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西门子PCS7实现纯碱厂石灰窑气电除尘自动控制_0

未知 2019-06-09 14:04

一、概述
1.纯碱厂新线PCS7过程控制系统简介:
新线DCS系统是使用一套全集成的西门子的PCS7过程控制系统,将工艺电气逻辑控制和自动化仪表控制综合为一体,总控制点数为1万多点。西门子PCS (Process Control System) 7系统是面向工业过程的分布式的全集成控制系统,它综合了DCS、PLC及现场总线的技术。开放式系统网络、开放式操作系统以及开放式接口使公司范围内,即从生产级到管理级的整个信息系统集成最优化;它采用模块化结构,可按系统进行配置,根据纯碱厂新线工艺特点,在中央控制室设12个操作员站、2个工程师站,2对冗余服务器;在现场设12个现场操作员站,8对AS400冗余控制器、27台S7-300控制器,以及若干ET200站。由以上设备组成生产级,通过办公室以太网连到管理级。并根据纯碱工艺生产的特点,在各工段设现场机柜室和现场操作站,供现场巡检人员专用。网络图如下:


2.纯碱厂石灰车间电除尘工艺简介:
电除尘工序隶属于石灰工段,主要是利用高压静电吸附原理,对工艺气体介质中含有的固体小颗粒杂质进行吸附过滤,以达到除尘的目的。运行过程中电除尘塔内部电极产生上万伏的电压,灰尘被吸附在电极上,时间长了越积越多,影响除尘效果,因此需定期对电极进行清洗。我厂共使用了六个电除尘塔,该工序的控制一直采用传统的手动方式,劳动强度大,环境恶劣,需单独设岗位。由于该工序的特殊性,采用自动控制难度大,其他各大碱厂也很少有实现全自动控制的,因此,将该工序相关仪表及设备接入DCS(分散控制系统),通过组态编程实现自动控制,解决了我厂该工序的自动化控制难题,也为兄弟厂家提供了借鉴。


二、工艺控制方案
该工序主要是将从泡沫塔经过一次除尘后的窑气进行二次再除尘,处理后的窑气进压缩工段。主要仪表设备有:除尘塔入口窑气调节阀、入口窑气压力、冲水调节阀、音叉液位检测仪。如图1:

图1


控制过程如下:
电极送电开窑气阀运行4小时关闭窑气阀电极断电打开水阀冲水3分钟关闭水阀(确认冲水管中无水后)电极送电如此周而复始。
在以上控制过程中,考虑到阀门在长期使用过程中可能有打不开或关不死的情况,通过入口压力指示和音叉液位检测仪可分别反馈窑气阀和水阀的开关情况。
水阀关闭后,虽然对电极的冲水停止,但电极周围气体湿度很大,如立即给电极送电灰产生漏电现象,电极电流达不到设定值,且容易损坏相关设备。因此,在实际应用中,应根据实际情况在冲水完成后进行适当的延时。我厂6个电除尘当中,1#~5#延时5分钟,6#延时10分钟。
根据工艺要求,正常生产时不希望有两个或两个以上电除尘塔同时停的情况,这不利于对生产的平稳控制。另外,当一个塔由于故障必须大修时,其他五个塔同时也只能停一个。


三、PCS7系统控制方案介绍
我厂石灰车间使用了西门子公司的PCS系统,实施DCS微机改造后,使电除尘工序的自动控制成为了可能。DCS将所有过程仪表和控制参数纳入微机控制系统,通过方便灵活的组态和编程,能够实现各种控制方案,并对过程进行优化,对各种数据进行集中显示。大大解放了劳动力,提高了生产效率。
DCS对控制过程的组态方式目前一般有以下几种方式:添表式,模块图式,顺控图式,梯形逻辑图式。其中模块图主要用来对监视点和简单的回路控制进行组态,而顺控图则倾向于对生产过程的顺序控制。在对电除尘工序的控制组态中,采用了模块图和顺控图结合的方式,即采用模块图进行输入输出点和6个塔的总体控制,采用顺控图进行单个电除尘塔的顺序控制。
入口窑气调节阀、入口窑气压力、冲水调节阀、音叉液位检测仪等信号通过DCS的I/O卡件接入,电除尘电信号的开停控制通过继电器控制现场设备,开停状态分别取自现场设备的继电器输出,保证了高低压系统的物理隔离,保证了系统的安全可靠性。
3.1顺控组态
顺控图(SFC)是模块算法中的一类,用来控制时间事件的顺序,例如控制过程的开始与结束。SFC由步骤和转移组成。步骤包含一系列的动作,转移是指转移的条件成立时,过程的顺序可以从某一步骤前进到下一步骤。
本文顺控组态主要用来对单塔的工艺过程实现顺序控制,控制流程图如图2。

图示的停塔指令指的是在模块组态中协调6个塔轮流停塔冲水的控制指令。
在顺控图中,一旦开始,程序将按照图示流程循环执行。当然,流程的执行也是可控的,在顺控图中有三个内建的命令,分别是启动(START)、暂停(PAUSE)和停止(IDLE),在操作员画面中使用这三个命令,可以让整个顺序控制过程启动、暂停或者是停止进行手动操作,对应顺控的3种状态分别是Active,Stop和Idle。(当某塔顺控处于Idle状态时,定义该塔为大修状态。)
在顺控图的参数项中建一动态变量,让该变量跟踪步骤的运行。即顺控每执行一个步骤时,同时修改该动态变量的值,这样,每个步骤对应一个变量值,在操作员画面中通过观察该变量的值就能掌握顺控的运行情况,为手动操作时提供参考。
3.2模块组态及内部编程
使用模块图,一方面是完成过程仪表的输入输出组态,以便在顺控过程中使用和控制这些参数。例如,对阀门的控制和对现场设备状态的检测,由于组态比较简单,在这里不再详细描述。
另一方面,通过模块内部编程实现对6个塔运行的协调控制。由于工艺要求正常生产时不希望有两个或两个以上电除尘塔同时停的情况(单塔大修时程序视该塔为开),而在实际应用当中避免不了几个塔同时到点等待停塔的情况,因此,需要编写程序指挥6个塔的循环运行。对多个塔的控制我采取了令牌方式,即:当某塔冲水时间到时,如果已经拿到了令牌(令牌号为该塔号),才允许进行停塔冲水,否则进行排队等待。这样,只要保证令牌号在停塔冲水期间不被重新赋值,也就保证了不会同时有2个塔同时停的情况。
由于令牌程序较复杂,单纯采用现成的模块模板难以实现,我采用了模块和编程相结合的办法,其程序流程原理如图3:


在图3中,无塔准备停指的是没有塔正运行在顺控图中从关窑气阀指令发出到电极停电状态返回前这段时间内。这样,当几个塔要求同时停塔时,不会一个连一个的停。另外,适当加长令牌程序的扫描周期也有助于避免这种情况的出现。


3.3操作员画面组态
3.3.1操作员画面

3.3.2画面说明:
(1)TingTa 在空项里显示0、 1 、3、4、5、6,显示0表示没有除尘塔清洗,显示1表示1#塔正在清洗,显示2表示2#塔正在清洗,显示3表示3#塔正在清洗,显示4表示4#塔正在清洗,显示5表示5#塔正在清洗,显示6表示6#塔正在清洗。
(2)在HV-202a-1项 点击OFF/ON按钮弹出对话框出现两个按钮,点击OFF可使它所对应的阀关闭,点击ON可使它所对应的阀打开。当阀打开时,空项内显示100,当阀关闭时空项内显示0
(3)HV-202a-1~ HV-202f-1为窑气阀,正常情况下不许点击OFF/ON按钮来开关阀
HV-202a-2~ HV-202f-2为水阀,正常情况下不许点击OFF/ON按钮来开关阀
(4)当圆圈颜色为绿色时代表上水管中无水,当圆圈颜色为红色时代表上水管中有水(此时电极不能送电)
(5)点击系统下边的菜单栏,弹出对话框出现6个显示

1.AS02/1#TOWER
2.AS02/2#TOWER
3.AS02/3#TOWER
4.AS02/4#TOWER
5.AS02/5#TOWER
6.AS02/6#TOWER


四、结束语
西门子公司PCS7控制系统实现对电除尘工序的自动控制,充分发挥了顺控图这种模块算法的优势,为控制器节省了模块空间,提高了系统运行效率和自动化程度。系统改造后,完全改变了过去那种靠人工计时,在现场恶劣环境操作的繁杂劳动,提高了除尘效果,节约了水资源。尤为重要的是,改造实现了远程控制和无人岗位值守,节省了人力成本,为我厂降低成本、更进一步提高了纯碱生产自动化控制水平!

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