淺析水泥廠DCS投料系統(tǒng)的改進方案

張群

【摘要】科氏力轉子秤系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)互聯(lián)后，出現(xiàn)了投料初期不穩(wěn)的問題，經(jīng)系統(tǒng)改進，設置了手動/自動的切換，且考慮控制通道時間常數(shù)問題，解決了點火投料初期生粉下料量波動大的問題。

【關鍵詞】DCS投料 控制 改進 分析

水泥生產(chǎn)的重點在于熟料的合格生產(chǎn)，生產(chǎn)合格優(yōu)質的熟料需要水泥窯的穩(wěn)定煅燒，窯的穩(wěn)定重點在熱工量的穩(wěn)定，而熱工量的穩(wěn)定重點之一是入窯生料的穩(wěn)定。因此，確保入窯生料設備的計量精度、完好率、可靠性就極為重要。

目前，對于熱工量的控制多數(shù)采用了DCS控制系統(tǒng)，系統(tǒng)在工作可靠、維修方便的基礎上，具有開放的體系結構，具備強大的處理功能，因此很利于用戶進行二次開發(fā)組態(tài)以滿足不同的工藝需要，實現(xiàn)復雜的控制方案。用戶在使用DCS系統(tǒng)過程中，對于系統(tǒng)存在一些特殊的問題也可再次開發(fā)進行修改。

一、投料初期DCS系統(tǒng)存在的問題

在某公司的一條5000T/d熟料生產(chǎn)線上，入窯生料量的控制就采用了DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)上層為DCS操作站，現(xiàn)場級由PLC實施控制，PLC系統(tǒng)給定值由上位機操作站經(jīng)現(xiàn)場I/O站發(fā)出，測量值取自科氏力轉子秤，由轉子秤計量粉體的質量流量輸出4-20mA電流，PLC系統(tǒng)將測量值采樣并與給定值進行比較，執(zhí)行編寫好的算法程序后輸出信號去控制生料閥門的開度，使生料流量滿足要求，從而完成入窯生粉物料的計量與輸送。在該系統(tǒng)中，由PLC控制器、流量閥、被控制對象和轉子秤構成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)與DCS互聯(lián)進行集散控制。

本系統(tǒng)在操作站的畫面上，對于生粉下料量沒有設置手動，因此一開始投運就采用自動方式，導致最初幾分鐘生粉下料量的波動特別大，且在多次點火投料的初期都出現(xiàn)同一情況，造成點火投料時中控操作的困難，系統(tǒng)要在運行十分鐘后情況才趨于穩(wěn)定。

二、針對DCS投料系統(tǒng)的改進

為解決系統(tǒng)投料初期工作不穩(wěn)定問題，技術人員在原有DCS系統(tǒng)基礎上作了兩點改進，第一個是在操作站原有的組態(tài)畫面上增加一個手操器即手動/自動切換開關，在投料初期手操器選擇手動，流量閥的開度由操作員來控制，在運行穩(wěn)定后將手操器選擇自動，流量閥由PLC系統(tǒng)控制;第二個是將原來PLC系統(tǒng)輸出直接到閥門的控制信號（4-20mA），改為控制信號經(jīng)現(xiàn)場I/O控制站傳回操作站，在操作站上選擇控制方式后再經(jīng)現(xiàn)場I/O站到流量閥。

此方法解決了點火投料的初期生粉下料量波動特別大問題，但在正常自動狀態(tài)運行時發(fā)現(xiàn)，生粉流量的波動卻比原來要大些，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，原因就出在上述改進方案的第二點，手操器置自動狀態(tài)運行時到流量閥的控制信號會兩次經(jīng)過I/O現(xiàn)場站，由于公司的DCS控制系統(tǒng)的采樣處理周期為50mS，經(jīng)兩次采樣、處理需100mS，在PLC系統(tǒng)對科氏力轉子秤的計量信號源采樣周期不變的情況下，加長了到閥門的控制信號的處理周期，閥門的動作時間滯后于PLC系統(tǒng)直接輸出信號的時間。為解決這一問題，技術人員將上述改進方案的第二個還原，在PLC控制系統(tǒng)與流量閥間增加一中間繼電器觸點，當手操器選擇手動方式時，觸點斷開，由操作站給定閥位信號經(jīng)現(xiàn)場I/O站直接到閥門。當手操器選擇自動方式時，I/O現(xiàn)場站輸出數(shù)字量讓PLC輸出的控制信號經(jīng)中間繼電器到達流量閥，由此徹底解決了DCS系統(tǒng)在點火投料初期生粉下料量波動特別大的問題。

三、對DCS投料系統(tǒng)及改進方案的分析

公司使用的投料系統(tǒng)為轉子秤控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PLC、科氏力轉子秤、流量閥及被控對象組成，系統(tǒng)與DCS的互聯(lián)僅涉及流量的給定信號與反饋信號，在操作站上給定流量信號經(jīng)現(xiàn)場I/O站到PLC;轉子秤測得的流量信號經(jīng)PLC、現(xiàn)場I/O站到操作站進行流量的顯示。在PLC的程序設計中或許沒有考慮到投運初期要由手動切換到自動;或許PLC程序設計考慮到切換，僅在與DCS系統(tǒng)的互聯(lián)中沒有用起來，而PLC控制參數(shù)的整定值在正常工況下能解決干擾問題，所以出現(xiàn)了投料初期不穩(wěn)定，運行十分鐘后正常情況;

從系統(tǒng)的改進方案來看，技術人員對DCS系統(tǒng)組態(tài)比較熟悉，但對PLC程序不熟悉，或者PLC程序設置了加密讓他們無從下手。技術人員在改進方案初期沒有考慮到控制通道人為增加了信號的傳遞滯后，由此案例也可見，信號的滯后對控制品質帶來的影響。