事故停车时, 提升机料斗有料的情况下, 需带料开车, 提升机电流升高, 料斗运转一周时间在200s左右。考虑以上两点, 可将过载保护的延时模块时间设为300s。
(2) 正常运转保护值的确定:提升机额定电流287.7A, 提升机空载时, 提升机电流在100A左右, 但电动机连接销断 (完全空载) 电流只有20A左右。提升机在正常运行中, 电流在130~170A范围内, 考虑一些波动因素可将电流上限设定在220A, 下限设定在80A时。通过修改程序中的上下限保护值来实现, 由程序中的逻辑STOP模块控制提升机保护停车, 这样可以有效地避免超载时压坏斗子 (过载) 、传动链条断链 (过载) 、液力耦合器甩油 (完全空载) 及液力耦合器与减速机之间的棒销断裂 (完全空载) 的现象, 起到了保护提升机安全运行的作用。
3 结束语
通过以上方案的实施, 可有效地解决以下几方面问题:
1) 克服了传统热继保护在长时间过载后才能动作响应的不利因素, 程序的响应时间为0.25s, 所以设备的保护可以瞬间动作。此方案还可以实现对设备下限运行的保护, 对影响设备安全运行的多种不利因素都充分地考虑。
2) 有效地实现了启动和运行的分开保护, 并且可调节保护的上限和下限值, 使设备运行在一个安全的区间。
DCS控制高粘度物料搅拌器的研制 篇5
【关键词】搅拌器；高粘度物料；DCS控制；KBY型桨叶；试验放大；研制
1. 研制背景
本项目是针对以氧化铝行业赤泥为核心研究对象、涉及多个行业的高粘度物料开展研制工作。赤泥是氧化铝生产过程中所产生的废弃物，每生产1吨氧化铝约产生赤泥1.5吨以上，由于此前国内外尚无有效的工业化处理方法，一般只能堆存，既占用了大量土地，还对土壤、水源、大气等造成污染，成为一道世界性的环保难题。
一般赤泥采用干式堆存法，干式堆存的流程是:多次洗涤后经沉降槽分离的赤泥浆固体含量在30-40%左右，再经进一步脱水，使固体含量提高到55%～70%左右，赤泥滤饼经机械强力搅拌，使其动力粘滞数由100Pa.S左右降至l0Pa.S以下，用隔膜泵经管道送到赤泥堆场。
鉴于赤泥资源化利用和赤泥输送对搅拌器的需求，我们对这种搅拌器进行立项研究。由于赤泥固含高、粒度大、粘度较大等特点，对搅拌器的设计要求很高，以前国内各大氧化铝厂所用的赤泥搅拌器均从国外进口。国内国外目前使用的赤泥外排搅拌器，大多采用两层桨，上层斜叶桨，下层出料平桨，这种搅拌方案效率低，功耗大，进口设备成本高。因此，我们主要针对氧化铝赤泥搅拌需求，研究一种适用于赤泥类物料混合用的高效率低功耗数控型机械搅拌器，以取代进口搅拌器。
2. 技术路线
根据我们在搅拌领域长期的科研和实践所积累的丰富理论知识和宝贵实践经验，搅拌机的设计需要考虑具体生产过程的类别、工艺条件、物料参数以及搅拌槽几何构型等多种因素。
3. 系统研制
3.1 设计原理
搅拌桨叶的功率准数是计算搅拌功率的重要依据。影响搅拌功率的因素很多，在此基础上，则可进行电机、减速机、搅拌轴、搅拌桨叶的选型。确立原型机之后，进行试验分析研究，然后进行相似放大计算和实地试验，最终确定产品设计图纸。在改进普通轴流式搅拌桨的基础上，研制适合赤泥类物料性质搅拌使用的KBY型轴向流搅拌桨是重点技术攻关项目。
3.2 原型机试验
为获得最佳的搅拌效果，首先在工厂按照一定的比例建立了试验装置。在我公司原有的φ500、φ800有机玻璃搅拌槽全套试验装置的基础上，根据赤泥搅拌需求，增设二至三块挡板。同时，我们专门设计了包含现场控制及多参数采集为一体的智能化搅拌数字控制系统。
搅拌试验装置由上位计算机、系统测控软件、现场测控单元、变频器、驱动电机、扭矩传感器、减速机、搅拌装置、温度传感器等部分组成，其中现场测控单元与上位机及变频器通过现场工控总线进行数据传输及指令发送。
系统测控软件采用中文组态软件编制。可以通过点击鼠标实现搅拌机的启动、停止、调速，并按照一定的采集密度采集搅拌机实时功率、电压、电流、转速、扭矩、介质温度等参数，并可以通过曲线形式显示出来，直观大方。
4. 技术创新点
经过我们几年来在湿法冶金行业的高固含高粘度搅拌槽应用，如中铝山东分公司第二赤泥堆场改扩建项目、香江万基铝业有限公司赤泥槽等，与国外进口设备对比，综合对比桨叶的性能，得出以下结论：
KBY型搅拌桨具有优异的功率准数和排出流量准数，叶片的投影面积覆盖率达到45%，能耗低。該技术目前处于国际先进水平。
该桨叶拥有翼型弧面结构，倾角可调，宽径比大，槽径比大，可设置一层到五层，并可根据物料的反应原理，调节每一层桨叶的倾角。
专业可靠的数控系统，可使搅拌器实现智能化控制。搅拌强度的可控和搅拌状况的实时反馈，可使设备始终处于最佳的运行状态，还可节约人力成本。
桨叶采用钢板在特殊设计的胎具上压制成型，成本低，加工方便，便于安装、拆卸、检修，采购、使用和维护成本低。
受我公司委托，河南省科学技术信息研究院对DCS控制高粘度物料搅拌成套设备进行了成果查新检索，在检索范围内，未发现与本项目技术特点相同的文献报道，项目成果属于国内首创。
5. 系统研制总结
DCS控制高粘度物料搅拌成套设备是一种高效赤泥外排搅拌器，可调控性强，应用范围广，可广泛适用于各种湿法冶金、化工等高固含、中高粘度的固液和气液悬浮、反应过程。性价比高，市场前景广阔，技术领先，将会积极推动我国搅拌器技术在国际上的地位。
该搅拌装置的性能完全达到甚至超过了国外同类进口设备水平，广泛推广使用后，为国家节约了大量外汇，极大地促进了我国有关行业重要产品的产业化、规模大型化及高质量、高效益生产。本搅拌器的成功应用，也极大地提高了我国有关行业的技术水平，有力地促进了有关行业的技术进步，也迫使进口设备价格大幅度下降，从整体上大幅度降低了设备投资，大大提高了我国有关行业的国际竞争力。
参考文献
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［2］陈志平等，搅拌与混合设备设计选用手册[M]化学工业出版社，
2004 年4月
［3］侯运年;高粘度淤浆性流体搅拌器设计[J];化工设备与防腐蚀，
2000年05期
［4］靳兆文,新型组合桨混合性能研究[J],化工设备与管道,2006年05期
［5］戚焕岭，氧化铝赤泥处置方式浅谈[J]，有色冶金设计与研究，2007年Z1期
作者简介：王尤祥，男，（1966.11－），山东省牟平人，郑州九冶三维化工机械有限公司董事长、总经理
（作者单位：郑州九冶三维化工机械有限公司）
顶吹炉DCS控制系统应急程序优化 篇6
顶吹炉工艺控制是采用ABB AC800F的DCS控制系统, 其自动化程度较高, 控制过程复杂, 仪表检测点数量较多。结合顶吹炉生产工艺在技术上的突破和认识上的提高, 针对原有控制系统设计上的不足与瓶颈, 为确保各种突发事件时顶吹炉系统安全, 遏制事故向其他安全事故演变和恶化, 现将原有DCS控制系统应急程序进行改进优化, 做好超前各种突发事件的预想与应急准备, 完善针对DCS控制系统各类突发事件的应急措施, 提高对控制系统的各种应急响应和处置能力。
2 DCS控制系统应急程序改进
2.1 存在的问题
根据生产工艺需求, 正常生产的情况下喷枪插入熔池搅动, 以供给生产所需的各种流体。如果出现DCS控制系统或喷枪称重系统故障突发情况, 操作人员无法及时通过操作画面将喷枪提升脱离熔池, 且快速有效切断喷枪氧、喷枪风、套筒氧等各种流体, 会导致炉内熔体过氧化, 引起顶吹炉喷炉等重大安全事故的发生。
2.2 解决的措施
在喷枪氧、套筒氧、喷枪风模拟输入信号接入计算机控制回路端串入YS1360数显操作器 (手操器) , 通过手操器手动向远程操作端发送操作信号, 以快速有效切断各种流体。
在控制喷枪卷扬动作的数字量输入信号并入悬垂控制器, 在生产工艺控制过程中, 一旦因控制器故障喷枪突然无法操作、下滑等突发事件, 控制室操作人员按照顶吹炉DCS控制系统应急操作程序操作。悬垂控制器图如图1所示。
(1) 通过六楼平台的悬垂控制器控制箱将喷枪提升脱离熔池液面。
(2) 通过控制室的数显操作器分别将喷枪氧、套筒氧、喷枪风切换到手动控制, 若喷枪在熔池中, 可将喷枪氧流量设定到正常时的1/2。
(3) 喷枪提出熔池后, 将喷枪氧流量设为0, 氧气量降低后, 将喷枪风流量设定到上限值的65%, 同时切断套筒氧流量。
(4) 将上料系统现场控制箱转换开关置于“手动”位置, 按照由后向前顺序现场手动停止顶吹炉上料设备。
3 喷枪称重自动控制系统优化
3.1 喷枪称重存在的问题
在顶吹炉自动控制系统中, 喷枪称重系统检测是一个重要的控制点。一旦喷枪头部接触到炉内大块将会引起枪轻报警, 喷枪A类禁止下降联锁条件将激活。若喷枪结渣较多会引起喷枪提升过程中卡在炉口导致超重报警, 喷枪A类禁止提升条件激活, 此时无论是在计算机还是在现场都不允许操作喷枪, 存在重大安全隐患。
3.2 解决的措施
(1) 在喷枪主表画面添加喷枪超载重量修订值, 喷枪重量正常情况下在1.5-8吨之间, 当超过12吨时, 经判断不是外界条件影响, 是喷枪称重系统本体故障引起, 可将超载重量修订值在0-25吨之间修改, 以便解除超载联锁。
(2) 在禁升联锁画面上做喷枪超载禁升解锁, 当喷枪重量超过25吨时, 经确认不是外界条件影响, 是喷枪称重系统故障引起。若需要提升喷枪时, 可点击解锁按钮, 解除喷枪超载禁升联锁。喷枪重量画面给定和超重解锁图如图2所示。
(3) 安装喷枪称重冗余主机, 当喷枪称重主机出现故障后方可切换到备用主机, 保证喷枪卷扬称重显示正常。
4 放铜口增加PSD (工艺紧急停车、停料) 开关
4.1 存在的问题
顶吹炉正常生产运行一段时间后, 炉内耐火材料承受熔炼高温烟气的冲刷及落物的冲击, 会出现严重的剥落, 特别是渣层部位 (炉内上层为熔渣, 下层为低镍锍) , 耐火材料剥落所剩无几, 甚至紧贴铜水套上部的耐火砖由于锅炉大块撞击随挂渣脱落, 部分铜水套中间部位已无耐火砖, 导致顶吹炉铜水套与钢壳无耐火材料防护。正常生产过程中, 顶吹炉放堵口是由岗位人员依靠模糊意识每半小时操作一次, 如果因岗位人员的疏忽或惰性没有及时烧口放铜, 导致铜面急剧上涨, 而炉体内壁因无耐火砖防护, 低镍锍直接作用铜水套或钢壳上发生化学反应, 且高温度的溶液容易使其变形塌陷, 造成生产无法持续正常运行, 使顶吹炉炉体安全运行受到威胁。另一方面, 高液面时低镍锍会伴随熔渣从渣口流入沉降电炉, 导致沉降电炉渣含镍偏高, 并且夹杂在熔渣中的低镍锍致使顶吹炉铜放出口衬套、衬砖和石墨溜槽严重腐蚀, 发生检修与生产时间冲突的问题, 有时还会发生溜槽渗漏、跑铜事故, 严重影响顶吹炉正常连续安全生产。
4.2 解决的措施
(1) 为了确保顶吹炉炉体安全, 减小放出口的排放压力, 避免顶吹炉低镍锍面过高及沉降电炉渣指标恶化, 在顶吹炉三楼排放口增加PSD开关, 督促岗位人员及时排放低镍锍。每次烧口放铜时将开关打到分的位置, 放完铜堵口式将开关打到合的位置, 每次堵口到下次烧口放铜的时间间隔为半小时。
(2) 将该方案组态到DCS自动控制系统中, 通过系统TON (延时开) 功能块检测开关在合位置保持的时间。如果因岗位人员疏忽未按规定时间及时烧口放铜, 将开关打到分的位置, 系统检测到开关在合的位置持续时间超过半个小时, 延时30s后启动PSD模式, 停止生产。控制程序如图3所示。
5 增加高位水箱低水位PSD程序
5.1 存在的问题
顶吹炉作为镍冶炼炉, 炉体的冷却采用水冷系统。高位水箱的水主要用于炉体循环冷却和炉内水套冷却。铜水套镶嵌于顶吹炉炉体内壁, 铜水套与熔池间有高温耐火材料防护。顶吹炉长时间运行, 炉内耐火材料出现严重的剥落, 导致顶吹炉炉铜水套间部分位置无耐火材料防护, 如果铜水套因漏水沿着水套与耐火砖间间隙渗漏, 接触到伴随耐火砖间的缝隙流出的熔渣或低镍锍, 将直接威胁到顶吹炉炉体的安全, 在炉膛温度达1400℃左右的高温熔炼炉中, 继续渗漏甚至发生爆炸等严重的安全事故。顶吹炉正常生产时, 高位水箱水位保持在95%左右。如果炉体循环水部分出现断水或水套漏水使水位下降, 岗位人员没有及时发现, 会导致重大安全事故发生。
5.2 解决的措施
在计算机DCS高位水箱控制画面中设置水箱水位低于90%报警保护, 低于85%延迟一分钟启动PSD模式的程序。避免炉体冷却水出现断水或其它意外情况, 因没有及时发现而导致安全事故的发生。PSD程序及报警图如图4、5所示。
6 防过氧化程序优化
6.1 存在的问题
氧气是顶吹炉生产的重要工艺流体, 顶吹炉正常投料时, 将喷枪下降至5#位以下, 通过喷枪喷入反应所需的喷枪氧, 操作人员通过控制画面启动加料程序, 向炉内加入生产所需的物料, 使入炉的物料与给定的氧气发生反应。如果喷枪在5#位以下, 启动加料程序后, 物料因意外情况没有及时加入炉内, 过多的氧气给定量将造成氧气富余, 富余的氧气伴随烟气带走, 造成产品的能耗增加, 如果富氧浓度急剧过高使炉内发生过氧化反应, 引起炉温过高、炉况恶化而失控, 甚至发生喷炉的重大安全事件。
顶吹炉正常生产时, 如果氧气给定量过少, 物料无法充分、高效反应, 炉前排放口将出现粘渣而不能有效排放的现象, 这时需要在备用模式下 (喷枪在5#位以下) 停止物料的给定, 增加氧气给定量, 但如果氧气给定量较大会引起过氧化反应。为了提高氧气的利用率, 合理给定氧气量, 避免氧气浓度过高发生过氧化反应采取以下措施。
6.2 解决的措施
(1) 经研究计算在DCS程序组态中将原有停料提温程序中给定的20000Nm3/h的喷枪氧修改为10000Nm3/h。在停料提温过程中, 避免因停料时间过长导致氧气给定量过大发生过氧化反应, 停料时间限制在3分钟内, 3分钟未启动加料程序, 启动PSD模式。
(2) 备用模式3分钟未投料启动PSD。在正常投料的情况下, 喷枪下至5#位以下, 超过3分钟21#皮带未开启, 启动PSD模式, 停止投料, 防止因喷枪过早下至熔池内导致氧气给定量过大。程序如图6所示。
(3) 增加12#定量给料机90s未开启PSD条件。正常投料启动加料程序后, 90s内12#定量给料机未开启, 使物料没有及时加入炉内, 启动PSD模式, 停止投料。程序如图7所示, 启动PSD模式画面监控图如图8所示。
7 增加背压自动控制程序
7.1 存在的问题
富氧顶吹喷枪是通过人为聆听喷枪声音、观察喷枪晃动和监控喷枪风及喷枪氧气的背压来判断, 操作其提升或下降控制喷枪插入熔池深度。由于喷枪流体背压随喷枪插入熔池深度变化缓慢, 无法实时响应, 不能直接将其作为控制依据来控制喷枪插入深度, 而喷枪声音和晃动又很难量化, 为此研究设计了一个更加容易量化且随喷枪插入深度变化更加敏感、线性更好的表征参数, 实现喷枪插入熔池深度的自动控制。
7.2 解决的措施
(1) 在喷枪头部安装静压检测装置, 通过取压器获取熔池区域的气体压力变化信号, 以更加快速准确地检测喷枪插入熔池的深度变化。取压管如图9所示。
(2) 将该系统集成到DCS控制系统中, 根据静压变化自动控制喷枪的提升下降功能, 通过压力变送器将压力信号转换为电信号后, 经过DCS控制系统的滤波功能模块, 对压力信号进行滤波处理, 减小信号波动引起喷枪的不可控。
(3) 根据检测到的喷枪静压值, 设定静压控制点和静压控制死区范围, 始终保持喷枪实测静压值位于喷枪静压设定点死区范围内, 保证喷枪插入熔池的合理深度, 实现通过静压变化对喷枪插入熔池深度的自动控制。自动控制画面如图10所示。
8 达到的效果
(1) 悬垂控制器消除了由于控制系统发生故障后无法及时将喷枪提出熔池的瓶颈。
(2) YS1360数显操作器可快速有效切断喷枪氧、套筒氧、喷枪风, 避免顶吹炉喷炉重大事故发生。
(3) 喷枪卷扬称重系统改进后消除了由于喷枪超重主机故障影响系统停产时间较长问题;并解决了由于喷枪卷扬超轻、超重报警导致喷枪A类联锁条件激活, 喷枪无法脱离熔体而存在重大安全隐患问题。
(4) 通过在顶吹炉三楼排放口增加PSD开关, 督促岗位人及时烧口放铜, 确保顶吹炉炉体安全, 减轻放出口的排放压力, 避免了顶吹炉低镍锍面过高及沉降电炉渣指标恶化。
(5) 增加PSD条件, 做好超前事故预想准备, 进一步提高了系统生产的稳定性, 为顶吹炉长周期、稳定、连续生产提供了保证。
(6) 增加静压变化对喷枪插入熔池深度的自动控制系统后, 确保了喷枪插入到合理的熔池深度、喷枪对熔池的有效搅动和工艺过程稳定, 有效提高了熔炼效率和延长了喷枪使用寿命。
9 结束语
通过对原有DCS控制系统应急程序的优化改进, 做好超前突发事故预想, 完善针对DCS控制系统各类突发事件的应急措施, 突破以往瓶颈, 及时、有效地解决因DCS控制系统故障造成的各种难题, 避免造成系统大面积停车及重大设备的损坏, 将危急事件造成的损失和影响降到最低程度, 从而遏制事故蔓延造成其它重大安全事故的发生。
参考文献
DCS优化控制 篇7
1原油调和优化控制系统
1.1原油管道调和系统
原油调和调度是在既有原油供应以及罐存的条件下, 实现在炼原油性质平稳的必要手段。
管道调和也可以叫作连续调和, 将各组分油与添加剂按不同的调和比例泵入管道中, 通过液体混合或通过混合器把流体一次切割成极薄的薄片, 促进分子扩散达到均匀混合状态, 然后输送管道进入成品油罐储存或直接装车、装船出厂。
调和的设备组成:
(1) 静态混合器:流体在管线内流动, 达到混合均匀的目的。
(2) 在线分析仪:连续获得在线质量数据。
(3) 油品调和控制软件:不断比较质量指标, 控制调整组分的流量。
(4) 流量变送器:实时测量流量大小。
管道调和是油品调和的发展方向, 有以下一些优点:
(1) 调和连续进行, 可取消调和罐, 减少组分油储罐。
(2) 调和比精确, 组分合理利用, 避免浪费优质原料, 质量“过头”。
(3) 调和时间短, 动力消耗少, 调和一次合格率高, 质量达标有可靠保证。
(4) 减少油品周转次数, 节省人力, 减少中间分析, 调油速度提高。
(5) 全部调和密闭操作, 防止油品氧化, 降低油品损耗。
1.2原油调和工艺流程
根据某公司炼油装置的工艺技术路线, 原油自缅甸码头库区经管输至厂内原油罐储存, 脱水后的原油利用各组分的调和泵抽取相应组分, 经管道调和进入3座发油罐, 再经管道送入常减压装置。
原油储罐由10座100 000m3外浮顶储罐组成。原油罐区中设3座常减压装置原料罐, 正常运行时投用2座, 另外1座可用做组分罐, 起到备用的功能, 以确保常减压装置随时有2座投用的原料罐。脱水作业在组分罐进行, 常减压原料罐采用边进边抽的方式, 在调和总管上设置在线密度分析仪 (监控混合效果) 、水分析仪, 如果水含量超标, 可对常减压原料罐进行切换。按3种原油组分配置进行原油调和。
调和总管上设置静态混合和在线密度分析仪, 并设置采样管, 可定期在调和总管上取样, 评价原油的调和效果。
原油调和时, 原油质量快速分析系统将提供参与调和的原油组分罐的原油的性能指标, 优化调和软件的调和模型根据原油的组分质量参数和原油组分比率对调合头的原油品质进行质量预估。同时, 在原油调和头处设有取样点, 质量快速分析系统将定期的对调合的调和后的原油品质进行采样分析, 并将相应的原油品质参数输入到调和软件中, 优化调和软件根据预测模型的数据和快速分析系统的数据进行比对和模型校验, 从而调整原油的调和比率来满足原油性能指标控制的要求。
如图1所示, 原油调和的技术的重点首先是“质量平衡调度”, 其次是在线比例调和;调和后原油平稳度, 除了取决于原油调和系统功能外, 还取决于采购原油的质量变化幅度以及库区罐存情况;在线比例调和的重点是对各罐组分的质量准确把握 (预估控制) , 其次是在线质量测控 (反馈控制) 。
2原油调和系统投用与效益
本文通过某石化提供的工况设计运用NSGA—II算法并结合原油调和模型, 由于石化企业都采用多种原油混合的进料状况, 运用原油调和比例控制系统对整个工艺进行优化。
以装置净收益最大化和能耗最小化为双目标进行优化, 当原油的混合比范围在1 ∶ 2至1 ∶ 3之间, 在能耗相同的情况下收益最大化。原油调和相对稳定进料原有性质和炼油工艺的优化有着重要的作用, 结合某炼厂实际生产状况, 将原油调和模型进行简化, 并进行多目标优化计算, 可以满足质量产量要求的情况下最大限度地提高装置的经济效益, 对整个炼油厂的工艺优化有重要的指导作用。
在通过对原油样品预处理、近红外光谱仪、建模软件、原油光谱数据库, 快速测出包含原油的实沸点在内的40多个基本数据, 并结合原油评价管理软件及原油评价历史数据库产生详细原油评价数据, 可知原油调和带来的经济效益将是十分明显的。
参考文献
DCS系统应用优化 篇8
山西漳电大唐热电有5台240t的亚临界锅炉, 主蒸汽额定压力为8.83MPa, 温度为533℃, 每台锅炉配以2台引风机, 每台引风机入口设有挡板门, 用来控制引风机的进风量, 进而控制炉膛压力, 循环流化床炉膛出口保持微正压。5台锅炉总计10台引风机, 单台引风机功率750kW, 准备对引风机进行变频改造, 以求降低厂用电率。
1 DCS现状分析
五炉四机为母管制运行方式, 控制系统设成6个域, 分别是一号机组对应零号域, 二号机组对应一号域, 公用系统对应二号域, 三号机组对应三号域, 四号机组对应四号域, 五号炉对应五号域。每个域都有服务器、操作员站、工程师站, 相对独立地负责单台机组的运行数据处理。由于是母管制, 机与炉的启停并不对应, 也就是说每个域中的设备通常不会全部停止运行, 这是本次技改面临的最大问题。每个域的组织结构如图1所示。
机组运行数据处理在控制站中进行, 每个站按照功能的侧重各有分别。锅炉包含3个站:一个用于数据采集, 主要采集和运算各种温度、压力、流量数据;一个侧重于顺序控制, 主要控制系统的执行机构;最后一个侧重于保护联锁, FSSS、MFT逻辑判定都在这个站上。汽机侧也有类似划分, 本文不涉及, 故不赘述。数据采集、运算之后, 传递到服务器上, 服务器一备一用, 同步运算, 控制站上的每一个点、每一个顺控单元都需要在服务器中的变量表上有记录才能实现通过服务器的有效传递和历史数据备份。操作员站的画面来源于工程师站的下装文件, 故而工程师站对画面进行改动并下装以后, 操作员站上立即能体现出来, 但操作员站获取实时或历史数据的源头依然在服务器上。也就是说, 热控工程师可以往控制站里增加N个新变量, 可以在运行画面上更改N个点, 但没有在服务器里面留下“底单”的, 就不能正常显示, 新加的顺控模块或PID模块也不能实现正确的控制性能。系统增加新设备变量后, 在工程师站做好硬件组态、变量更改以后一定要下装服务器, 将所有最新的变量提供给服务器。但下装服务器会导致动态增量数据丢失, 引发不可预知的风险, 为了保证安全, 在机组不是全停的情况下不鼓励下装服务器。本文就将针对机组有运行设备时, 系统有较大变化, 必须绕开服务器做出改动这方面工作进行一些有益的、可行的探讨。
2 实施过程中问题点分析
本文涉及的同煤热电厂进行变频器改造时, 对应锅炉肯定是停止运行的, 但汽机依旧保持运行状态, 加入变频器后能够有效降低厂用电率, 但存在如下问题和风险:
(1) 变频器引风机加入系统后, 影响炉膛出口压力的调整, 炉膛压力波动影响锅炉的稳定燃烧, 变频器输出频率要考虑一、二次风机挡板门的开度, 提前做出补偿, 稳定锅炉炉膛出口压力。
(2) 新增加变频器, 必然增加控制点, 每台变频器增加8个DI、4个DO、1个AO和2个AI, 对控制点要实现历史数据的查询、实时数据显示, 新增控制画面。
(3) 要考虑变频器故障时旁路运行模式, 对原有引风机和挡板门的联系不能做出更改, 而且变频状态时要屏蔽挡板门对炉膛压力调节的作用。
(4) 当MFT动作时, 变频器要做出正确的运行反应, 及时停止、关闭引风机入口挡板。
(5) 发生其他非正常情况, 要实现变频器的紧急停机, 正常报警实现显示和复位功能。
3 应对措施
(1) 检查统计DCS系统中现存的备用点, 整理出原来使用但是现在已经去除的设备点, 每台炉的DCS上集中找出16个DI通道、8个DO通道、2个AO和4个AI, 对机组全停的更改点名和点注释以及量程, 增加相应顺控模块和PID模块, 下装服务器。对不能全停的机组, 更改量程, 增加数据显示的文字说明, 使得运行人员能明白数值的实际意义, 能够正确显示变频器的运行参数, 如变频输出电流、实际频率反馈、启动/停止按钮、事故急停、报警复位及其他状态参数, 组成控制窗口。控制窗口通过按钮点击弹出, 悬浮于锅炉主控制画面上, 实现了操作员站上的显示与控制。
(2) 内部逻辑设定, 设定一次风机出口挡板和二次风机出口挡板开度的补偿块, 提前将一、二次风机挡板开度反馈到引风机变频器PID的PV里面, 使得PID模块能超前变换输出频率, 不使炉膛压力出现大范围波动。由于不下装服务器, 控制站里新加的顺控模块、PID模块均视为新变量, 无法加载到服务器中, 故而只能选用旧有模块来实现控制逻辑, 一般来说, 所有控制系统中都会定义有多余的备用模块。
如图2所示, 顺控模块显示的名称为“除尘器清灰风机”, 就是原有留下来的模块, 现在不再使用, 用到新的控制逻辑中既能实现预定目的, 又不影响系统稳定。变频改造后, 考虑到如果变频器故障, 仍然要保障锅炉继续运行, 对原先的引风机控制程序不做更改, 引风机的入口挡板仍然保留, 但进行以下细微改动:变频投运时, 自动开启挡板门至全开位置, 自动开命令维持5min, 此时不能人为干预;变频器故障不能投运时, 自动开命令失效, 可以人为干预挡板开度, 也能投自动控制炉膛压力。
变频器正常停止时, 需要等待内部较大的滤波电容放电, 估计2~3min才能放电完毕, 正式发出停止运行信号, 如遇到紧急情况, 可以点击急停按钮, 跳6kV段的动力开关, 直接切断电源。此时变频器发出故障报警, 复位确认后报警消除, 仍然需要等待2~3min才能打开柜门进行检查。锅炉MFT动作, 跳6kV段的动力开关, 变频器联跳, 退出运行, 引风机入口挡板门联关。变频器自身发出重故障时, 对DCS发重故障信号, 电气信号联跳6kV开关。通过以上方法, 一定程度上保留了变频器的独立性, 完善了与锅炉系统的联系, 保证了正常时的稳定运行和故障时的及时切除。变频器故障后切换到旁路, 引风机工频运行。
4 技术改进总结
技改后效果:该厂变频器自2014年10月份完成改造后, 至今运行稳定, 结合多年运行参数统计, 平均减小电流为25A, 80%负荷运行时厂用电率下降1%, 满负荷运行时工频运行, 无明显节电效益。
三催化DCS系统优化 篇9
DCS系统广泛应用于石油、化工等各个行业,它的功能远远优于常规仪表。将装置的运行状况通过网络远传,进行统一调度指挥;将装置的某一区域的操作集中在一张操作画面上,方便操作;将几个相关的工艺参数变化曲线集中在一个趋势画面下,便于分析操作中出现的问题;组显示画面为操作人员提供了一个同时监视8个过程点的人机界面,一个区域最多400个过程组、每个过程组中包含组号和组标题;CRT屏幕不仅有调节器的常规模拟棒图显示,还有SP、PV、OP、MODE等数字及控制方式显示;通过细目画面,及时了解工艺参数的相关信息(指示值、量程、报警限、输出值、控制方式和PID参数);记录操作状态的改变(手动自动切换、设定值和输出值改变等)。报警及联锁事件列表,便于查找事故原因。过程报警就是过程的扰动、偏差和非正常条件的警告;操作员可以识别过程报警;确定报警位置;调出报警显示,并采取措施修正报警;可以生成各种打印报表,方便记录。
我公司三催化装置使用的控制系统是TDC-3000/TPS系统,TPS (Total Plant Solution系统是美国HONEYWELL公司推出的新一代集散控制系统,它是将整个工厂信息系统与生产过程控制系统统一在一个平台上的自动化系统。它具有三层独立的但又可以整体通讯的网络(包括UCN、DATAHIWAY)。
在这三层网络中,过程控制网络作为与控制过程的通道,即挂在这个网络中的设备对工艺控制过程进行数据采集和控制;控制管理网TPN(LCN)连接一些作为高级控制、扩展数据采集和数据分析的模块,它将所有网络连在一起,构成一个整体;计算机局域网PCN以普通PC作为操作平台,运行应用软件及HONEYWELL的一些离线组态软件。用户根据具体的控制系统的要求对这些网络和各网络中的设备以及各设备中的卡件进行配置。
2. 系统概况
1998年最初配置:
6GUS+1 HM(R)+1 NIM(R)+2HPM(R)
系统的负荷分配的比较合理,都在正常范围内。
1998年三催化装置开工后,装置陆续进行了一系列扩容改造,DCS也随之扩容,在HPM09/10,HPM11/12上的卡件加得比较满的情况下,又先后增加了HPM13/14,HPM15/16,所带卡件数量也大幅度提高,以至于HPM09/10,HPM11/12的I/O LINK余量分别降到了10%左右(正常在20%),而HPM13/14,HPM15/16余量较大,特别是HPM11/12所带卡件上的点几次出现流程图画面显示不出数据,几分钟后数据自行恢复的现象,虽没有对生产造成大的影响,但是还是存在很大的隐患和潜在的危险,2006年9月12日9时30分,DCS工程师在更换三催化装置TPS系统的A016IOP卡时,造成新换的卡件和与其冗余的卡件由OK状态变成IDLE状态,都没有输出信号,使得受该卡控制的16台调节阀(包括气压机组反飞动调节阀)失控5分钟,导致装置切断进料、生产波动。
3. 原因分析
2006年7月份请HONEYWELL公司作了三催化装置TPS系统性能评估,8月份收到了霍尼韦尔公司的评估报告。从评估报告可以看出,系统负荷较大,带宽窄,数据传输慢,在数据传输的过程中有可能丢失数据,特别是HPM11/12的负荷过大,PU已经达到1023,再加上容余的卡件占的资源,实际已经达到1100 (最大到1000)严重超载。由此可以推断,更换新卡后,由于数据传输较慢,换卡操作也占用系统资源,最终导致两个卡均无输出信号,使得受该卡控制的调节阀失控,导致装置切断进料。
4. 采取措施
2004年升级改造后配置
1 US+8GUS+2HM(R)+1 NIM(R)+4HPM(R)
TPN版本:R640GUS版本:R340.1
改造中曾经对HPM09/10进行了一些调整,效果有所好转,但是没有彻底解决掉超载问题。为了彻底地消除隐患和风险,能把HPM09/10,HPM11/12的负荷降下来,就需要把HPM09/10,HPM11/12中的卡件移出一部分,最安全的办法是在装置停工检修期间做这项工作,但是三催化装置正在运行,控制系统停不下来,只能在线更换,经过HONEYWELL公司专家及我公司相关部门研究决定调整那些占PU较大而对装置影响较小的卡件,决定把HPM09/10中的M23、M24、M25、M27,M28,HPM11/12中的M22、M29、M31、M32共9块卡移到HPM15/16中相应位置,在所有准备工作就绪后,办好DCS工作票,相关部门签字确认后,优化调整工作按照体系文件和事先制定的计划和步骤有序地进行了实施。
操作过程:①备好卡件、I/O LINK电缆②修改NCF文件加入新卡件③对于要移走的卡上的点,逐点进行调出、修改、存储④所有点存储后拆下I/O LINK电缆、移动卡件到新位置、接I/O LINK电缆⑤装入3中存储的点到新的卡件上修改NCF文件删除卡件⑥依次重复步骤②,③,④,⑤,⑥
至此,所有的卡件移动完毕,由于准备工作充分、细致、操作得当,没有对生产造成任何影响。
从优化调整前后的系统性能上看,移动后,系统的负荷得到合理的分配,都回到了正常的范围内,系统性能得到显著提升,系统优化工作圆满完成。
5. 优化效果
三催化TPS系统进行优化处理后,系统负荷降低到允许的范围内,消除了安全隐患,系统的安全运行得到了保证。同时也呼吁在进行相关技术改造的同时,把TPS系统负荷纳入前期论证,保证改造以后TPS系统能够安全运行,从而保证生产平稳。
三催化TPS系统的优化成功,也为其它装置提供了可借鉴的经验,其它的DCS系统出现这类情况,可以参照这次成功的经验去处理。
摘要：本文对DCS的负载不平蘅而引起的事故进行分析总结，找出存在的问题，进行彻底解决。
DCS优化控制 篇10
【关键字】DCS；控制系统；故障处理
1、引言
随着社会的发展，DCS控制系统的应用越来越广泛，其发挥的作用也越来愈大。但是，由于种种因素的影响，导致在这一系统应用的过程中还存在着一些故障，严重影响了我们的生产。基于此，本文关于这方面故障处理的研究具有很强实践指导效果。
2、DCS控制系统的认识
所谓DCS控制系统，也就是集散控制系统，是以计算机技术、控制技术、通信技术、图形显示技术为基础发展而来的新型过程控制系统。这一系统主要作用在于分散控制的危险性，对管理及显示功能进行集中，并将现场比较分散的控制对象通过一些方式集中到控制使中进行监视和控制，因此，这一系统可以帮助我们降低控制的成本，提升控制的自动化。对于DCS控制系统来说，它既可以对监控数据进行管理和显示，也能够对进行过程控制、数据采集，因此其在当前的工业发展中获取了很大的应用。
在DCS系统正常工作的情况下，其安全性非常高，处理的数据量也非常大，能够实现在线优化、实时调度、统计管理等功能。因此在石化、冶金以及电力行业中有着非常广泛的应用。
3、DCS系统常见故障分类
（1）现场设备故障。所谓现场设备，主要是指和生产有着直接关系的各种仪表，比如变送器、执行机构、开关以及负载等。当这类现场设备发生故障的时候，会对DCS系统的控制造成最为直接的影响。以笔者的经验来看，在DCS系统故障中，此类故障目前还是占大多数，主要原因在于设备自身的质量存在问题或者寿命出现问题。
（2）系统故障。系统故障一旦发生，会造成全局性的影响，具体来说，这类故障又分为固定性故障以及偶然性故障。其中固定性故障往往是因为系统设计不当或者运行年限过长而导致的，在排除这类故障的时候需要硬件和软件的配合。至于偶然性故障，则对系统进行重新启动就可以解除，因此这里不再详细分析。
（3）硬件、软件故障。一般来说，硬件故障是非常明显的，而且多属于局部性故障，原因在于系统模板使用不合理、模板内元件存在老化现象以及系统模板使用时间过长。至于软件故障，则主要是因为设计不合理导致的，其表现在于系统运行过程中出现死机或者停机等问题，一般软件故障比较少见，但是却的确存在。针对这类故障，由于应用软件较为复杂，因此需要我们在系统调试及运行过程中进行认真的分析，一旦发现问题要及时上报给技术人员。
（4）操作、使用不當故障。以笔者的经验来看，在系统运行的时候，往往会因为操作使用不合理而出现故障，其表现在于DCS系统某功能不可以正常工作。实际上，这是DCS系统自身的毛病，因此我们只需要加强对于操作的培训基本上就可以避免此类故障。
4、DCS系统常见故障处理
4.1 DCS系统常见故障分析判断方法
首先，直接判断法，这主要是对显示的故障信息及记录进行分析，进而判断出故障的部位；其次，外部检查法，在这一方法中主要是对故障部分的外部情况进行查看，看其是否存在着断线、插头松动、碰线、元件发热、脱焊等问题；第三，替换法，这一方法主要是利用备件或者相同元件对怀疑件进行替换，进而快速准确的确定故障位置；第四，分段查找法，这主要针对故障范围不明确的时候，我们可以对故障相关的路线及部件进行分段，然后按段进行检查、测试以及替换。最后，故障图法，这也被称之为经验法，属于最常使用的故障判断方法，但是同样这一方法也需要有很丰富的经验。
4.2 DCS系统故障的预防
（1）DCS系统运行与管理。DCS系统运行管理方面，我们要做的工作是对计算机系统进行各种软件管理、文件归档、备份管理以及各种日常点检，在系统出现故障需要更换备件的时候，要注意对备件进行检查及功能测试，起到防患于未然的效果。至于DCS系统的检修管理，主要是对其进行一些合理的检修程序及检修工艺，在这方面，除了要注意检修项目以及检修周期之外，还要根据系统设备的特点对其进行以下几方面检修：软件的备份，对控制模件标志及地址进行核实；对重要测量以及保护信号的线路进行绝缘检查；对电源、模件和防尘滤网进行清扫，并对控制柜接线、接地系统进行检查；做好冷却风扇的检修以及电源的测试；对控制室湿度、温度、含尘量进行测试；加强UPS供电设备的清扫等。
（2）DCS系统抗干扰措施。在粉刷中央控制室四周墙壁之前，要进行钢丝网的钉设，然后使其和电气保护PE接地系统连接。这能够避免高压输电线的电磁干扰。另外，我们还可以将高压输电线改为埋地沟敷设，这也能够有效降低干扰。至于现场仪表以及中控室的DCS仪表电缆等，则可以使用钢带铠装阻燃型对绞总进行屏蔽，这属于双重保护，其中外钢带铠装层和中间接线箱外壳能够对外界起抗强电磁干扰作用，而内层铜丝编织层则具有抗电场干扰作用。
（3）DCS系统防病毒措施。在系统设计的阶段，我们尽量形成局部控制网络，这种独立的网络可以有效降低病毒的侵入。针对MIS系统接入的要求，我们可以在系统中安装企业杀毒软件以及防火墙，对系统的信息进行保护。另外，对于插拔USB等移动存储设备要严厉禁止，避免病毒经由其他媒体介质入侵。
5、案例分析
仅有以上理论是远远不够的，以下将结合具体的案例对DCS故障处理进行分析：2012年，某电厂#5机组监盘人员发现机组负荷由552MW下降到5MW，而且主汽压力迅速升高，汽轮机调门开度从20%关到10%，高调门关至0%，运行人员不得不进行手动紧急停炉，发电机解列。
事故发生之后，相关技术人员进行了原因分析，发现主要原因在于汽轮机控制系统和DCS为两家国外企业所制造，存在较大的差异，其中在通讯方面因缺陷导致了一些问题。这种背景下，热控人员在DCS工程师站上向负责DCS与汽轮机控制系统通讯的PLC传送通讯代码时，DCS将汽轮机阀位限制从正常的120%修改成了0.25%，导致汽机1、2、3号调门从20%关至0%，机组负荷降至5MW。
在了解了事故原因之后，采取了以下措施：在机组运行的过程中，禁止DCS传代码工作。机组停运、DCS传代码的过程中，加强安全保护措施。在DCS操作员站可以对汽轮机控制系统信息进行监视，但把DCS操作员站对汽轮机控制系统操作员站画面进行操作的功能闭锁。
6、结语