焦化厂焦炉生产及煤气净化DCS控制系统的应用

第一篇：焦化厂焦炉生产及煤气净化DCS控制系统的应用

焦化厂焦炉生产及煤气净化DCS控制系统的应用

王 野 吴恒奎

黑龙江建龙钢铁有限公司 双鸭山市 155126

摘要：黑建龙钢铁有限公司焦化厂焦炉生产及煤气净化生产自动化采用DCS控制系统，分别对炼焦工艺生产过程、煤气净化工艺生产过程及公铺系统实现DCS控制，其中煤气净化包括；煤气鼓风机自动调速、冷凝、脱硫、硫铵、终冷洗苯、粗苯回收。公辅系统包括；循环水、空压站、制冷站、油库全面实现计算机控制，所有工艺参数检测、设备运行、停止、事故、联锁、监视、控制都由操作工在中央控制室完成，真正实现了焦化生产自动控制。

关键词：焦炉生产 煤气净化 DCS系统

1、焦炉生产及煤气净化部分DCS控制方案

1.1概述:为2260孔JNDK43-03F型焦炉，焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统。采用浙大中控WebField JX-300XP控制系统。

焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统。采用浙大中控WebField JX-300XP控制系统。工艺过程如下：焦化是将煤送进焦炉进行加热到1000℃左右，产生出来的焦碳冷凝以后送到筛焦。煤焦化过程中产生的煤气送到冷鼓工段，将其中的焦油提取出来，出来的煤气再经过脱硫塔将硫脱离出来回收，再到洗苯塔和脱苯塔将苯分离出来，产生的硫和焦化产生的氨水进行反应生成硫铵，经脱苯以后的煤气送到焦炉燃烧给煤焦化提供热量。

1.2、焦炉工段：从配煤过来的煤送到焦炉，在焦炉中进行加热，主管煤气经

过煤气预热器进行预热后燃烧为煤的加热提供热量。该工段主要有四个控制回路：机侧分烟道吸力调节、焦侧分烟道吸力调节、集气管煤气压力调节、主管煤气压力调节。1.3、冷凝鼓风电捕

焦炉过来的煤气进入到气液分离器杂质进行分离，然后到初冷器进行冷凝，经过风机打入电捕焦油器，在电捕焦油器中将焦油分离出来，煤气送到焦炉燃烧。该工段控制回路主要有：入电捕器蒸汽总管压力调节、鼓风机进口压力调节、初冷器后煤气温度调节、上段冷凝液槽液位调节、高压氨水压力调节。

1.4、通过对煤气鼓风机液力偶合器转速精确控制,来实现对焦炉集气管压力控制,焦炉集气管控制系统是生产工艺主系统（焦炉煤气）的长周期连续稳定运行、为延长焦炉使用寿命起到了决定作用，并为工艺数据积累，进行技术研究提供了保障。

1.5、脱硫及硫回收工段

脱硫及硫回收是脱硫液和溶液在脱硫塔中进行反应将硫脱离出来，然后溶液进入再生塔再生。主要有三个控制回路：进脱硫塔B溶液流量调节、进再生塔溶液流量调节和进再生塔B空气流量调节。1.6、硫铵工段

硫铵的工艺流程是剩余氨水先通过预热器进行预热，然后进入蒸氨塔反应，再到气液分离器与其他的物质进行分离，分离出来的氨气和母液在硫铵饱和器反

应生成硫铵，硫铵液再打到结晶槽中结晶，然后经干燥器干燥后包装。这里主要有两个控制回路：进沸腾干燥器温度调节和蒸氨塔顶温度调节。1.7、洗苯脱苯工段

洗苯脱苯的工艺流程是贫富油经洗苯塔洗苯以后进入脱苯塔，在不同的地方利用温度的不同产生轻苯油水和重苯油水，经油水分离器进行分离，再进行冷凝冷却以后装车。其主要有两个控制回路：出管式富油温度调节和脱苯塔出口油气温度调节。

1.8、供辅循环水、油库、空压站、制冷站检测控制。

2、焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统构成 2.1、概述

WebField JX-300XP是中控基于web技术推出的网络化控制系统。JX-300XP系统吸收了最新的网络技术、微电子技术成果，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了系统性能，能适应更广泛更复杂的应用要求。同时，作为一套全数字化、结构灵活、功能完善的开放式集散控制系统，JX-300XP具备卓越的开放型，能轻松实现与多种现场总线标准和各种异构系统的综合集成。160万/吨焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统构成： 焦炉控制站、鼓风机控制站、硫铵中控站；硫铵中控站包括7个远程控制站，有冷凝、油库、循环水、空压站、制冷站、脱硫、洗苯脱苯等工艺控制再硫铵中控集

中控制。2.2配置方案：整个DCS系统由六台操作员站、一台工程师站、一个网关站、三个控制站、十个扩展柜组成，六台操作员站分别完成对各个界区的监控，工程师站负责整个系统的软件维护，网关站负责将数据送到公司管理网上。

2.2、控制站功能

SUPCON JX-300X DCS控制站能完成I/O处理、数据采集、模拟量控制和顺序控制。包括温度、压力、流量、液位的检测、监视、PID调节和各种复杂调节，各种阀门的开关，各种泵的启停等顺序控制，各种设备运行状态的监视及联锁保护等。

同时，控制站还可完成一些更复杂、更特殊的控制功能。提供的SCX 高级语言、功能块图（FBD）、梯形图（LD）、顺控图（SFC）能实现各种复杂的先进控制策略。

3、系统特点

3.1、技术成熟，性能稳定

3.2、高速、可靠、开放的通信控制网络SCnet II 3.3、分散、独立、功能强大的控制站 3.4、全智能化设计 3.5、任意冗余配置

3.6.、I/O卡件贴片化设计、I/O端子可插拔设计

3.7、简单、易用的组态手段和工具 3.8、丰富、实用、友好的实时监控界面 3.9、事件记录功能

3.10、多功能的协议转换接口 3.11、方便实现与异构系统的集成 3.12、产品多元化、网络化

4、系统结构

WebField JX-300XP系统由工程师站、操作员站、控制站、过程控制网络等组成。4.1、工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。

4,2、操作员站是由工业PC机、显示器（CRT或LCD）、键盘、鼠标、打印机等组成，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。

4.3、控制站是系统中的I/O处理单元，完成整个工业过程的现场数据采集及控制。

4.4、过程控制网络实现工程师站、操作员站、控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速。

160万/吨DCS网络拓扑图

5、网络结构

WebField JX-300XP系统采用三层网络结构：

第一层网络是信息管理网Ethernet采用以太网络，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全钢铁公司综合管理的信息通道。

第二层网络是过程控制网SCnetII 连接了系统的控制站、操作员站、工程师站、通信接口单元等，是传送过程控制实时信息的通道。

第三层网络是控制站内部I/O控制总线，称为SBUS 控制站内部I/O控制总线。

主控制卡、数据转发卡、I/O卡件都是通过SBUS进行信息交换的。SBUS总线分为两层：双重化总线SBUS-S2和SBUS-S1网络。主控制卡通过它们来管理分散于各个机笼内的I/O卡件。

6、系统规模

WebField JX-300XP最大系统配置为：15个冗余的控制站和32个操作员站或工程师站，系统容量最大可达到15360点。

WebField JX-300XP系统每个控制站最多可挂接8个IO机笼。每个机笼最多可配置20块卡件，即除了最多配置一对互为冗余的主控制卡和数据转发卡之外，还可最多配置16块各类I/O卡件。

在每一机笼内，I/O卡件均可按冗余或不冗余方式任意进行配置。

7、主控制卡

主控制卡是控制站的软硬件核心，负责协调控制站内的所有软硬件关系和各项控制任务，如完成控制站中的I/O信号处理、控制运算、上下网络通信控制处理、冗余诊断等功能。

JX-300XP系统的主控制卡采用双CPU结构，包括主CPU（Master）和从CPU（Slave），主控制卡JX-300XP的主控制卡支持冗余或非冗余配置，冗余方式为1∶1热备用。

JX-300XP系统主控制卡的控制回路可达128个，最大可带128块I/O卡，通过SBUS实现就地或远程I/O功能。

主控制卡内置后备锂电池，用于保护主控制卡断电情况下卡件内SRAM的数据（包括系统配置、控制参数、运行状态等），提高系统安全性和可维护性。在系统断电的情况下，SRAM数据可以保存3个月。

8、系统软件

JX-300XP系统的软件采用中控自主开发的Advantrol Pro软件包。

Advantrol Pro在浙大中控的WebField JX-300X、ECS-100等系统上已经得到了广泛的应用，在继承原版本软件功能丰富、界面友好、使用简单特点的基础上，针对JX-300XP系统的特点，中控对原版本的Advantrol Pro软件包进行了多项改进与升级，形成了更为丰富、使用的AdvanTrol-Pro(For JX-300XP)软件包。

软件包构成： AdvanTrol 实时监控软件 SCKey 系统组态软件

SCLang C语言组态软件(简称SCX语言)SCControl 图形化组态软件 SCDraw 流程图制作软件 SCForm 报表制作软件 SCSOE SOE事故分析软件 SCConnect OPC Server软件 SCViewer 离线察看器软件

SCDiagnose 网络检查软件 SCSignal 信号调校软件

9、DCS系统配置 9.1、系统硬件选型

系统选用的是目前国际上先进而通用的、符合IEC297.3标准的VEM机箱。在I/O模板与机箱母板的连接上，选用了国际通用的符合IEC603-2/DIN41612标准的欧式连接器具有外型美观、工艺先进、连接可靠、插拔力小等的特点，其基本失效率为7.5ⅹ10-10/h。I/O端子板与机箱母板I/O总线的连接和电源连接器也同样选用了C-64欧式插座，从而使整个互连系统的可靠性得到保证。9.2、系统操作站

监控操作站具有独立的CPU，监控操作站可互为热备冗余，一台处理器或电源故障，系统将自动切换到冗余的处理器，操作站之间具有内部切换的能力。操作员站可兼作工程师站。磁盘驱动系统主要用于系统下装和组态数据的备份，系统具有格式化磁盘的能力。9.3、工程师站

工程师站主要完成系统组态、监控事故分析等功能，工程师站的配置与监控操作站相同。工程师站可以单独设立，也可以与监控操作站并用。9.4、服务器

运行在32位Windows 网络平台上，可挂接局域网或广域网，并和过程控制

网、工厂数据库等连接，为系统操作站、工程师站及现场控制站提供数据存取、历史数据采集、报警事件处理及为工厂数据库提供数据。9.5、人机界面软件

报警事件管理软件及历史数据分析软件均是基于OPC的客户程序，可作为任何支持OPC2.0以上标准的OPC服务器的客户程序。基于OPC的开放控制技术，具有灵活的互可操作性。通过OPC服务器提供的客户接口和自动化接口。

10、监控中心的监视、管理功能 10.1、画面功能

画面为操作员了解生产过程状态提供了显示窗口，显示总工艺画面、PID控制图、在流程图上相应处显示动态数据，显示系统各设备，装置，区域的运行状态以及全部过程参数变量的状态，测量值，设定值，控制方式（手动/自动状态），高低报警等信息。10.2、历史数据

历史数据基于OPC标准存贮的，服务器完成历史数据采集、存贮，并响应客户程序的请求。历史数据采集可采用周期记录方式和事件触发记录方式。根据要求设定采样周期和历史数据保存时间，定义不同的记录触发事件。历史数据按标准方式为客户程序提供查询和读取历史数据的服务。10.3、历史趋势

趋势曲线或数据列表方式显示历史数据，可用预定义的分组显示，也可在运

行时对分组进行修改显示。趋势曲线可显示在一屏上显示任意时间段的趋势，也可按比例放大或缩小（包括时间轴和显示量程）。曲线方式或列表方式打印给定时段的历史数据。可将同一参数不同时段的数据在同一趋势图上显示比较。10.4、统计分析和报表

独立的客户程序，可作为后台任务执行。统计分析提供了对指定参数在给定时段或抽样数据的简单统计结果（如最大值、最小值、平均值、累加等）和数字期望、标准方差、概率分布曲线等功能。可通过预定的电子表格方式将给定时段或抽样数据及其统计结果进行报表打印。报表可按预先定义的条件（如定时或事件）启动。10.5、安全管理

系统提供了完善的安全管理，每个参数、每幅画面、按钮、热键、报表等对象均可指定为不同的区域（可设置多达256个区域）。对每个用户规定了他的安全许可区域及在该区域上可执行的操作。每个用户在操作前必须登录，登录成功后才能在其安全许可区域内执行权限内的操作。10.6、报警

报警系统由报警事件服务器和报警事件信息管理软件两部分构成，由报警事件服务器对系统进行监视，一旦出现给定的报警或其他事件，便将该报警事件信息通知报警事件信息管理器进行记录，并触发相应的响应。

11、小结

目前该系统运行达到了设计要求，整个系统设计年产焦炭为160万吨/年，现在只有1#~2#焦炉投入运行，DCS控制系统为实现两座焦炉和化产系统达产增效的目标，奠定了充足的数据参考依据，同时提供了有效的控制手段，实践证明该系统为提高劳动生产力，提高经济效益作出了贡献。

作者：王野，男，39岁，黑龙江建龙钢铁有限公司焦化厂主管工程师，联系电话***。