DCS自动控制系统在铜冶炼中的应用

武丽霞

（中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司，辽宁 抚顺 113321）

DCS自动控制系统在铜冶炼中的应用

武丽霞

（中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司，辽宁 抚顺 113321）

基于底吹炉铜冶炼的必要性和可行性，整个系统采用了 DCS自动控制装置完成连续上料过程，构成完善的计算机控制系统。底吹炉铜冶炼 DCS自动控制系统主要完成备料仓的给料、称量、物料运输直至将铜精矿、煤粉、返料粉、石灰石、石英石等原料按照要求的给定比，瞬时送入底吹炉这一过程的自动控制。本系统还完成对现场流量、压力、温度、液位等测量点的监测及调节阀的控制等。整个系统以西门子 PLC为核心控制，外增设相应扩展模块，实现对输入数据的采集、转换及输出等。组态软件中，趋势图、报表等功能真实可靠，为出现故障时快速、准确分析原因提供了有力依据。基于 DCS自动控制系统之下，多处运用变频技术，节约了能源，同时，自动化水平的提高，减少了人力资源，降低了运行成本，为生产的安全运行提供了保障。

自动控制；检测装置；调节阀；置位

伴随着科学技术日新月异的发展，我国的铜冶炼生产经历了很大的变化，目前铜冶炼控制过程正处在向完全自动化迈进的新时期。鉴于我公司改造后铜冶炼方式的改变，我们采用了全新的 DCS集散控制方式实现对粗铜冶炼的控制。整个铜冶炼 DCS控制系统由 3个主要部分组成，上位机、下位机 Siemens S7-300、现场传感器与执行部件等。其主要功能有：实现对铜精矿、煤粉、石英石、石灰石、返料粉等原料的自动上料过程控制。整个系统实现了原料自动上料，阀门自动调节，现场温度、压力、流量等信号的实时监测，其中原料自动上料过程控制是整个自动控制的核心。

1 系统构成

1.1 系统硬件

铜冶炼DCS控制系统中有多个电机/泵、调节阀、流量、温度、压力测量元件等，它们分散分布在设备的不同位置，要求计算机实现监测、控制或调节。

其中上位机选用 Dell工控机，内置西门子通讯卡。上位机与下位机通讯，实现对下位机及整个系统的监控和操作。

下位机选用 S7-315 2DP PLC和温度模块，模拟量、数字量输入 /输出模块，通过 CP343与上位机连接，S7-315 2DP PLC具有简单实用的分散式和多界面网络能力，如果控制任务增加时可自由扩展。下位机 PLC实现整个铜冶炼自动控制系统的数据采集，逻辑控制与自动控制并调节的功能。

铜冶炼自动控制系统配备了上料皮带机、变频器和调节阀等控制装置和称重传感器、浮子流量计、热电阻、热电偶、压力变送器、氧浓分析仪等检测装置。通过传感器采样现场数据，提供计算机来实现变频器、阀门等的控制调节功能。

1.2 系统软件

软件编程分为上位机软件和下位机软件。它们在系统中具有不同的功能但却有着同样重要的作用。

由于上料控制过程对实时性要求较高，而上位机和下位机通讯距离较远，通讯较慢且容易受到干扰，所以把更多的控制功能放在了下位机。本系统下位机采用Siemens S7-300编写的 PLC程序，实现冶炼系统控制层的功能，如手动 /自动转换，逻辑控制与 PID调节，数据采集与调控输出功能等。这部分的程序采用模块化设计。其中主体程序 OB1块程序如下：

上位机的组态软件同样可以执行一定的控制功能，其优点在于脚本编写更容易，能充分发挥自身系统的优势。本系统上位机以 windows XP 为系统平台，用力控科技软件集成。为了能及时、准确地采集、存储和显示数据，更好地掌握系统运行情况，方便、准确地实施运行控制，在上位机软件中建立了熔炼系统图、备料系统图、电热前床、报警记录、参数设置、数据报表等画面，其中，熔炼系统和备料系统是整个自动控制的关键。上位机软件实现全部上料皮带的运行监控，纯氧及保护风入炉流量、压力、调节阀的监测，循环水流量、压力及烟气温度的监测等，并实现报警记录、数据、报表及参数设置等。

2 主要监控功能

2.1 工艺流程

铜冶炼所需物料共五种，包括铜精粉、煤粉、返料粉、石灰石、石英石，这五种物料分别通过六个计量皮带计量。除此之外，还包括四条上料皮带，通过上料皮带，将物料送至底吹炉下料口中。

熔炼系统是进行铜冶炼的主要系统，主要包括底吹炉和送风系统，物料在底吹炉中进行冶炼，制氧站及螺杆风机送入底吹炉中的助燃风经阀门由氧枪进入炉内，为了准确地监测入炉氧量及判断氧枪使用状况，在每一条送风管路中，都增设流量、压力变送器，同时在管路中加装调节阀，以调节风量，此外，也可查询熔炼水系统、熔炼各数据曲线及氧枪各数据报表。

2.2 PLC上料过程控制

自动上料过程控制由 PLC中程序完成，程序控制过程如下：（1）当在备料系统界面中点击“给料开车预告”按钮后，程序中内部辅助继时器 M1777.7通电置位，常开点闭合，继电器 T10延时 10S，10S之后，M1777.7继电器复位，同时“给料预告置位”复位。（2）当按下“系统正常开车”按钮后，备料和熔炼9.5米事故急停开关未按下的情况下，在下位程序中，M25.5、M29.0辅 助 继 电 器 复 位，M15.0取 0至 1时的上升沿，系统正常开车显示（DB2.DBX15.1）置位，即电脑桌面上显示系统正常开车。（3）备料所有计量皮带和上料皮带转换开关均打到“远程”，即程序中M2.1继电器通 电，常开 点 闭 合，M2.2-M2.7继 电 器断电，取其常闭点与 M2.1常开点串联后，使“自动开车时备料车间做好准备开车条件”即 DB2.DBX14.7点置位接通，使熔炼允许备料开车启动标志置位。（4）熔炼允许备料开车启动标志置位，同时 KX11急停按钮复位，3#皮带打开“远程”，3#皮带启动，3#皮带启动后，将其运行反馈点串到2#皮带启动条件中，延时 3S后，2#皮带启动，然后启动 1#皮带，1#皮带启动延时 3S后，启动 0#皮带，然后启动计量皮带。（5）按下画面中“系统正常停车按钮”，使点 DB2. DBX15.2置位，底吹炉中“工作位”或既不在工作位也不在事故位时，M22.5通电，通电后取其常开点，同时总料值≤ 0.5T时，延时 10S，M16.0取上长沿，使熔炼允许备料开启启动标志“复位”（即停车）。（6）在“系统故障停车显示”复位的情况下，有三种方式进行系统急停车，一是按下画面中“系统急停车”按钮，二是当底吹故障与备料开车联锁时，底吹炉系统故障 DB2.DBX5.3置位。三是按下 DX11中事故急停开关或 KX12中事故急停开关。

在整个自动控制过程中，子程序多，控制过程繁琐，现场设备任一点出现问题都可能使系统不能正常运行。

3 DCS动态运行过程中容易忽略的问题

我们在安装调节阀门时曾遇到这样一种情况，调节阀门本身无故障，输入到DCS系统中的信号也正常，但是通过操作系统控制阀门时没有响应。后经反复调试找到原因。原因主要是由于DCS中模块的电源接地线直接接至大地，而电动阀门的地线不接地，导致电源失衡使得阀门不能正常动作。加装隔离器后DCS的电源浮空，与接地一致，再将四线制输入模块公共端接地后阀门正常动作。

由于整个系统控制系统属于连续上料过程，涉及元器件较多，某一个小元件损坏都可能使整个系统停车，这就要求维修人员在日常维护过程中一定要认真负责。一次由于原料系统DO模块送电保险丝损坏造成 DO模块无输出，使整个系统停车。还有一次主控工人反应上料画面中置数无响应，但反馈能监测数据，后经检查发现由于原料 PLC到交换机光纤折损，部分网格数据连不上，使一些操作不能进行，但通过双绞线的数据监测正常，后经修复光纤后故障排除。

在设备运行过程中突然发生故障时，操作人员的故障现象观察能力对工程技术人员判断故障发生点有着非常重要的作用，这就要求运转人员对整个系统的控制过程十分熟悉。一次调度通知系统故障突然停车，但运转人员描述不清停车状况，皮带上布满物料又不符合开车试验条件，故障点确定非常困难，后经证实是计量皮带先停，然后上料皮带停车，由此可以马上确定故障原因是上料皮带反馈点无输出，使计量皮带停车，后经查上料皮带柜空开跳闸，使系统停车。

底吹炉铜冶炼是连续上料过程，系统突然出现故障停车，必须马上修复，所以说维修人员不但要了解现场每一个元器件的功能、位置、还要掌握控制原理及过程，同时还需要现场运转人员的紧密配合。

4 结语

DCS自动控制系统在铜冶炼中的应用，实现了集中控制，分散管理，安全性、可靠性大大提高，有利于更高一级的控制。模块多样，可以任意增减监控点，充分体现了控制过程的灵活性和护展性。本控制系统中，多处运用变频技术，同时减少了人力资源，大大节约了能源，降低了运行成本。从实际运行情况来看，此系统控制效果良好，自动化水平较高，易于操作，运行平稳可靠，具有广泛的应用前景。

TP273

A

1671-0711（2017）07（下）-0158-02