DCS在硫酸生產和余熱發電項目中的應用

1 引言
國大黃金冶煉股份有限公司主要以金銀冶煉，電解銅，硫酸生產為主。該硫酸生產和余熱發電項目于2005年10月投入生產，自動化工程采用浙大中控JX-300X DCS控制系統。JX-300X DCS是浙大中控WebField集散控制系統家族的重要成員，該系統全智能化設計，實現了熱冗余和故障自診斷功能。對生產過程實現計算機監控，具有可靠性高，適用性強等優點，是一套技術成熟、性能穩定、功能完善、經濟實惠的控制系統。不僅大大提高了硫酸生產的效率，節省了大量勞動力，也為生產的正常進行提供了有力保障。

2 硫酸生產及余熱發電工藝
硫酸生產及余熱發電工藝流程圖如圖1所示。

圖1 硫酸生產及余熱發電工藝流程圖

3 DCS體系結構設計
3.1 DCS系統結構
DCS系統結構參見圖2。

圖2 DCS系統結構圖

3.2 管理監控層
該DCS控制系統上層共配置了5個操作站，按工段劃分，硫酸生產工段三個操作站:一個工程師站(兼操作員站)，兩個操作員站。其中把工程師站和一個操作員站配置在硫酸生產總控室，另外一個操作員站配置在焙燒工段控制室。余熱發電工段兩個操作站:一個工程師站(兼操作員站)，一個操作員站，兩個站都配置在發電控制室。所有操作站監控軟件均采用浙大中控實時監控軟件包AdvanTrol作為監控平臺，且運行獨立工程，其中一臺退出不會影響其他計算機運行。在工程師站上還安裝了AdvanTrol組態軟件包，用來對系統進行組態維護。

3.3 現場控制站
該DCS控制系統共配置了三個控制站:硫酸生產工段兩個控制站，余熱發電工段一個控制站。每個控制站的主控制卡、數據轉發卡、供電單元及有重要控制回路的I/O卡件都采用1:1冗余配置。
3.4 網絡冗余
系統采用雙高速冗余工業以太網SCnet Ⅱ作為其過程控制網絡。它直接連接系統的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等. JX-300X DCS系統SCnet Ⅱ網絡采用雙重化冗余結構。在其中任一條通訊線發生故障的情況下，通訊網絡仍保持正常的數據傳輸。系統內部采用SBUS冗余高速數據網絡，是主控制卡、數據轉發卡等卡件的信息通道，主要功能是擴展I/O機籠單元和機柜。
3.5 I/O模塊配置
按照硫酸生產的工藝要求(以設計圖紙為主)，我們在經過對現場各個設備測點考察后，統計出了各個工段的測點數量，按照制酸系統和余熱發電系統劃分，如表1所示。

表1 系統I/O點統計

按照自動化工程設計的原則，在設計配置中充分考慮了測點余量。根據測點的設計配置，結合浙大中控JX-300X DCS系統I/O模塊的特點，筆者給出該DCS系統I/O模塊的配置，如表2所示。

表2 控制站I/O模塊配置

4 系統控制功能設計
該DCS系統實現了工藝要求的各工段重要測點數據在上位機的實時采集和顯示，對現場幾十臺調節閥和三臺變頻器的自動控制，和工藝要求的安全生產聯鎖控制，以及與其他廠家PLC和模塊通訊。
4.1 凈化工段增濕塔溫度聯鎖控制
凈化工段增濕塔T301氣體出口有三個溫度測點，位號分別為TE-301a，TE-301b，TE-301c，實現溫度報警及三取二溫度聯鎖控制。即當溫度指示TIA-301a，TIA-301b，TIA-301c中有兩個溫度為≥70℃時，去開電動閥門TV-301和停SO2風機。控制原理圖如圖3所示。

圖3 增濕塔溫度聯鎖控制

4.2 余熱發電系統安全保護ETS聯鎖控制
該聯鎖控制是整個DCS系統最重要，也是最復雜的聯鎖控制，實現該聯鎖的控制，余熱發電系統才能安全有序地投入生產，否則后果不堪設想。該聯鎖的控制原理:首先對工藝要求的條件分別聯鎖，即對現場儀表采集的數據按照工藝要求的參數(高低限報警)進行設置，利用邏輯關系實現條件聯鎖。然后利用條件聯鎖實現報警首出聯鎖，即發現最先產生報警的參數。最后實現因報警而產生的安全動作聯鎖。保證整個發電系統的安全。聯鎖圖如圖4所示。

圖4 余熱發電系統安全保護ETS聯鎖控制

4.3 與其他廠家PLC和模塊通訊
浙大中控JX-300X DCS系統通過在通訊網絡上掛接通信接口單元(CIU)可實現與PLC等數字設備的連接。在該項目DCS系統中，實現了與SO2風機房GE PLC和循環水工段泓格采集模塊I7188XA和M7017的通訊。通訊方式為485總線，協議為MODBUS。
另外還配置了兩臺UPS電源:SANTAK 10KVA，15KVA不間斷電源。DCS系統所有用電都通過UPS電源供給，在市電停電時，UPS電源仍然能夠提供1小時以上的供電，保障DCS系統操作、監控的順利進行。

5 結束語
該硫酸生產和余熱發電DCS自動化系統從2005年10月投入生產以來，運行情況良好，達到了預期目標，充分發揮了DCS控制系統運行可靠，檢測靈活，維護方便的優點。系統操作簡便、開放性強、性能價格比高。DCS系統的應用大大提高了生產效率，節省了人力，降低了硫酸制造成本，并改善硫酸的質量。實踐表明DCS在工業生產中是大有作為的。
加入了一些傳統的硫酸生產工藝沒有的安全聯鎖控制是項目的創新點。實現與泓格控制模塊7188XA通訊是對浙大中控DCS應用的突破。對硫酸生產和余熱發電項目的自動控制系統的成功應用促進了硫酸生產行業向成本科技、效益管理的轉變，同時，通過本系統的應用為惡劣環境條件下生產過程自動控制提供了一個良好的實例。