工控网首页
>

应用设计

>

石膏粉生产线集散控制系统

石膏粉生产线集散控制系统

2005/4/12 22:02:00

摘  要:本文将一套集散控制系统(DCS)应用在石膏粉生产线上。根据石膏粉生产工艺的特点,DCS网络结构采用总线型两层结构,把系统分成原料破碎、α粉车间、β粉车间三个子系统来分别控制,并提出了相应的逻辑控制和回路调节控制策略,着重阐述了柱磨机喂料定量PID控制回路和b粉炒制系统的串级控制方案。 关键词:控制理论和控制工程;DCS;石膏粉生产;体系结构;系统配置;回路控制   1引言 石膏是五大凝胶材料之一,广泛用于陶瓷模具、建筑材料、精密铸造、工艺美术等行业。但目前石膏粉生产工艺和生产线自动化水平不高,还多半处于手工操作或半自动化水平,石膏粉产品质量长期处于一种低水平、低质量的状态中。尤其在中国加入WTO以后,将直接面对国外高质量产品和技术的竞争,对我国的石膏粉生产也将极为不利。因此应用先进的自动化生产技术是非常必要的。 DCS系统是目前先进的控制系统,其主要优点是:可靠性高、危险分散、易于扩展、控制功能强、组态灵活、操作管理集中以及人机界面友好。在石化、电力、建材等行业已经成功应用。 就我们在山东某石膏粉生产厂家4万吨系列石膏粉生产线应用为例,来介绍一下DCS应用情况。 2系统的构成和功能 2.1石膏粉生产工艺 石膏粉生产主要工艺流程如图1所示:

图1 主要生产工艺流程图 (1) 石膏块粗破、均化、细破:主要完成原材料的破碎,石膏块由粗鄂式破碎机进行初次破碎,在卸料场分区均化布置,再由细鄂式破碎机二次破碎,进入料仓。这一过程中,粗鄂式破碎机严禁带负荷启动,停车时要有报警信号;卸料场分为两个卸料区,卸料车要在两个区内自由切换,均匀布料。 (2) 预粉磨环节:料仓出来的石膏粉经螺旋称、皮带机进入柱磨机进一步研磨,再由选粉机选级分离,合格的物料通过转角螺旋输送机、垂直斗提机、仓顶螺旋输送机输送到生粉仓。在这一过程中,螺旋称要定值计量并要求计算累加产量;柱磨机同样不能带负荷启动,而且需检测电流;由料位信号来选择仓加料。 (3) a粉反应车间把二水石膏进行蒸压、排水一系列物理化学处理,经过细磨系统和选粉,半成品进入混合仓。这一过程非常复杂,控制系统复杂,回路控制参数多,排水的工艺和设备是α半水高强石膏粉质量的关键,弄不好又转化成β型普通石膏。国内设备很难达不到工艺要求,设备多引进国外的,控制系统由厂家提供。 (4) 在b粉车间石膏粉经过炒制变成半水石膏,后经细磨系统与选粉以后,半成品也进入混合仓。为了做到石膏脱水过程的精密控制,除了必须严格地控制炒制温度、出料温度及煅烧时间外,还必须严格控制物料进炒锅的进料量或进料的连续稳定性,尤其对于间歇式设备,必须严格地控制每一次的进料量(波动范围不能超过±100kg),并尽可能地缩短进料时间和出料时间。炒制过程中的每一个步骤都可能影响到产品质量,为了保证产品的质量及质量的稳定性,必须严格、精确地控制该过程中的每一个工艺参数。b粉炒制环节控制要求复杂,炒锅喂料称要定值给定,需检测锅内、炉膛、入口、尾气温度,风压、风流量,都是4~20mA的标准信号。 (5) 混合仓是石膏制品的深加工环节,不在本控制系统内。 2.2、系统硬件的设计 本系统采用了ABB Industrial Freelance 2000控制系统,该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统。 2.2.1、DCS体系结构 根据系统的生产工艺特点及现场设备分布情况,设置如图2所示的DCS体系结构。 DCS体系结构分为现场层I/O站、过程控制级和操作监控级。通过计算机网络把各层连接在一起,完成数据采集和控制信息的传递。 2.2.2、系统硬件配置 (1)过程控制站 过程控制站分为现场控制器和输入/输出站,现场控制器采用ABB AC800F,内嵌32 位 RISC CPU 。3个I/O站,其中I号 I/O站:原料破碎;II号 I/O站:a粉车间;III号I/O站:b粉车间,完成现场信号采集和A/D、D/A转换等功能。

图2  DCS体系结构 (2)操作员站(OS) 本系统安装了3台操作员站。操作员站选用适合工业现场的DELL工控机,硬件配置RAM256MB, 硬盘40GB,19″彩色CRT ;操作员可通过键盘与CRT与系统进行人机对话,完成对设备启、停、阀门调节,速度调节,过程参数设定,监视现场设备运行和显示过程参数、打印报表等。 (3)工程师站(ES) 该系统设置1台工程师站与1台操作员站兼用。工程师站可以实现硬件编辑、现场过程站编程、现场总线智能仪表组态、操作员站组态一体化编程及调试。 工程师站、操作员站、现场控制器和I/O站都安装在中控室。 (4)通讯网络 由图2可看出系统通讯结构为两层:第一层为现场控制层,实现控制器与I/O模件及智能仪表的通信,采用ProfiBus现场总线通讯协议, 传输介质采用标准双绞线,现场设备状态信息和模拟量信号通过该层网络实时地传给控制器;第二层为中央监控层,实现控制器与操作员站、工程师站的通信,系统通信采用TCP/IP协议以太网,传输介质为同轴电缆,通信速率为10MB/S,传输距离可达1公里以上,抗干扰能力强。 异种系统之间的通讯:在石膏粉生产线中,除了DCS外,还有其他的控制系统,如细磨机控制系统用的是三菱的PLC(FXON-16EX),反应车间的德国设备控制系统用的是西门子的S5-400PLC,DCS系统和这些系统之间要进行信息传递和交换。DCS和PLC之间互联的办法用硬线连接,遵循Modbus协议 RS-485串行通讯。 2.3、系统的软件 ABB Industrial Freelance 2000提供了丰富的系统软件,能够完成多种功能。本系统工程师站安装了DigiTool 6.1版本软件,运行在 Windows NT 4.0 系统上。编程语言采用国际标准 IEC 1131-3 图形化编程语言,利用功能块图FBD、梯形图LD、指令表IL和顺控图SFC等工具,不仅可以完成控制过程的组态,而且还能进行工程调试和诊断功能;完成后的组态结果由工程师站通过系统网络下载至相应的PS、FC及操作站OS中。 操作员站安装了操作监控软件 DigiVis 6.1版本软件,操作界面及菜单为中文,运行在 Windows NT 4.0 Workstation 操作系统上。主要功能包括图形显示、数据监视、系统状态显示、趋势归档、记录、过程及系统报警、控制操作、系统诊断等。 3、控制策略 石膏粉厂整个生产线可分为原料破碎、a粉生产车间、b粉生产车间三个区域,每个区域分为几个组分别来控制。整个控制系统分为粗破组、细破组、预粉磨组,这是原料破碎系统分组情况;在a粉生产车间分为a粉反应车间供料组、a粉贮藏、a粉精磨喂料组及a粉精磨组;在b粉生产车间分为炒锅喂料组、b粉贮藏、混合车间、b粉细磨喂料和b粉精细磨组。 各组控制系统保持相对独立 ,当一部分出现故障时,不会影响其他部分的工作,这就体现了DCS系统危险分散的优点。 (1) 逻辑控制 石膏粉生产中各部分设备需要按一定顺序的动作。电动机启停和阀门开闭有着一定的顺序与连锁关系。为了保证生常过程正常运行和设备的安全,必须严格遵照这些关系。AC800F控制器提供了这种顺序启动的“自动控制”思想。在中央控制室,操作员通过键盘,就能顺序启动和停止某组设备,中间不需要人的干预。生产过程中,某一设备出现故障时,控制器的连锁保护,使相关的设备停止工作。Industrial IT 编程采用IEC61131-3 标准,支持逻辑梯形图(LD),用LD语言编程可很好地实现上面的控制功能。以细破组为例,具体说明这一控制思想。 细破组有4台设备,分别是1—电震喂料机、2—细鄂式破碎机、3—斗式提升机、4—仓顶分料器。正常启动、停止顺序如图3示:

用LD语言编程时,设备4运行返回信号的常开触点作为设备3启动条件,设备3的运行返回信号的常开触点作为设备2的启动条件,设备2和设备1之间也是同样的关系,从而这4台设备有着连锁关系和启动顺序。组态时细破组有4个写变量,记为STA1、STA2、STA3、STA4,分别作为设备4、3、2、1的启动条件,STA1、STA2、STA3、STA4的常开触点依次延时5s动作,也保证了设备的顺序启动,而且也能满足设备电机启动要求;组态时有另外4个写变量,记为STP1、STP2、STP3、STP4,分别作为设备1、2、3、4的停止条件,STP1、STP2、STP3、STP4的常闭触点依次延时5s动作,当停车时,停止设备1后,就能自动延时停止设备2、3、4。 (2) 计量系统控制 对于累计、计量计算问题,系统提供了功能块,通过组态可以完成复杂的数学运算。运用乘法、对数、信号选择、逻辑运算、模拟量累计输入模块等功能块,完成以下运算公式: W=∑K�LN(UI/U0)�V�T  其中:W—物料累计量;K—物料标定系数;T—机器运行时间;Ui—有物料时输出信号;U0—无物料时输出信号;V—输送机速度;N—计算次数 以上功能块完成的运算可以实现定量控制、配比、班产量计算,实现定量管理。 柱磨机喂料定量系统控制原理图4所示:

其中PID各调节参数通过操作员站给定,PID控制由现场控制器完成,其具体算法是: 比例分支:yP=KP.xD         (KP—比例参数,xD—控制偏差) 积分分支:yI=(KP/TN).∫xD.dt      (TN—重置时间) 微分分支:yD=KP</

投诉建议

提交

查看更多评论
其他资讯

查看更多

基于大系统理论煤矿综合自动化系统研究

大系统理论及其在工业中应用

煤炭工业中的CIMS

CIMS概述