集中供氣系統(tǒng)采用DCS 遠(yuǎn)程控制的重要性

李林森

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南文山 663701）

0 引言

空壓機(jī)是企業(yè)、工廠生產(chǎn)壓縮空氣的主要設(shè)備，傳統(tǒng)的空壓機(jī)控制方式存在明顯的缺陷，如人工手動(dòng)控制、設(shè)備磨損較大、能耗損失較高且產(chǎn)生大量的熱量及噪聲等。某選礦車間有A、B、C 三套生產(chǎn)系統(tǒng)，共用一個(gè)集中供氣系統(tǒng)（10 臺(tái)空壓機(jī)）進(jìn)行供氣，所有空壓機(jī)均采用傳統(tǒng)的人工手動(dòng)控制。研究發(fā)現(xiàn)，整個(gè)選礦生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)壓力無(wú)法根據(jù)生產(chǎn)需求及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，造成資源和能源的浪費(fèi)；空壓機(jī)待機(jī)、啟動(dòng)、停止過(guò)于頻繁，致使設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，機(jī)械故障增多，能源消耗加劇，維修費(fèi)用升高，生產(chǎn)成本增加。

隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，企業(yè)、車間對(duì)壓縮機(jī)容量和壓力等級(jí)的要求越來(lái)越高，對(duì)設(shè)備的管理、設(shè)備的安全運(yùn)行、能源消耗和員工的工作環(huán)境有了更高的要求。為了解決這一系列的問(wèn)題，通過(guò)采用遠(yuǎn)程DCS 改變空壓機(jī)的控制方式，減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全、高效運(yùn)行以及集中供氣的無(wú)人值守，使生產(chǎn)人員遠(yuǎn)離污染源。遠(yuǎn)程DCS 控制是企業(yè)節(jié)能降耗、挖潛創(chuàng)效、安全生產(chǎn)工作的引導(dǎo)方向，可以在保證設(shè)備的正常運(yùn)行和工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定同時(shí)，為本質(zhì)化安全生產(chǎn)、安全發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 存在問(wèn)題

該選礦車間集中供氣由A、B 系統(tǒng)和C 系統(tǒng)，合計(jì)10 臺(tái)空壓機(jī)組成，其中6 臺(tái)阿特拉斯空壓機(jī)、1 臺(tái)辛麥恩空壓機(jī)、3 臺(tái)英格索蘭空壓機(jī)。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，空壓機(jī)的運(yùn)行工況較為惡劣：10 臺(tái)空壓機(jī)均安裝在主廠房?jī)?nèi)，增加了廠房?jī)?nèi)的溫升及噪聲；設(shè)備安裝位置通風(fēng)不良、散熱不佳，在夏季溫度較高時(shí)出現(xiàn)熱保護(hù)跳閘停機(jī)等情況；由于空壓機(jī)安裝空間受限、無(wú)吊裝輔助設(shè)備，更換電機(jī)、機(jī)頭等重型部件時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)，且人工搬運(yùn)過(guò)程中存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)；空壓機(jī)安裝在磨礦平臺(tái)的安全通道，安全通道旁還設(shè)置壓力容器，隔離措施不符合安全通道設(shè)置要求；空壓機(jī)上方安裝有旋流器，當(dāng)旋流器出現(xiàn)潑灑現(xiàn)象時(shí)礦漿極易飛濺至空壓機(jī)上，影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

因?yàn)锳、B 系統(tǒng)和C 系統(tǒng)為獨(dú)立的供氣系統(tǒng)，導(dǎo)致A、B 系統(tǒng)和C 系統(tǒng)供氣存在供氣余量互補(bǔ)調(diào)節(jié)的不便（A、B 開(kāi)啟1 臺(tái)儀表空壓機(jī)供氣能力不足，C 系統(tǒng)開(kāi)啟1 臺(tái)儀表空壓機(jī)供氣能力富余），為保持供氣的穩(wěn)定性，兩套供氣系統(tǒng)均考慮了供氣余量，增加了運(yùn)行功率，空壓機(jī)加卸載較為頻繁，且整個(gè)集中供氣空壓機(jī)均采用人工手動(dòng)控制方式，管理方面存在較多不便。

（1）整個(gè)空壓機(jī)系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中空壓機(jī)的開(kāi)啟和停止都為現(xiàn)場(chǎng)人工手動(dòng)控制，崗位操作人員及工作人員在整個(gè)生產(chǎn)和調(diào)試過(guò)程中接觸的噪聲時(shí)間較長(zhǎng)，噪聲污染較為嚴(yán)重，且在整個(gè)選礦生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)壓力無(wú)法根據(jù)生產(chǎn)需求及時(shí)調(diào)整，造成資源和能源的浪費(fèi)。

（2）空壓機(jī)加載、卸載過(guò)于頻繁，因手動(dòng)控制無(wú)法及時(shí)調(diào)整供氣壓力值，整個(gè)供氣過(guò)程中形成一個(gè)“加載—卸載—加載”的閉環(huán)回路，頻繁加卸載，造成資源浪費(fèi)和能源消耗加劇。

（3）空壓機(jī)待機(jī)、啟動(dòng)、停止過(guò)于頻繁，空壓機(jī)的供氣過(guò)程通過(guò)設(shè)置加載壓力和卸載壓力來(lái)控制供氣的壓力范圍值，間接控制空壓機(jī)的啟停，致使空壓機(jī)長(zhǎng)期處于高溫、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，機(jī)械故障增多，維修費(fèi)用升高，能源消耗加劇，生產(chǎn)成本增加。

（4）生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法及時(shí)監(jiān)測(cè)用氣壓力變化，經(jīng)常會(huì)因?yàn)橛脷鈮毫ψ兊投鴮?dǎo)致不必要的停機(jī)、設(shè)備故障或無(wú)法滿足工藝生產(chǎn)要求，選礦工藝指標(biāo)波動(dòng)較大，造成能耗、礦山資源的浪費(fèi)。

（5）生產(chǎn)車間用氣點(diǎn)較多且用氣頻繁，用氣時(shí)間點(diǎn)雜亂無(wú)章，導(dǎo)致氣壓忽高忽低，因無(wú)法及時(shí)調(diào)整壓力值范圍，影響車間正常、高效生產(chǎn)。

（6）無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)集中供氣系統(tǒng)故障。在選礦生產(chǎn)過(guò)程中集中供氣至關(guān)重要，因無(wú)法及時(shí)關(guān)注到氣流的壓力變化，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)或選礦效果變差，最終會(huì)造成空壓機(jī)出現(xiàn)異常狀況或故障停機(jī)。

（7）供氣管路老化漏氣、氣管接頭不牢固漏氣、氣閥未完全關(guān)閉，造成能源和資源的大量浪費(fèi)。

（8）人工手動(dòng)控制的方式存在誤操作的可能性，一旦操作或管理失誤將產(chǎn)生較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，影響工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行甚至造成人員傷害，企業(yè)安全生產(chǎn)和作業(yè)本質(zhì)化安全將無(wú)法管控。

2 DCS 遠(yuǎn)程控制及視頻監(jiān)控的運(yùn)用

將空壓機(jī)的壓力、溫度、振動(dòng)、位移、電壓、電流等模擬量直接接入DCS，DCS 到電控的開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)機(jī)旁PLC 執(zhí)行控制，這樣可以實(shí)現(xiàn)“電控”現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)停車或遠(yuǎn)程DCS 全自動(dòng)開(kāi)停車功能，確保空壓機(jī)在工藝要求的壓力、流量變化范圍內(nèi)高效安全運(yùn)行。視頻監(jiān)控配合DCS 監(jiān)控系統(tǒng)使用，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，方便操作人員及時(shí)掌控每個(gè)點(diǎn)的運(yùn)行情況，大大降低操作人員接觸設(shè)備、誤操作造成人身傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

（1）設(shè)置遠(yuǎn)程開(kāi)、停機(jī)及監(jiān)控系統(tǒng)。DCS 遠(yuǎn)程控制和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的引用，在中控室實(shí)現(xiàn)定時(shí)或?qū)崟r(shí)開(kāi)啟和停止空壓設(shè)備，避免了人為誤操作導(dǎo)致的故障，通過(guò)視頻監(jiān)控空壓機(jī)房的內(nèi)部環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況及故障，保證空壓機(jī)系統(tǒng)及整個(gè)生產(chǎn)車間所有設(shè)備正常、高效地運(yùn)行。

（2）合理控制空壓機(jī)供氣壓力。根據(jù)生產(chǎn)要求及時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉空壓機(jī)或調(diào)節(jié)其加卸載壓力來(lái)控制生產(chǎn)壓力范圍值，減少頻繁加載和卸載工況，可以降低能耗和設(shè)備易損件的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

（3）設(shè)定壓力報(bào)警值。設(shè)定集中供氣壓力的上、下限保護(hù)，將輸出壓力值轉(zhuǎn)換以信息的方式傳播，當(dāng)壓力發(fā)生變化影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可快速、高效地調(diào)整整個(gè)集中供氣的壓力范圍值，保證生產(chǎn)系統(tǒng)免受影響。

（4）設(shè)定溫度報(bào)警值。對(duì)輸出的溫度信號(hào)進(jìn)行上、下限報(bào)警設(shè)置，并判斷和處理輸出信號(hào)線路，及時(shí)找出整個(gè)集中供氣系統(tǒng)故障，排除故障。

（5）供氣管路網(wǎng)上控制閥的安裝。整個(gè)供氣管路數(shù)據(jù)的采集和收集，通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)時(shí)觀測(cè)到供氣管路數(shù)據(jù)的變化，及時(shí)對(duì)壓力變化進(jìn)行補(bǔ)償。

（6）其他參數(shù)數(shù)據(jù)的采集和控制。如高低壓配電信號(hào)等，當(dāng)電壓、電流發(fā)生變化時(shí)可及時(shí)監(jiān)測(cè)到它的變化值，可正確判斷出故障原因是否為電壓、電流值變化所引起，及時(shí)排除故障，保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常、高效地運(yùn)行。

3 項(xiàng)目效果

（1）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視的項(xiàng)目有：①空壓機(jī)的運(yùn)行、通知、加載、卸載和工作狀況；②各空壓機(jī)的排氣溫度、工作環(huán)境溫度、壓力值參數(shù)、壓力加卸載值、報(bào)警信號(hào)及跳車保護(hù)值等；③主電機(jī)工作電壓、電流值，主電機(jī)前后軸承溫度，主電機(jī)繞組溫度，排氣口溫度等；④潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油油溫、油壓；⑤空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)及剩余維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間。

（2）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的項(xiàng)目有：①控制空壓機(jī)的啟動(dòng)、停止、加載、卸載；②設(shè)定空壓機(jī)的工作壓力值，加載、卸載值；③控制空壓機(jī)的報(bào)警信號(hào)值及跳車保護(hù)值等。

（3）實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的益處：①避免人為誤操作導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)；②避免崗位工作人員長(zhǎng)時(shí)間處于有噪聲污染的環(huán)境，改善崗位工作人員的工作環(huán)境；③遠(yuǎn)離粉塵、高溫、高壓環(huán)境，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致的人員傷害；④實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和控制，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)到電壓、電流等變化，正確判斷出故障原因，進(jìn)而及時(shí)排除故障，保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常、高效運(yùn)行。

4 創(chuàng)造效益

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

（1）A、B 系統(tǒng)和C 系統(tǒng)單獨(dú)供氣時(shí)用電單耗為800 kW，集中供氣改造后用電單耗為740 kW，1 年以365 d 計(jì)算，除去檢修、意外停機(jī)、節(jié)假日停機(jī)時(shí)間等30 d，電費(fèi)按0.4 元/（kW·h）計(jì)算。則集中供氣改造后電費(fèi)為800×24×335×0.4-740×24×335×0.4=19.30 萬(wàn)元。

（2）集中供氣使用人工手動(dòng)控制方式時(shí)用電單耗為740 kW，使用DCS 遠(yuǎn)程控制后用電單耗為720 kW。則DCS 遠(yuǎn)程控制后電費(fèi)為740×24×335×0.4-720×24×335×0.4=6.43 萬(wàn)元。

（3）集中供氣優(yōu)化改造和使用遠(yuǎn)程控制后可減少崗位操作人員1 人，則人工費(fèi)每年少支出10 萬(wàn)元。

這樣，整個(gè)改造項(xiàng)目每年可創(chuàng)造效益19.30+6.43+10.00=35.73 萬(wàn)元。

因此，該集中供氣的改造和DCS 遠(yuǎn)程控制的投用，每年可節(jié)約35 萬(wàn)余元，符合公司降本增效的管理理念。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

改善了崗位工作人員的工作環(huán)境，避免崗位工作人員長(zhǎng)時(shí)間處于噪聲、粉塵、高溫環(huán)境，確保員工工作環(huán)境優(yōu)良、合格，工作地點(diǎn)遠(yuǎn)離供氣系統(tǒng)，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致的人身傷害。

通過(guò)遠(yuǎn)程控制的運(yùn)用，能夠有效縮短壓縮空氣壓力值的調(diào)節(jié)時(shí)間，確保供氣壓力的穩(wěn)定性，減少能源消耗和資源浪費(fèi)，方便生產(chǎn)調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析工作，在企業(yè)或生產(chǎn)車間有較好的應(yīng)用前景。

4.3 社會(huì)效益

集中供氣的優(yōu)化改造的成功應(yīng)用，增強(qiáng)了車間員工特別是專業(yè)技術(shù)人員堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新道路的信心，進(jìn)一步加強(qiáng)了公司的科技創(chuàng)新能力，解決了空氣流量、壓力整體穩(wěn)定性較差、調(diào)節(jié)速度慢、效果不明顯等問(wèn)題，不僅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且確保設(shè)備及工藝系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行，改變員工的工作環(huán)境，提升員工的工作滿意度，同時(shí)減少車間生產(chǎn)運(yùn)維成本。

5 結(jié)論

DCS 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在該項(xiàng)目的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了以下目的：①改善崗位工作人員的工作環(huán)境，避免人為失誤操作引發(fā)安全事故和降低人工操作風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)崗位操作人員的作業(yè)本質(zhì)化安全；②有效縮短壓縮空氣壓力值的調(diào)節(jié)時(shí)間，保證供氣壓力值的穩(wěn)定；③減少空壓機(jī)頻繁加載、卸載，避免資源浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能增效的目的；④方便生產(chǎn)調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)各作業(yè)點(diǎn)的本質(zhì)化安全；⑤在企業(yè)生產(chǎn)車間有較好的應(yīng)用前景。