摘 要：本文介紹了浙大中控DCS系統(tǒng)在礦山石灰窯的主要應(yīng)用，簡單說明了其工作原理;同時(shí)詳細(xì)說明了石灰窯的工藝及控制流程。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng) 石灰窯 工藝及控制流程

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

福建三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司礦山公司原有5座150m3氣燒石灰豎窯,其中1#、2# 氣燒窯是由150m3機(jī)械焦炭豎窯改造而成，分別于1998年4月、12月投產(chǎn)，3#氣燒窯于2001年2月投產(chǎn)。4#、5#氣燒窯于2004年8月投產(chǎn)。目前氣燒窯各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)位居國內(nèi)同類型窯爐中前列，具備年產(chǎn)20×104t冶金石灰的能力。根據(jù)三鋼“十一五”規(guī)劃須擴(kuò)建兩座6#、7# 155m3氣燒石灰窯以滿足年產(chǎn)鋼500萬噸的需求;氣燒石灰豎窯主要以高爐煤氣、部分轉(zhuǎn)爐煤氣為燃料，這兩座窯已于2007年底投入生產(chǎn)。

二、工藝流程

石灰窯生產(chǎn)的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰。在豎窯的加料口加入石灰石，經(jīng)過煤氣燃燒，煅燒成生石灰，輸出到成品料倉。主要包括石灰石篩選、上料系統(tǒng)、煅燒系統(tǒng)、冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)、助燃空氣循環(huán)系統(tǒng)、廢氣除塵循環(huán)系統(tǒng)、成品出窯、運(yùn)輸系統(tǒng)及配套的煤氣加壓泵站、液壓站等系統(tǒng)。

1、整個(gè)石灰窯的工藝流程如下圖所示：

通過煤氣和空氣混合煅燒石灰石。在1000℃左右的高溫下生產(chǎn)石灰是復(fù)雜的工藝過程。

影響石灰活性的因素為氣燒窯各段溫度，主要是煅燒帶溫度，一般煅燒帶溫度在800～1100℃。在此以煅燒帶溫度為控制目標(biāo)，進(jìn)爐煤氣流量為控制參數(shù)（進(jìn)爐空氣流量按空/煤比隨煤氣流量調(diào)整），由于該對象純滯后較大，采用常規(guī)PID控制效果不佳，為此采用模糊控制算法。模糊控制算法的主要原理為：設(shè)定煅燒帶溫度偏差（E），煅燒帶溫度偏差變化率（EC）與控制作用煤氣流量（U）作為模糊控制的三要素，借鑒操作規(guī)程及對操作人員經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，制定出相應(yīng)的模糊規(guī)則表（如下圖所示）。其基本的控制原則是當(dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差為主;當(dāng)誤差小時(shí)，選擇控制量注意防超調(diào)，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

在不同E、EC下控制量U的模糊規(guī)則表空氣流量采用PID控制，將煤氣流量的輸出值乘以空/煤比作為PID控制空氣流量的設(shè)定值來保證空/煤比恒定。

2、石灰窯過程控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

（1）通過DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的壓力、溫度及流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和處理。

（2）通過DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)上料和出料過程的全自動(dòng)控制，進(jìn)行故障診斷，并在監(jiān)控畫面上顯示上料批次以及出料時(shí)間等。

（3）通過DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煤氣加壓站和空氣加壓站的控制，煤氣流量、煤氣壓力、空氣流量和空氣壓力采用手操器控制，確保煤氣和空氣以一定的比例混合，使得窯內(nèi)的氣體燃燒得更充分，并對其故障實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警和連鎖停機(jī)控制。對煤氣加壓機(jī)和風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)采用順序啟動(dòng)方式。

（4）DCS系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)和手動(dòng)2種工作方式。手動(dòng)方式用于單個(gè)設(shè)備調(diào)試和備用，正常生產(chǎn)工作用自動(dòng)方式。對于重要參數(shù)如煤氣壓力、煤氣溫度及礦石重量等用CRT和儀表雙顯示，保證了手動(dòng)方式下的操作條件。

（5）在控制室CRT上能觀察到全部設(shè)備工作參數(shù)，包括故障、停止、運(yùn)行、手動(dòng)和自動(dòng)等狀態(tài)，便于維護(hù)處理。用動(dòng)態(tài)流程圖進(jìn)行工藝總貌顯示，流程圖上有實(shí)時(shí)值顯示。

（6）通過DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對能耗指標(biāo)煤氣進(jìn)行精確累計(jì);對石灰的出灰重量和時(shí)間正確記錄。

系統(tǒng)主畫面如下圖：

三、SUPCON DCS系統(tǒng)介紹

SUPCON WebField GCS-2 系統(tǒng)是浙大中控公司控制系統(tǒng)家族的重要成員，是一種面向中小型控制領(lǐng)域的多功能控制系統(tǒng)（Mini DCS），可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程控制、順序控制等實(shí)時(shí)任務(wù)。該系統(tǒng)在進(jìn)行功能設(shè)計(jì)時(shí)，除保留了常規(guī)DCS 系統(tǒng)強(qiáng)大的模擬量處理和回路控制功能，還兼具快速邏輯控制功能及更高的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性性能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

GCS-2 控制系統(tǒng)是一種“網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)”，它采用了Web 化體系結(jié)構(gòu)，支持C/S 模式，突破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的層次模型，實(shí)現(xiàn)了與多種現(xiàn)場總線技術(shù)的兼容和其他廠家智能設(shè)備的綜合集成，并可與多種國內(nèi)外DCS、PLC 等控制設(shè)備進(jìn)行互連。

第一層網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)，稱為 SCnet Ⅱ，采用10/100Mbps 自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

第二層網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，稱為Rcom I 網(wǎng)，它基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)，用于連接遠(yuǎn)程I/O 機(jī)架和遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架。

第三層為機(jī)架內(nèi)部I/O 總線——CDM 總線。它是一種高速并行總線，能提供高達(dá)80Mbps 的總線速度，大大加快了I/O 模塊與CPU 模塊之間的數(shù)據(jù)交換速度。

GCS-2 系統(tǒng)采用高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnet Ⅱ作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)。它直接連接了系統(tǒng)的CPU、操作站、工程師站、通信接口單元等，是傳送實(shí)時(shí)信息的通道，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性。SCnet Ⅱ網(wǎng)絡(luò)最多能掛16 個(gè)操作站，TCP/IP 協(xié)議地址可在128.128.1.129～128.128.1.160 之間選擇，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。下圖為操作站網(wǎng)卡得結(jié)構(gòu)示意圖：

CPU 模塊作為SCnet Ⅱ的節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)通信功能由背板上的通信控制器承擔(dān)。CPU模塊上有兩個(gè)以太網(wǎng)通信口，其中PORT-A 用于SCnet II 網(wǎng)絡(luò)。CPU 模塊控制周期從100 ms 到5s 可選。

四、小結(jié)

新窯建成后，公司5座氣燒豎窯的利用系數(shù)控制在0.8～0.9t/m3.d之間，實(shí)踐表明石灰質(zhì)量相對較高。石灰質(zhì)量的提高在轉(zhuǎn)爐冶煉中具有明顯的間接經(jīng)濟(jì)效益，如降低噸鋼灰耗、減少冶煉噴濺、提高金屬收得率、提高爐齡等。

氣燒石灰豎窯主要以高爐煤氣、部分轉(zhuǎn)爐煤氣為燃料，充分利用我廠的二次能源，噸灰煤氣成本按 70.00元計(jì)算，為我廠節(jié)約資金 70.0 元/t×8萬t/年=560.00萬元/年。本套系統(tǒng)投入運(yùn)行一年多來，安全可靠，操作簡單，非常穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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[3]SUPCON WebField系統(tǒng)說明書，浙大中控技術(shù)有限公司

[4]三鋼礦山氣燒石灰窯自動(dòng)化控制系統(tǒng)，三鋼（集團(tuán)）有限公司