冶炼烟气制酸系统SO2风机联锁保护控制技术

2020-07-21张云鹏

硫酸工业 2020年5期

吕亮，于跃，张云鹏

(1.云南驰宏锌锗股份有限公司矿冶研究院，云南曲靖 655011；2.呼伦贝尔驰宏矿业有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021008)

呼伦贝尔驰宏矿业有限公司（以下简称驰宏矿业）铅厂冶炼烟气制酸系统分为净化、干吸、转化和尾吸4个工序。该制酸系统用SO2风机为铅冶炼烟气提供动力，如果SO2风机出现故障，会导致整个冶炼烟气制酸系统非计划停车，因此提高SO2风机运行的安全性和可靠性是非常必要的。

驰宏矿业制酸系统SO2风机采用现场PLC联锁保护控制系统（以下简称PLC控制器）。从技术方面来看，单一的联锁保护不足以提升设备的安全性，如果现场PLC联锁保护控制失效，则后果会十分严重。现阶段SO2风机运行过程中，存在现场温度控制仪会发生异常波动、PLC控制器长时间运行可能出现死机导致风机与PLC联锁失效的问题。根据现有设备本体情况，在不追加投资的基础上，增加DCS远程联锁保护控制器是较为理想的方案。

1 SO2风机配置

驰宏矿业铅厂硫酸车间选用1台C1230-1.295/0.836型风机，设计出口压力45 kPa，主轴转速2 950 r/min，流量1 230 m3/min，功率1 120 kW，配套1台YPT560-2-1120kW/10kv型变频电动机、1台HARSVERT系列高速变频器和1台YZ-125AHB型稀油站（1.6 m3）；选用SIMATICS7-300型现场PLC控制器。

2 PLC联锁保护控制系统

PLC控制器工作原理示意见图1。

图1 PLC控制器工作原理示意

通过总线卡将现场仪表实际测量到的轴承温度、电机温度、轴承振动速度值、稀油站油压等数据传输到SIEMENS可编程控制器，与给定的报警值进行对比。如果实际数值高于设定值，PLC主控站发出停机指令，则风机停机，对风机起到保护作用。

PLC联锁控制SO2风机硬件示意见图2。

图2 PLC联锁控制SO2风机硬件示意

用现场仪表测量风机和稀油站等设备的温度、压力和轴承振动速度值等参数，当测量值大于设定参数时，现场控制仪的触点动作，控制继电器由“常闭”转为“常开”，控制信号返回PLC控制器后，发出停机指令，风机跳停。

在生产过程中，风机多次出现总线（DP）通讯中断、受外界干扰现场温度控制仪出现异常，测量值不稳定，甚至超过报警值，致使风机停止的情况。2015年，因电磁干扰造成DP通讯中断，现场PLC控制器死机造成联锁失效，导致稀油站正在使用的油泵和备用油泵同时停机，最终酿成风机主轴、轴瓦、前叶轮损毁的重大设备事故。

3 DCS联锁保护控制系统

SO2风机新增DCS联锁保护控制系统（以下简称DCS控制器）为软件联锁，当硬件设备（现场控制柜上的仪表等）发生故障时，软件联锁可起到双重保护作用。DCS控制器对风机前后轴承温度、电机前后轴承温度、电机定子温度、油箱温度、风机前/后轴振动速度值、供油温度和压力进行实时监控，并将数据通过通信传到DCS主控室，实现DCS操作人员远程监测和操控。

DCS控制器测点布置及电气控制原理示意见图3。

图3 DCS控制器测点布置及电气控制原理示意

整个风机控制系统硬件为模块结构，共分为3个控制站：变频转速调节、进风门调节和防喘振阀调节，每个控制站的模块都插在同一底板上。IO模块独立采集数据，并且有一定的数据处理能力；CPU模块通过总线（DP）与各模块进行数据交换。PLC控制器的SIEMENS可编程控制器带有集成的模拟量I/O及PROFIBUS主站接口，带有数据输入、输出及交换的功能，能够满足对处理能力和响应时间较高的场合，在PLC控制器软件上增加DCS控制器，无需改动现场控制柜即可实现双联锁，操作简单。当现场仪表采集的数据通过PLC的I/O接口传至PLC的中央处理器（CPU）时，CPU用扫描的方式采集经现场输入装置送来的状态和数据，并存入规定的存储器中，同时诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。一旦出现异常情况时，PLC控制风机停止运行，并通过DP通讯传至DCS上位机。DCS接收数据后，软件联锁启动，风机可在正常保护状态下停机。

联锁控制SO2风机硬件示意见图4。