国产DCS在焦炉加热系统中的应用

赵庆丰

摘 要：本文主要介绍了宣钢焦化厂焦炉加热自动控制系统的硬件组成、软件组成及各自的功能 ，焦炉加热自动控制的实现方式，网络通讯结构的组成，FBD功能块的编程设计，实时监控画面的设置。

关键词：DCS系统；硬件系统；软件系统；自动控制；FBD功能编程

宣钢焦化厂1#、2#焦炉，自投产以来一直应用焦炉煤气加热。原设计的复式加热系统由于当时高炉没达产且没有高炉煤气稳压设施而没有启用。宣钢10万立方米高炉煤气柜的建成，為高炉煤气应用于焦炉加热系统建立了可靠的外围条件。按公司计划，宣钢焦化厂进行了“高炉煤气置换焦炉煤气”的技改工作。在自动控制系统方面，应用了国产DCS（集散控制系统）——浙大中控的SUPCON JX-300X系统。

1 焦炉加热自动控制系统的组成

1.1 硬件系统

一个自动控制系统的形成，首先是它的硬件部分。该焦炉加热自动控制系统的硬件部分由一个控制站、四个操作站（一个工程师站和三个操作员站）及过程控制网络组成。控制站是自动控制系统中直接与现场设备进行数据交换和信号处理的单元，它完成整个作业过程中在线的实时监控。内部设备有主控制卡—SP243，数据转发卡SP233及若干个输入输出（I/O）卡件，以及双体电源箱（提供5V、24V直流电源）。从安全可靠的角度出发，在控制站中对主控制卡和数据转发卡以及电源箱都进行了冗余设置。工程师站和操作员站的硬件基本包括PC机、鼠标、键盘以及SCnetⅡ网卡等常用配置，工程师站和操作员站的主要区别在于系统软件的配置不同，工程师站的主要功能是完成对现场各个设备进行组态，而操作员站主要是对现场设备的状态信息、历史趋势进行监测、反馈和记录工作，不能进行组态工作。

1.2 软件系统

JX-300X 系统软件应用于Windows NT 4.0环境下，由工程师站组态（Sckey）软件包（工程师站配置）、监控软件（Advantrol）组成。 程序组态工作是通过组态软件（Sckey）进行程序的编写来完成，调试成功后将组态程序下载到控制站之后，进入监控状态，即可在良好的人机界面下，对生产过程进行实时监控。在工程师站可建立不同级别的操作用户，只有掌握相应级别密码人员才可以进入系统，进行本级别的操作，保证系统工作的安全性，可靠性。

1.3 网络通讯的构成

控制系统中采用了两层通讯网络，均为双重化冗余结构。一是过程控制站网络ScnetⅡ，采用了高速冗余工业以太网。过程控制站网络用于连接操作站、工程师站与控制站，传输实时信息。二是控制站的内部网络SBUS，采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件间进行信息交换的通道。由于在网络连接中均采取了双重化冗余结构，保证了信息稳定可靠的传输，应用以来没有异常情况发生。

2 焦炉加热自动控制的实现

自动控制系统同时应用于焦化厂的1#、2#两座焦炉的加热系统中，内容包括对焦炉加热系统的各温度、压力、流量、数据分析仪的记录，以及有关吸力、压力的调节，机焦侧高炉煤气流量、焦炉煤气流量的控制和报警联锁信号的输出等。

2.1 单回路控制方式

在吸力和压力的调节上应用了单回路控制，提供了手动、自动两种控制方式。在手动状态下，由现场操作工给定MV的值以实现阀位信号的实时输出，此状态下不具有PID调节和给定值功能，只提供一个测量值的显示接口和一个阀位手动操作输出的功能。手动状态下输出的阀位值与一定的被控对象测量值PV相对应。自动状态下，具有比例度（P）、积分（I）、微分（D）和控制周期（TS）等控制参数。偏差值DV=（PV-SV）。根据给定值SV，输出相应的控制信号，实现自动调节。其中，PV值与MV值均来源于组态软件，具体值在实时运行中得到。单回路控制方案通过组态即可实现，方法简单易行，关键是能够正确设定调节参数的输入点与输出点。

2.2 FBD功能块编程

焦化厂在2#焦炉实现焦炉煤气与高炉煤气混合加热的方法。在生产工艺中，焦炉煤气流量根据高炉煤气的流量，在机、焦侧按比值5：100分别进行混合，要求对焦炉煤气流量提供三种可切换控制方式：比值、定值以及手动方式。JX-300X系统提供了多种编程手段，包括SCX语言、ST 语言及图形化编程LD梯形图和FBD功能块图。我们从易于掌握和便于非编程人员阅读的角度出发，应用了FBD功能块图的编程方法，严格按照工艺要求与控制原理来编制程序。在正常状态下，实现自动控制，可采取比值控制或定值控制两种方式。为了确保生产上的安全，分别对焦炉煤气总管压力、高炉煤气总管压力进行实时检测，设立了各自的低压报警极限值，二者低限报警值均为2000Pa，低低限报警值焦炉煤气总管压力设为500Pa，高炉煤气总管压力设为1000Pa。低限报警时蜂鸣器发出响声，提示操作工采取相应的措施；当其中之一发生了低低限报警的情况，在蜂鸣器响的同时，计算机控制系统输出控制信号给现场执行设备，开始关闭机、焦侧焦炉煤气翻板，并将控制自动切换到手动状态，操作工按要求作好相应的工作。另外，如果发生低低限报警的是1#焦炉或2#焦炉的焦炉煤气总管压力，则控制交换机停止交换。

3 监控画面的设置

（1）分组显示和工艺流程图：通过画面切换，操作工可以观察到所有的实时数据，掌握实际生产情况。

（2）报警：报警状态下在发出声音提示的同时，操作员从显示器上将看到发生报警测点的颜色变化及报警数值。

（3）趋势图：记录历史数据，便于分析数据和查找原因。对所有的画面均提供了汉字说明。良好的人机界面不仅能满足各个不同层次的人员进行操作，更体现了程序设计和生产管理中以人为本的宗旨。

4 结语

DCS自动控制系统在焦化厂焦炉加热控制系统中得到了广泛的应用，不仅满足了焦炉加热系统的工艺要求，而且焦炉加热自动控制系统自运行以来非常稳定，自动控制状态非常良好，降低了工人的劳动强度、节约了成本。提供了良好的工作环境。为提高焦炭质量及焦炉管理水平，保证焦炉的稳产、高产，实现安全生产提供了有力的保障。