浅析水泥厂DCS投料系统的改进方案

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　　【摘要】科氏力转子秤系统与DCS系统互联后，出现了投料初期不稳的问题，经系统改进，设置了手动/自动的切换，且考虑控制通道时间常数问题，解决了点火投料初期生粉下料量波动大的问题。
　　【关键词】DCS投料 控制 改进 分析
　　水泥生产的重点在于熟料的合格生产，生产合格优质的熟料需要水泥窑的稳定煅烧，窑的稳定重点在热工量的稳定，而热工量的稳定重点之一是入窑生料的稳定。因此，确保入窑生料设备的计量精度、完好率、可靠性就极为重要。
　　目前，对于热工量的控制多数采用了DCS控制系统，系统在工作可靠、维修方便的基础上，具有开放的体系结构，具备强大的处理功能，因此很利于用户进行二次开发组态以满足不同的工艺需要，实现复杂的控制方案。用户在使用DCS系统过程中，对于系统存在一些特殊的问题也可再次开发进行修改。
　　一、投料初期DCS系统存在的问题
　　在某公司的一条5000T/d熟料生產线上，入窑生料量的控制就采用了DCS系统。该系统上层为DCS操作站，现场级由PLC实施控制，PLC系统给定值由上位机操作站经现场I/O站发出，测量值取自科氏力转子秤，由转子秤计量粉体的质量流量输出4-20mA电流，PLC系统将测量值采样并与给定值进行比较，执行编写好的算法程序后输出信号去控制生料阀门的开度，使生料流量满足要求，从而完成入窑生粉物料的计量与输送。在该系统中，由PLC控制器、流量阀、被控制对象和转子秤构成了一个闭环控制系统，PLC系统与DCS互联进行集散控制。
　　本系统在操作站的画面上，对于生粉下料量没有设置手动，因此一开始投运就采用自动方式，导致最初几分钟生粉下料量的波动特别大，且在多次点火投料的初期都出现同一情况，造成点火投料时中控操作的困难，系统要在运行十分钟后情况才趋于稳定。
　　二、针对DCS投料系统的改进
　　为解决系统投料初期工作不稳定问题，技术人员在原有DCS系统基础上作了两点改进，第一个是在操作站原有的组态画面上增加一个手操器即手动/自动切换开关，在投料初期手操器选择手动，流量阀的开度由操作员来控制，在运行稳定后将手操器选择自动，流量阀由PLC系统控制;第二个是将原来PLC系统输出直接到阀门的控制信号（4-20mA），改为控制信号经现场I/O控制站传回操作站，在操作站上选择控制方式后再经现场I/O站到流量阀。
　　此方法解决了点火投料的初期生粉下料量波动特别大问题，但在正常自动状态运行时发现，生粉流量的波动却比原来要大些，经分析发现，原因就出在上述改进方案的第二点，手操器置自动状态运行时到流量阀的控制信号会两次经过I/O现场站，由于公司的DCS控制系统的采样处理周期为50mS，经两次采样、处理需100mS，在PLC系统对科氏力转子秤的计量信号源采样周期不变的情况下，加长了到阀门的控制信号的处理周期，阀门的动作时间滞后于PLC系统直接输出信号的时间。为解决这一问题，技术人员将上述改进方案的第二个还原，在PLC控制系统与流量阀间增加一中间继电器触点，当手操器选择手动方式时，触点断开，由操作站给定阀位信号经现场I/O站直接到阀门。当手操器选择自动方式时，I/O现场站输出数字量让PLC输出的控制信号经中间继电器到达流量阀，由此彻底解决了DCS系统在点火投料初期生粉下料量波动特别大的问题。
　　三、对DCS投料系统及改进方案的分析
　　公司使用的投料系统为转子秤控制系统，该系统由PLC、科氏力转子秤、流量阀及被控对象组成，系统与DCS的互联仅涉及流量的给定信号与反馈信号，在操作站上给定流量信号经现场I/O站到PLC;转子秤测得的流量信号经PLC、现场I/O站到操作站进行流量的显示。在PLC的程序设计中或许没有考虑到投运初期要由手动切换到自动;或许PLC程序设计考虑到切换，仅在与DCS系统的互联中没有用起来，而PLC控制参数的整定值在正常工况下能解决干扰问题，所以出现了投料初期不稳定，运行十分钟后正常情况;
　　从系统的改进方案来看，技术人员对DCS系统组态比较熟悉，但对PLC程序不熟悉，或者PLC程序设置了加密让他们无从下手。技术人员在改进方案初期没有考虑到控制通道人为增加了信号的传递滞后，由此案例也可见，信号的滞后对控制品质带来的影响。
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