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造气DCS综合优化控制系统介绍石家庄兴盛德隆科技有限公司造气DCS综合优化控制系统技术介绍•西门子S7系统是国际公认的优良控制装备，名牌产品。S7系统既有中大规模的S7-300系列、S7-400系列产品，也有非常适合造气工段特点的S7-200系列产品。•因此我们选择了产品市场化，软件全开放，最具性价比的西门子S7系列产品作为我们综合优化控制系统的平台。该系统已在近百家厂家应用。一、系统结构：基于煤气炉在工艺上一致性的特点，为确保任何一台控制站发生故障时，不影响煤气炉的生产，为此通过技术攻关于2008年又推出了具有1：1冗余功能的造气DCS综合优化控制系统。该系统每两台煤气炉用两套完整的控制站进行冗余控制。这样既有系统风险的分散性，又可提高系统的安全性能。即：我方所提供的DCS,操作站互为热备、网络、供电系统、CPU、通讯模块、开关量输出、开关量输入、模拟量输出、带调节的模拟量输入全面冗余。能保证操作站、控制站、网络、供电、各板卡发生故障后能快速、可靠地自动无扰切换。因是以每两台炉为一组采用两套控制站进行控制,一开一备，所以当运行控制站出现问题，备用控制站即时接替，造气炉正常运转。系统进行故障模块自动报警提示。所以安全系数不但高于不冗余的单炉单站的控制系统，而且比普通结构的DCS系统风险更分散，冗余更完善。此项技术在国内间歇炉造气的控制上是独创的，也是最适合造气工艺特点的控制技术。S11S12S13S14S15S16S9S101#操作站３#操作站系统网络图软件：操作系统：windowsXP专业版组态软件：wincc6.2西门子编程软件：step-7MicroWIN西门子应用软件包：XSDL_RYSYS兴盛德隆公司。硬件：采购国际著名厂商西门子公司的S7-200系列产品。质量有保证。备件采购不受垄断限制的后顾之忧。全系统采用多个CPU，风险更分散，造成全厂停车的几率为零。网络：100M工业以太网，扩容方便。２、设备可靠性①．硬件的可靠性除在电路设计、器件的选择、单炉级冗余设计、网络冗余等方面实施了可靠措施外，控制系统还具有：●小模块结构和工业化设计，适应-15℃～55℃的环境；●对所有器件进行防尘、防腐蚀处理，更加适应造气环境。●操作站加装橡胶密封条，预留进气接口，通入仪表空气后可保持正压通风。②．软件的可靠性（1）控制系统在软件可靠性方面参照核电安全计算机系统设计标准，采用了大量的措施确保软件可靠性，包括：●操作站系统软件采用WindowsXP操作系统、WinCC６.２组态软件，控制站软件采用STEP7，确保其可靠性和实时性；●系统提供丰富的自诊断显示信息；●网络通信协议和接口驱动程序采用国际标准OPC协议。（2）．开放的网络结构为了确保系统的开放性，采用标准的网络结构：●系统采用100Mbps快速以太网。支持光纤，同轴电缆和双绞线；●系统还提供标准的RS485、RS232通信协议以便同其它智能单元如PLC、智能仪表等连接。（3）．开放的操作系统●系统采用WindowsXP操作系统。３、系统的控制水平3.1．完成数据检测、控制功能，达到保证设备安全、经济、可靠运行，在相关仪表、执行机构的配合下，实现对调节回路的手动／自动切换、调节；3.2．对有关电气机泵等设备DCS系统根据不同的操作规程完成单点起、停和顺序联锁起、停，DCS根据温度、流量、液位、分析等参数信号、事故信号、机电联锁信号进行相应的联锁动作，控制有关设备的动作，并进行操作提示和报警。3.3．用各种图形或数字方式，实时、动态、形象地显示所有采集和经过中间计算的全部参数，合理布置仪表参数、生产流程和运行管理等显示画面，使其美观实用、立体形象、使用操作简便易懂。采用容错技术，避免误操作。3.4．实现参数的定时及随时打印班日报表功能，具有趋势曲线显示，历史数据察看，事故参数追忆，系统流程图对照功能。3.5．在线实时监视和察看整个系统的每一个组成部分及I/O站中各通道级的运行工作状态，现场控制站具有自诊断、自切换、数据自动一致及自检等功能，确保操作人员快速简单地维护DCS系统，保证DCS长时间可靠地工作。４、应用控制技术：４.1、通用控制技术①、通用操作功能：●紧急停车。●各工艺阀门的逻辑控制●阶段延时（暂停）●各工艺阀门的检测,联锁及报警●阶段快进。●任何阶段的安全开车●制惰气●各阀门的单独操作●吹风自动排队。.●各类加氮操作●强行回收操作●强行放空●安全停车。。②、实现水夹套及气包液位的PID调节③、实现风机和油压系统的管理、报警及联锁。④、实现各参数及阶段时间的历史趋势图、实时趋势图显示，这一功能有利于操作人员随时掌握造气炉的动态变化情况及发展趋势，能及时采取相应操作措施，保证炉况始终处在最佳状态。４.2、专用控制技术功能：（1）、实现真正意义上的自动加煤控制（2）、实现炉盘转速（下灰量）的控制；（3）、实现入炉蒸汽压力的前馈补偿及调节；（4）、实现入炉蒸汽流量的开环配比控制；（5）、实现合成氨的氢、氮比自动调节，（6）、实现炉况智能优化控制；（7）、吹风自动排队功能。５、专用控制装置５．1、油压炭层测量装置我公司最新研制开发的炭层高度优化控制系统，它是由检测与控制系统组成，检测频率可根据厂家需要自由设定，炭层的检测精度误差±2厘米，炭层的控制精度误差±10厘米。炭层高度优化控制系统的成功运用保证了炭层高度的稳定，保证了床层阻力的稳定，从而为造气炉况的全面稳定与优化奠定了坚实的基础。“油压炭层测量装置”的开发成功弥补了长期以来机电一体化自动加煤机在煤层稳定方面不如锥面布料加煤机的缺点。自动探测器我公司提供的“油压炭层测量装置”是在“电机驱动式炭层测量装置”及“简易油压炭层测量装置”的基础上改进的新型炭层测量装置。设备特点如下：1、采用油压驱动，动作可靠；节约能源。2、采用钢丝绳取代链条传动，结构简单、耐用。3、无需另外提供电力，只需油压系统动力即可。4、避免出现因电机、链条、链轮不适应造气现场故障频繁的问题，动作稳定可靠。5、接线简便，只需要一个开关量输入点和一个开关量输出点即可。6、适应范围广，它可配套各种加煤机和各种控制系统。５．2、气化层（位置）检测装置采用特制热电偶（其保护套管具有耐高温、耐摩擦的特性），根据习惯的气化层位置，在一侧灰斗的上方炉体上成垂直一条线自上而下测量气化层的上端（干燥层）、中端（气化层）和下端（灰渣层）三点温度。我们提供的热电偶我们质保一年，大多厂家使用情况是与水夹套同寿命。气化层（位置）检测装置6、造气炉的智能优化控制思想和具体的施实方法近些年来，由于计算机的普及，并逐步应用于工业生产，化肥化工行业也开始接受了这一新生事物，对企业的技术革命正逐渐产生巨大的影响。开始的时候，许多企业为了跟上时代的发展，虽说投入了巨资用上了计算机，实质上对企业效益并没有产生太大的效果。随着时间的推移和新技术的不断开发与完善，这场计算机技术革命正在各行各业迅速得到普及，所产生的巨大效益已不能用数字来计算。从国有大型企业到农村私企，从数控机床到汽车、电子等各行各业，无数的、各种各样的“机器人”在生产过程控制的关键工序发挥着巨大的作用。它不仅代替了人，而且它的工作效率和精确度是人所做不到的。我们化肥化工行业的生产过程控制自动化的程度，数十年前还处于领先地位，但目前已明显落后了。现在多数化肥化工企业生产过程控制的自动化程度，不仅不能和同规模的其他行业相比，就是和农村的很小的私营企业相比，有的还自叹不如。多数企业靠人工手动操作，许多检测及自动化仪表不仅没有改进和升级，而是采取有问题就废止和拆除。所以，当前许多企业生产操作还是靠最原始的人工手动来进行，盲目性很大。势必造成产品的产量、质量和消耗的不稳定，影响企业效益。在我国化肥化工行业里，DCS控制首先用于造气工段。因为各厂都知道，全厂消耗、成本的大宗控制在造气，一个效益好的企业，造气肯定好。一个造气不好的企业，企业效益肯定不会好。这是千真万确的真理,是大家的共识。所以，各厂对造气的技术改造，最舍得投入。当前市场上各种各样的DCS控制系统，无论是国产还是进口DCS控制系统，无论其把功能说的多麽天花乱缀，无论其系统有多麽正规，功能多麽强大，但所起的作用还是一个单版机的功能——简单的程序控制，没有本质的提高。随着科学技术的飞速发展和数字化时代的到来，为了跟上时代的发展，共享科学技术发展的成果，石家庄兴盛德隆科技有限公司紧密联系造气生产的实际，开发出了“造气生产综和优化系统”和“造气炉况智能优化控制系统”。就是要把造气生产过程控制的自动化程度向前提高一步，就是要把我们人想做而很难做到，而人把生产过程编写成程序，设定好参数，让微机去执行人的指令，发现问题或出现偏差，人再去修改程序和参数。这样人机结合达到多产气、产好气、低消耗的目的是完全可能的。在造气炉的生产操作过程中，人掌握着大量信息，对造气炉的生产操作过程中所发生的工况变化能够根据具体情况作具体分析，能够根据具体的工况变化及时采取有效的措施，确保生产过程的顺利进行。人永远比计算机发现的问题要多，掌握的信息量要大。但人有精力限制，有惰性。人与人之间观查问题的方法，分析和处理问题的能力有差别。计算机与人相比，它没有思维的能力。它需要人把发现问题、分析问题、判断问题、处理问题的方法措施，编写成程序，变为计算机能够识别的语言，计算机执行起来没有惰性，没有精力限制。人在分析、判断、处理问题时往往是凭主观、大概和随意性很强。而计算机发现、分析、判断、处理问题时则是通过数据的采集、运算、比较、判断、输出执行。完全是通过数字化处理。是非常精确的。不存在主观、大概和随意性。为了让计算机象人那样发现、分析、判断、处理问题，首先要增加信息的采集。6.1、对造气炉各部分温度点气化剂流量的采集我们所开发的智能优化控制是在以“稳”为核心的优化控制理念指导下而开发出来的。每一个单项控制都体现了一个“稳”字。我们是通过对造气炉生产操作过程中的四个单项控制来达到炉况的稳定，只有炉况稳定了造气炉才能多产气，产好气，低消耗。通过计算机的智能控制实现稳定煤层，稳定灰层，稳定气化反应区域和稳定气化层的温度，最终实现造气炉况的稳定，实现高产低耗。为了实现以上目的，要对造气炉进行各部位的温度、风机电流、空气流量、蒸汽流量进行测量，以全面了解固定床气化层的位置、气化层的温度、气化反应区域和床层阻力及气化剂流速的变化。除上下行温度外，还需要对以下各点安装热电偶进行温度测量，安装流量计进行流量测量。6.1.1炉膛温度2—4点在夹套上封头上5至10厘米处耐火砖之间水平等间隔安装，以了解气化层位置是否上移和火层分布是否均匀，是否有结疤、偏流现象。6.1.2左右灰仓温度2点在左右灰仓口灰仓上盖处安装，以了解灰渣情况，两个出灰口的出灰快慢是否一致，是否有偏流结疤，气化层位置是否下移及分析判断上下吹蒸汽用量是否合适等。6.1.3夹套上中下温度3点穿过水夹套在夹套的适当位置，上、中、下安装三只气化层位置热电偶，以了解气化层的位置，气化反应区域厚度及分析判断上下吹蒸汽用量是否合适等。特别需要指出夹套上中下三只热电偶需耐高温耐磨，其它热电偶可采用普通热电偶。为了实现造气炉内的热量平衡控制和气化反应区域控制还应进行如下测量：6.1.4风机电流的测量（每一个风机系统有空气流量的可不测）6.1.5空气流量的测量（每一个风机系统出口总管装一个空气流量计）6.1.6蒸汽流量的测量（每一台造气炉蒸汽总管装一个流量计）6.2.设定专家参数：根据各点温度的采集处理，由工艺操作人员设定专家目标参数。上行温度设定值炉条机上限设定值下行温度设定值炉条机下限设定值下行温度系数设定炉膛温度上限设定值风机电流设定值灰仓温度上限设定值吹风时间设定值空程高度设定上吹时间设定值空程系数设定空气流量设定蒸汽流量设定6.3、造气炉的智能优化控制思想和具体施实的方法我们经过了十多年的开发、研究，使造气炉的智能控制正在逐步由开环走向闭环。我们所开发的智能优化控制是在以“稳”为核心的优化控制理念指导下而开发出来的。每一个单项控制都体现了一个“稳”字。我们是通过对造气炉生