大规模铅锌冶炼烟气治理自动化生产综合管理及控制

1．湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室，湖南湘潭41120；2．湖南株冶火炬金属股份有限公司 ［摘 要］针对烟气治理生产线流程长、分布广，控制工序分散、监控点多等问题，采用现场总线对大型多测点系统进行信号实时采集、通信与控制，实现对烟气治理生产线的自动协调管理及控制，确保在铅锌正常、高效生产的同时，成功实现对铅锌冶炼烟气的彻底治理。系统硫脱除率高、运行稳定，在冶金、石化和电力行业均有广阔的应用前景。 ［关键词］烟气治理；现场总线；优化调度；综合管理及控制 0 前言 近几年，我国铅锌冶炼有了较大发展，但由于冶炼技术和冶炼烟气治理技术的落后，给环境造成了严重的污染。 针对上述难题，湖南株冶火炬金属股份有限公司（株冶）与湖南科技大学采用现场总线、自动控制、生产优化调度、信息化管理等技术，合作研发了这套综合管理及控制系统，实现了对两条铅锌冶炼生产线和两条烟气治理生产线的自动协调管理及控制，实现生产最优调度，确保在铅锌正常、高效生产的同时成功实现对铅锌冶炼烟气的彻底治理。整个管理及控制系统集自动控制、生产调度、信息管理于一体，主要包括三大子系统：现场总线网络信息系统，生产优化调度系统和网络化集中监测与信息化管理系统。 1 现场总线网络信息系统 现场总线控制方式采用数字式信号、以总线方式进行传输，在控制系统布线、信号传输、抗十扰等方面具有传统集中控制方式无法比拟的优点。因此，系统采用现场总线控制方式。此外，由于现场总线的标准化，使得不同型号产品可以进行互换，增加了仪表的可选度。因此，开发现场总线控制系统进行信号监测和控制，很好地解决于大型设备系统多测点信号的实时采集、通信与控制等问题，实现了整条烟气治理生产线的现场信息自动化管理及控制。 在一个控制系统中，如果能只选—种现场总线，构成一个一致性良好的控制网络，会给设备之间的信息交换和编程工作带来很多的方便，但在一个拥有两条烟气治理生产线和两条铅锌冶炼生产线的大型控制网络中，由于监测控制对象复杂，控制对象所要求条件的多样化，监测精度、监测控制方式和控制响应时间上的要求各有侧重以及控制网络的拓扑结构，监测控制设备的分布情况和网络系统的性能价格等多种因素，单一的一种现场总线结构显然难以完全满足要求。系统根据具体需求采用高性能FF（H1）和具有良好的兼容性和开放性的Profibus-DP总线进行集成，总线间采用Modbus串行通信接口进行通信。 如图2所示，在现场监控层Profibus-DP总线下挂S7-300PLC主站、S7-200PLC从站以及具有DP接口的ACS600变频器，FF（HJ）总线下挂EJA FF协议变送器和Rosmount3051 总线型变送器，具有Modbus协议的RTU高压电力系统微机保护装置直接挂在Modbus通信接口上。系统同时用FF（H1）总线上的控制来实现模拟量监控及工艺控制，用价格较低的PLC控制软件对具有强连锁关系的电气设备进行控制。对于少量分散的不具有总输入功能的设备，则选择具有FF（H1）总线接口或Profibus-DP总线上PLC的分散I／O进行数据采集。 过程监控部分选择工业控制以太网，Profibus-DP总线上的PLC主站控制器和FF（H1）总线上的通信控制器间的通信，采用各自都支持的Modbus（RTU）通信协议实现相互间的通信，同时采用客户机／服务器（Client／Server）模式进行网络服务和管理，考虑与信息层进行数据交换，在服务器内配置厂带OPC的控制管理软件。 系统各部分通过操作站软件、现场总线装置数据库及相应应用软件等来实现多种控制产品的集成。用增强型专业工作站软件进行系统网络服务管理，不仅使各子站之间实现相互连锁控制，而且提供操作信息的相互浏览。同时，还配有OPC远程服务软件实现与上层网络的通信，向工厂的管理网提供过程操作与数据趋势的信息浏览服务。 由于铅配料烧结、锌沸腾焙烧、动力波洗涤及WSA制酸四大工艺流程，共有24个工艺过程参数和状态信号参与连锁控制，各流程之间相互影响，某一个关键工艺参数不正常，都可能导致全系统停车，因而连锁控制的可靠性是控制重点。系统采用Delta V系统中的“AND”、“OR”、“NOT”逻辑块、贴寄存器及“OND”时间延时模块，与PLC相结合构成连锁控制系统。使各工艺流程之间的运行状态相互牵制形成一体，安全、可靠、稳定、有序地运行。连锁控制系统以具有重要影响的参数和状态信号的点作为关键点，各关键点参数状态又相应地控制着各工艺流程的主要设备，当某关键点工艺参数不正常时，连锁控制系统自动将设备停车，避免系统不正常运行，确保铅锌生产高效率、高质量地进行。 2 生产优化调度系统 生产优化调度系统是基于客户机／服务器模式，采用C＋＋Builder5企业级软件开发工具和Oracle 8数据库的信息系统。此外，系统为了使各子系统间数据充分共享，以达到系统决策充分准确和全面的效果，采用了COM／DCOM组件技术。 系统功能如图3所示，主要包括基础数据管理、优化调度管理、系统管理三个模块。基础数据管理模块，主要是对生产基础性数据的维护，包括产品信息、工艺信息和设备信息。优化调度是核心模块，包括大量的优化算法、物料信息、生产工单信息和低层设备的数据传输接口管理。系统管理模块根据不同的用户有不同的授权，设立了添加用户管理、修改密码、用户授权等功能。 系统经如上算法确定本月铅、锌产量，制定本月各车间生产计划，再将计划结果转换成低层代码以驱动自动化程度很高的两条生产线的PLC控制设备，调整相应的物料信息、生产工单信息和控制相关设备的动作，协调烟气的调度，使烟气能有效处理，同时，保证铅锌正常、高效生产，创造最佳经济效益，实现最优生产调度。 3 网络化集中监测与信息化管理系统 网络化集中监测与信息化管理系统是基于客户机／服务器模式，通过工业控制以太网结构、SQL数据库和TCP／IP通信协议等构成的开放式监控管理网络系统。系统中，软件采用模块化和结构化的设计形式，结构清晰，维护方便。 系统功能如图4所示，主要包括三大部分：生产管理、设备管理和仪表管理。生产管理可以实现生产计划、实时生产过程和生产历史数据的管理。设备管理不仅对设备的运行状态、运行历史数据、运行状态趋势、检修维护记录、备件与库存和远程故障诊断等进行管理，而且提供按区域、工序、类型、投入时间、维修时间和管理人员等实时分类的相关查询。此外，设备管理部分还具有实时状态显示、历史状态显示、运行状态趋势显示、运行状态趋势预测、故障诊断、预知维护等功能，实现对生产、设备和仪表的运行状态的实时监控，方便预先安排检修与维护，避免事故故障。仪表管理包括了仪表的运行状态查询、设备自诊断、仪表报警和仪表备件与库存等内容。 系统主要采用基于Delta V的浏览器软件、诊断软件、历史趋势观测软件、历史事件记录软件、AMS设备管理软件以及Sytech Report Manager报表软件等实现对生产过程、运行设备、监测仪表的实时与历史信息管理；并通过一台OPC服务器，实现各软件间的数据和信息交换，以及计算机内部应图用程序对现场信息的共享与交换；从而实现整条烟气治理生产线上生产、设备、仪表等信息的共享与集成。 4 结语 系统已成功试行一年，不仅表明采用WSA制酸工艺制酸技术上是可行的，经济上是合理的；而且表明采用现场总线技术为基础的Web控制网络，结合先进的系统软件，可以使系统具有控制精度和灵敏度高、自动化程度高、系统开放性能好、改造与扩展灵活方便等优点。此外，该系统是我国目前规模较大、技术较先进的总线控制系统之一，系统中848T和EJA FF总线型变送器的成功运用，为我国企业自动化装备向现场总线技术升级提供了宝贵的经验。 随着国家对环保的进一步要求，系统在传统的冶金、石化和电力行业的烟气治理方面均有广阔的推广应用前景。