冶煉煙氣制酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)控制技術(shù)

呂 亮，于 躍，張?jiān)迄i

(1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司礦冶研究院，云南曲靖 655011；2.呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008)

呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱馳宏礦業(yè)）鉛廠冶煉煙氣制酸系統(tǒng)分為凈化、干吸、轉(zhuǎn)化和尾吸4個(gè)工序。該制酸系統(tǒng)用SO2風(fēng)機(jī)為鉛冶煉煙氣提供動(dòng)力，如果SO2風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)冶煉煙氣制酸系統(tǒng)非計(jì)劃停車，因此提高SO2風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性是非常必要的。

馳宏礦業(yè)制酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機(jī)采用現(xiàn)場(chǎng)PLC聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱PLC控制器）。從技術(shù)方面來(lái)看，單一的聯(lián)鎖保護(hù)不足以提升設(shè)備的安全性，如果現(xiàn)場(chǎng)PLC聯(lián)鎖保護(hù)控制失效，則后果會(huì)十分嚴(yán)重。現(xiàn)階段SO2風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，存在現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀會(huì)發(fā)生異常波動(dòng)、PLC控制器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能出現(xiàn)死機(jī)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)與PLC聯(lián)鎖失效的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備本體情況，在不追加投資的基礎(chǔ)上，增加DCS遠(yuǎn)程聯(lián)鎖保護(hù)控制器是較為理想的方案。

1 SO2風(fēng)機(jī)配置

馳宏礦業(yè)鉛廠硫酸車間選用1臺(tái)C1230-1.295/0.836型風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)出口壓力45 kPa，主軸轉(zhuǎn)速2 950 r/min，流量1 230 m3/min，功率1 120 kW，配套1臺(tái)YPT560-2-1120kW/10kv型變頻電動(dòng)機(jī)、1臺(tái)HARSVERT系列高速變頻器和1臺(tái)YZ-125AHB型稀油站（1.6 m3）；選用SIMATICS7-300型現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器。

2 PLC聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)

PLC控制器工作原理示意見圖1。

圖1 PLC控制器工作原理示意

通過(guò)總線卡將現(xiàn)場(chǎng)儀表實(shí)際測(cè)量到的軸承溫度、電機(jī)溫度、軸承振動(dòng)速度值、稀油站油壓等數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊IEMENS可編程控制器，與給定的報(bào)警值進(jìn)行對(duì)比。如果實(shí)際數(shù)值高于設(shè)定值，PLC主控站發(fā)出停機(jī)指令，則風(fēng)機(jī)停機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)起到保護(hù)作用。

PLC聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機(jī)硬件示意見圖2。

圖2 PLC聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機(jī)硬件示意

用現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量風(fēng)機(jī)和稀油站等設(shè)備的溫度、壓力和軸承振動(dòng)速度值等參數(shù)，當(dāng)測(cè)量值大于設(shè)定參數(shù)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制儀的觸點(diǎn)動(dòng)作，控制繼電器由“常閉”轉(zhuǎn)為“常開”，控制信號(hào)返回PLC控制器后，發(fā)出停機(jī)指令，風(fēng)機(jī)跳停。

在生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)多次出現(xiàn)總線（DP）通訊中斷、受外界干擾現(xiàn)場(chǎng)溫度控制儀出現(xiàn)異常，測(cè)量值不穩(wěn)定，甚至超過(guò)報(bào)警值，致使風(fēng)機(jī)停止的情況。2015年，因電磁干擾造成DP通訊中斷，現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器死機(jī)造成聯(lián)鎖失效，導(dǎo)致稀油站正在使用的油泵和備用油泵同時(shí)停機(jī)，最終釀成風(fēng)機(jī)主軸、軸瓦、前葉輪損毀的重大設(shè)備事故。

3 DCS聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)

SO2風(fēng)機(jī)新增DCS聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱DCS控制器）為軟件聯(lián)鎖，當(dāng)硬件設(shè)備（現(xiàn)場(chǎng)控制柜上的儀表等）發(fā)生故障時(shí)，軟件聯(lián)鎖可起到雙重保護(hù)作用。DCS控制器對(duì)風(fēng)機(jī)前后軸承溫度、電機(jī)前后軸承溫度、電機(jī)定子溫度、油箱溫度、風(fēng)機(jī)前/后軸振動(dòng)速度值、供油溫度和壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)通過(guò)通信傳到DCS主控室，實(shí)現(xiàn)DCS操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和操控。

DCS控制器測(cè)點(diǎn)布置及電氣控制原理示意見圖3。

圖3 DCS控制器測(cè)點(diǎn)布置及電氣控制原理示意

整個(gè)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件為模塊結(jié)構(gòu)，共分為3個(gè)控制站：變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、進(jìn)風(fēng)門調(diào)節(jié)和防喘振閥調(diào)節(jié)，每個(gè)控制站的模塊都插在同一底板上。IO模塊獨(dú)立采集數(shù)據(jù)，并且有一定的數(shù)據(jù)處理能力；CPU模塊通過(guò)總線（DP）與各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PLC控制器的SIEMENS可編程控制器帶有集成的模擬量I/O及PROFIBUS主站接口，帶有數(shù)據(jù)輸入、輸出及交換的功能，能夠滿足對(duì)處理能力和響應(yīng)時(shí)間較高的場(chǎng)合，在PLC控制器軟件上增加DCS控制器，無(wú)需改動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)控制柜即可實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)鎖，操作簡(jiǎn)單。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀表采集的數(shù)據(jù)通過(guò)PLC的I/O接口傳至PLC的中央處理器 （CPU） 時(shí)，CPU用掃描的方式采集經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存儲(chǔ)器中，同時(shí)診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。一旦出現(xiàn)異常情況時(shí)，PLC控制風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，并通過(guò)DP通訊傳至DCS上位機(jī)。DCS接收數(shù)據(jù)后，軟件聯(lián)鎖啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)可在正常保護(hù)狀態(tài)下停機(jī)。

聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機(jī)硬件示意見圖4。

圖4 DCS聯(lián)鎖控制SO2風(fēng)機(jī)硬件示意

在DCS加入軟件聯(lián)鎖條件后，當(dāng)PLC在現(xiàn)場(chǎng)儀表發(fā)生意外狀況達(dá)到PLC聯(lián)鎖條件停機(jī)外，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)還通過(guò)DP通訊傳至DCS。DCS接收數(shù)據(jù)后，軟件聯(lián)鎖啟動(dòng)，通過(guò)判斷稀油站油泵運(yùn)行信號(hào)及油壓信號(hào)，如兩個(gè)條件都滿足，則風(fēng)機(jī)可在正常保護(hù)狀態(tài)下停機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

新增的DCS軟件聯(lián)鎖，可以在風(fēng)機(jī)控制柜的電器元器件不可靠的時(shí)候，保護(hù)風(fēng)機(jī)、電機(jī)可靠運(yùn)行，雙重聯(lián)鎖使SO2風(fēng)機(jī)的安全性能得到顯著提升，可進(jìn)一步避免風(fēng)機(jī)事故的發(fā)生。同時(shí)，新增的DCS軟件聯(lián)鎖還可根據(jù)工藝要求和風(fēng)機(jī)的實(shí)際情況，靈活實(shí)施聯(lián)鎖和解鎖兩種不同的指令，更適用于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。