第一篇：焦化廠焦爐生產及煤氣凈化DCS控制系統的應用

焦化廠焦爐生產及煤氣凈化DCS控制系統的應用

王 野 吳恒奎

黑龍江建龍鋼鐵有限公司 雙鴨山市 155126

摘要：黑建龍鋼鐵有限公司焦化廠焦爐生產及煤氣凈化生產自動化采用DCS控制系統，分別對煉焦工藝生產過程、煤氣凈化工藝生產過程及公鋪系統實現DCS控制，其中煤氣凈化包括；煤氣鼓風機自動調速、冷凝、脫硫、硫銨、終冷洗苯、粗苯回收。公輔系統包括；循環水、空壓站、制冷站、油庫全面實現計算機控制，所有工藝參數檢測、設備運行、停止、事故、聯鎖、監視、控制都由操作工在中央控制室完成，真正實現了焦化生產自動控制。

關鍵詞：焦爐生產 煤氣凈化 DCS系統

1、焦爐生產及煤氣凈化部分DCS控制方案

1.1概述:為2?2?60孔JNDK43-03F型焦爐，焦爐生產及煤氣凈化部分DCS控制系統。采用浙大中控WebField JX-300XP控制系統。

焦爐生產及煤氣凈化部分DCS控制系統。采用浙大中控WebField JX-300XP控制系統。工藝過程如下：焦化是將煤送進焦爐進行加熱到1000℃左右，產生出來的焦碳冷凝以后送到篩焦。煤焦化過程中產生的煤氣送到冷鼓工段，將其中的焦油提取出來，出來的煤氣再經過脫硫塔將硫脫離出來回收，再到洗苯塔和脫苯塔將苯分離出來，產生的硫和焦化產生的氨水進行反應生成硫銨，經脫苯以后的煤氣送到焦爐燃燒給煤焦化提供熱量。

1.2、焦爐工段：從配煤過來的煤送到焦爐，在焦爐中進行加熱，主管煤氣經

過煤氣預熱器進行預熱后燃燒為煤的加熱提供熱量。該工段主要有四個控制回路：機側分煙道吸力調節、焦側分煙道吸力調節、集氣管煤氣壓力調節、主管煤氣壓力調節。1.3、冷凝鼓風電捕

焦爐過來的煤氣進入到氣液分離器雜質進行分離，然后到初冷器進行冷凝，經過風機打入電捕焦油器，在電捕焦油器中將焦油分離出來，煤氣送到焦爐燃燒。該工段控制回路主要有：入電捕器蒸汽總管壓力調節、鼓風機進口壓力調節、初冷器后煤氣溫度調節、上段冷凝液槽液位調節、高壓氨水壓力調節。

1.4、通過對煤氣鼓風機液力偶合器轉速精確控制,來實現對焦爐集氣管壓力控制,焦爐集氣管控制系統是生產工藝主系統（焦爐煤氣）的長周期連續穩定運行、為延長焦爐使用壽命起到了決定作用，并為工藝數據積累，進行技術研究提供了保障。

1.5、脫硫及硫回收工段

脫硫及硫回收是脫硫液和溶液在脫硫塔中進行反應將硫脫離出來，然后溶液進入再生塔再生。主要有三個控制回路：進脫硫塔B溶液流量調節、進再生塔溶液流量調節和進再生塔B空氣流量調節。1.6、硫銨工段

硫銨的工藝流程是剩余氨水先通過預熱器進行預熱，然后進入蒸氨塔反應，再到氣液分離器與其他的物質進行分離，分離出來的氨氣和母液在硫銨飽和器反

應生成硫銨，硫銨液再打到結晶槽中結晶，然后經干燥器干燥后包裝。這里主要有兩個控制回路：進沸騰干燥器溫度調節和蒸氨塔頂溫度調節。1.7、洗苯脫苯工段

洗苯脫苯的工藝流程是貧富油經洗苯塔洗苯以后進入脫苯塔，在不同的地方利用溫度的不同產生輕苯油水和重苯油水，經油水分離器進行分離，再進行冷凝冷卻以后裝車。其主要有兩個控制回路：出管式富油溫度調節和脫苯塔出口油氣溫度調節。

1.8、供輔循環水、油庫、空壓站、制冷站檢測控制。

2、焦爐生產及煤氣凈化部分DCS控制系統構成 2.1、概述

WebField JX-300XP是中控基于web技術推出的網絡化控制系統。JX-300XP系統吸收了最新的網絡技術、微電子技術成果，充分應用了最新信號處理技術、高速網絡通信技術、可靠的軟件平臺和軟件設計技術以及現場總線技術，采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法，全面提高了系統性能，能適應更廣泛更復雜的應用要求。同時，作為一套全數字化、結構靈活、功能完善的開放式集散控制系統，JX-300XP具備卓越的開放型，能輕松實現與多種現場總線標準和各種異構系統的綜合集成。160萬/噸焦爐生產及煤氣凈化部分DCS控制系統構成： 焦爐控制站、鼓風機控制站、硫銨中控站；硫銨中控站包括7個遠程控制站，有冷凝、油庫、循環水、空壓站、制冷站、脫硫、洗苯脫苯等工藝控制再硫銨中控集

中控制。2.2配置方案：整個DCS系統由六臺操作員站、一臺工程師站、一個網關站、三個控制站、十個擴展柜組成，六臺操作員站分別完成對各個界區的監控，工程師站負責整個系統的軟件維護，網關站負責將數據送到公司管理網上。

2.2、控制站功能

SUPCON JX-300X DCS控制站能完成I/O處理、數據采集、模擬量控制和順序控制。包括溫度、壓力、流量、液位的檢測、監視、PID調節和各種復雜調節，各種閥門的開關，各種泵的啟停等順序控制，各種設備運行狀態的監視及聯鎖保護等。

同時，控制站還可完成一些更復雜、更特殊的控制功能。提供的SCX 高級語言、功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、順控圖（SFC）能實現各種復雜的先進控制策略。

3、系統特點

3.1、技術成熟，性能穩定

3.2、高速、可靠、開放的通信控制網絡SCnet II 3.3、分散、獨立、功能強大的控制站 3.4、全智能化設計 3.5、任意冗余配置

3.6.、I/O卡件貼片化設計、I/O端子可插拔設計

3.7、簡單、易用的組態手段和工具 3.8、豐富、實用、友好的實時監控界面 3.9、事件記錄功能

3.10、多功能的協議轉換接口 3.11、方便實現與異構系統的集成 3.12、產品多元化、網絡化

4、系統結構

WebField JX-300XP系統由工程師站、操作員站、控制站、過程控制網絡等組成。4.1、工程師站是為專業工程技術人員設計的，內裝有相應的組態平臺和系統維護工具。

4,2、操作員站是由工業PC機、顯示器（CRT或LCD）、鍵盤、鼠標、打印機等組成，是操作人員完成過程監控管理任務的環境。

4.3、控制站是系統中的I/O處理單元，完成整個工業過程的現場數據采集及控制。

4.4、過程控制網絡實現工程師站、操作員站、控制站的連接，完成信息、控制命令等傳輸，雙重化冗余設計，使得信息傳輸安全、高速。

160萬/噸DCS網絡拓撲圖

5、網絡結構

WebField JX-300XP系統采用三層網絡結構：

第一層網絡是信息管理網Ethernet采用以太網絡，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現全鋼鐵公司綜合管理的信息通道。

第二層網絡是過程控制網SCnetII 連接了系統的控制站、操作員站、工程師站、通信接口單元等，是傳送過程控制實時信息的通道。

第三層網絡是控制站內部I/O控制總線，稱為SBUS 控制站內部I/O控制總線。

主控制卡、數據轉發卡、I/O卡件都是通過SBUS進行信息交換的。SBUS總線分為兩層：雙重化總線SBUS-S2和SBUS-S1網絡。主控制卡通過它們來管理分散于各個機籠內的I/O卡件。

6、系統規模

WebField JX-300XP最大系統配置為：15個冗余的控制站和32個操作員站或工程師站，系統容量最大可達到15360點。

WebField JX-300XP系統每個控制站最多可掛接8個IO機籠。每個機籠最多可配置20塊卡件，即除了最多配置一對互為冗余的主控制卡和數據轉發卡之外，還可最多配置16塊各類I/O卡件。

在每一機籠內，I/O卡件均可按冗余或不冗余方式任意進行配置。

7、主控制卡

主控制卡是控制站的軟硬件核心，負責協調控制站內的所有軟硬件關系和各項控制任務，如完成控制站中的I/O信號處理、控制運算、上下網絡通信控制處理、冗余診斷等功能。

JX-300XP系統的主控制卡采用雙CPU結構，包括主CPU（Master）和從CPU（Slave），主控制卡JX-300XP的主控制卡支持冗余或非冗余配置，冗余方式為1∶1熱備用。

JX-300XP系統主控制卡的控制回路可達128個，最大可帶128塊I/O卡，通過SBUS實現就地或遠程I/O功能。

主控制卡內置后備鋰電池，用于保護主控制卡斷電情況下卡件內SRAM的數據（包括系統配置、控制參數、運行狀態等），提高系統安全性和可維護性。在系統斷電的情況下，SRAM數據可以保存3個月。

8、系統軟件

JX-300XP系統的軟件采用中控自主開發的Advantrol Pro軟件包。

Advantrol Pro在浙大中控的WebField JX-300X、ECS-100等系統上已經得到了廣泛的應用，在繼承原版本軟件功能豐富、界面友好、使用簡單特點的基礎上，針對JX-300XP系統的特點，中控對原版本的Advantrol Pro軟件包進行了多項改進與升級，形成了更為豐富、使用的AdvanTrol-Pro(For JX-300XP)軟件包。

軟件包構成： AdvanTrol 實時監控軟件 SCKey 系統組態軟件

SCLang C語言組態軟件(簡稱SCX語言)SCControl 圖形化組態軟件 SCDraw 流程圖制作軟件 SCForm 報表制作軟件 SCSOE SOE事故分析軟件 SCConnect OPC Server軟件 SCViewer 離線察看器軟件

SCDiagnose 網絡檢查軟件 SCSignal 信號調校軟件

9、DCS系統配置 9.1、系統硬件選型

系統選用的是目前國際上先進而通用的、符合IEC297.3標準的VEM機箱。在I/O模板與機箱母板的連接上，選用了國際通用的符合IEC603-2/DIN41612標準的歐式連接器具有外型美觀、工藝先進、連接可靠、插拔力小等的特點，其基本失效率為7.5ⅹ10-10/h。I/O端子板與機箱母板I/O總線的連接和電源連接器也同樣選用了C-64歐式插座，從而使整個互連系統的可靠性得到保證。9.2、系統操作站

監控操作站具有獨立的CPU，監控操作站可互為熱備冗余，一臺處理器或電源故障，系統將自動切換到冗余的處理器，操作站之間具有內部切換的能力。操作員站可兼作工程師站。磁盤驅動系統主要用于系統下裝和組態數據的備份，系統具有格式化磁盤的能力。9.3、工程師站

工程師站主要完成系統組態、監控事故分析等功能，工程師站的配置與監控操作站相同。工程師站可以單獨設立，也可以與監控操作站并用。9.4、服務器

運行在32位Windows 網絡平臺上，可掛接局域網或廣域網，并和過程控制

網、工廠數據庫等連接，為系統操作站、工程師站及現場控制站提供數據存取、歷史數據采集、報警事件處理及為工廠數據庫提供數據。9.5、人機界面軟件

報警事件管理軟件及歷史數據分析軟件均是基于OPC的客戶程序，可作為任何支持OPC2.0以上標準的OPC服務器的客戶程序。基于OPC的開放控制技術，具有靈活的互可操作性。通過OPC服務器提供的客戶接口和自動化接口。

10、監控中心的監視、管理功能 10.1、畫面功能

畫面為操作員了解生產過程狀態提供了顯示窗口，顯示總工藝畫面、PID控制圖、在流程圖上相應處顯示動態數據，顯示系統各設備，裝置，區域的運行狀態以及全部過程參數變量的狀態，測量值，設定值，控制方式（手動/自動狀態），高低報警等信息。10.2、歷史數據

歷史數據基于OPC標準存貯的，服務器完成歷史數據采集、存貯，并響應客戶程序的請求。歷史數據采集可采用周期記錄方式和事件觸發記錄方式。根據要求設定采樣周期和歷史數據保存時間，定義不同的記錄觸發事件。歷史數據按標準方式為客戶程序提供查詢和讀取歷史數據的服務。10.3、歷史趨勢

趨勢曲線或數據列表方式顯示歷史數據，可用預定義的分組顯示，也可在運

行時對分組進行修改顯示。趨勢曲線可顯示在一屏上顯示任意時間段的趨勢，也可按比例放大或縮小（包括時間軸和顯示量程）。曲線方式或列表方式打印給定時段的歷史數據。可將同一參數不同時段的數據在同一趨勢圖上顯示比較。10.4、統計分析和報表

獨立的客戶程序，可作為后臺任務執行。統計分析提供了對指定參數在給定時段或抽樣數據的簡單統計結果（如最大值、最小值、平均值、累加等）和數字期望、標準方差、概率分布曲線等功能。可通過預定的電子表格方式將給定時段或抽樣數據及其統計結果進行報表打印。報表可按預先定義的條件（如定時或事件）啟動。10.5、安全管理

系統提供了完善的安全管理，每個參數、每幅畫面、按鈕、熱鍵、報表等對象均可指定為不同的區域（可設置多達256個區域）。對每個用戶規定了他的安全許可區域及在該區域上可執行的操作。每個用戶在操作前必須登錄，登錄成功后才能在其安全許可區域內執行權限內的操作。10.6、報警

報警系統由報警事件服務器和報警事件信息管理軟件兩部分構成，由報警事件服務器對系統進行監視，一旦出現給定的報警或其他事件，便將該報警事件信息通知報警事件信息管理器進行記錄，并觸發相應的響應。

11、小結

目前該系統運行達到了設計要求，整個系統設計年產焦炭為160萬噸/年，現在只有1#~2#焦爐投入運行，DCS控制系統為實現兩座焦爐和化產系統達產增效的目標，奠定了充足的數據參考依據，同時提供了有效的控制手段，實踐證明該系統為提高勞動生產力，提高經濟效益作出了貢獻。

作者：王野，男，39歲，黑龍江建龍鋼鐵有限公司焦化廠主管工程師，聯系電話***。