贵溪冶炼厂一系统闪速炉控制系统改造实践.pdf

2 0 1 3 年2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 0 5 贵溪冶炼厂一系统闪速炉控制系统改造实践 廖小春，涂延安，钟耀球 江铜集团贵溪冶炼厂，江西贵溪3 3 5 4 2 4 摘要概述了江铜集团贵溪冶炼厂一系统闪速炉控制系统改造构建过程，重点介绍了闪速炉现场D C S 控制系统以及计算机实时优化系统模型改造思路、实现策略及其主要性能特点，并简要总结了系统运行 情况及维护情况。 关键词闪速炉；D C S ；实时优化；系统；设计 中图分类号T F 8 1 1文献标志码B文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 1 3 0 2 0 0 1 7 0 4 T r a n s f o r m a t i o nP r a c t i c eo fC o n t r o lS y s t e mo fN O ．1F l a s h F u r n a c ei nG u i x iS m e l t e r L I A O X i a o c h u n ，T UY a n a n ，Z H O N GY a o q i u O u i x iS m e l t e r ，J i a n g x iC o p p e rC o r p o r a t i o n ，G u i x i3 3 5 4 2 4 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T h et r a n s f o r m a t i o na n dc o n s t r u c t i o np r o c e s sf o rc o n t r o ls y s t e mo fN o ．1f l a s hf u r n a c e F F i n G u i x iS m e l t e rw a ss u m m a r i z e d ．T h et r a n s f o r m a t i o nd e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o ns t r a t e g ya n dm a i np e r f o r m a n c ei nf i e l dD C Sa n dr u n t i m eo p t i m i z i n gc o n t r o ls y s t e mo fN o 。1F Fw e r ei n t r o d u c e d ．T h eo p e r a t i o na n d m a i n t e n a n c eo ft h i ss y s t e ma r es u m m a r i z e d ． K e yw o r d s F l a s hF u r n a c e F F ；D C S ；r u n t i m eo p t i m i z a t i o n ；s y s t e m ；d e s i g n 江铜集团贵溪冶炼厂 以下简称贵冶 是国内最 早采用闪速炉 F F 、也是国内规模最大的一家大型 铜冶炼企业。贵冶经过3 0 多年的建设和发展，年产 量可达1 0 0 万t 阴极铜，其精铜产量位居世界第三 位。目前，贵冶已经拥有2 套以闪速炉为核心的生 产系统 以下分别简称为一、二系统 ，D C S 、P L C 控 制系统已在企业各生产工艺装置中广泛应用[ 1 。1 0 | 。 由于贵冶一系统闪速炉控制系统还是] 9 9 4 年 采用的控制系统，其中小型机系统选用了D E C 的 V A X 4 5 0 0 ，D C S 系统选用了H O N E Y W E L L 的 T D C 3 0 0 0 ，这两套系统闯的数据通讯采用了H O N E Y W E L L 和D E C 合作开发的C M 5 0 S 专用数据通 讯模块。全套系统已经运行了1 7 年之久，虽然中间 进行过局部升级，但是由于设备逐年老化加剧，特别 收稿日期2 0 1 2 1 1 ～O l 作者简介廖小春 1 9 7 8 一 ，男，江西新余人，工程师 是近3 年频繁出现的控制器电源模块切换失败、网 络接口模块掉线、H M 硬盘同步失败、上位机 数模 通讯模块掉线等故障，直接引起闪速炉停料，对正常 生产构成了严重威胁，再加上优化控制系统备件的 停产，以及随着原料成分日益复杂、杂质含量上升， 导致现有控制模型计算精度降低，随之带来炉况不 稳定。在以上各种因素影响的情况下，一系统闪速 炉控制系统很难保证完成年产量的目标，因此，进行 一系统闪速炉控制系统的改造势在必行。 1 贵，台闪速炉控制系统发展历程 1 ．1 成功引进的一系统一期工程 贵冶一系统一期工程引进了日本北辰公司 现 日本横河公司 的E K 系列组合式仪表，与采用 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年2 期 H O C 9 0 0 上位机的模型控制系统组成一套当时仅日 本东予冶炼厂拥有的处于世界领先水平的控制系统 技术。建设6 年的贵冶，于1 9 8 5 年1 2 月3 0 日闪速 炉投料试生产，一次性投产取得成功，1 9 8 6 年矿产 铜超过6 万t 。 1 ．2 科技创瓤的一系统二期工程 在1 9 9 4 年1 1 月完成的一系统一期闪速炉控制 系统改造工程基础上，贵冶二期工程于1 9 9 9 年1 1 月2 5 日全面竣工，2 0 0 0 年阳极铜产量超过2 0 万t 。 1 ．3 二系统新3 0 万t 铜冶炼工程 历时1 9 个月，于2 0 0 7 年8 月顺利投产的江铜 贵冶二系统新3 0 万t 铜冶炼工程，采用了E m e r s o n D e l t a VF F 现场总线控制方案，以及S U N 公司的 S o l a r i s 小型机系统与O S I s o f tP I 实时数据库相结 合的控制系统。 1 ．4一系统的本次更新改造工程 在一系统一期闪速炉控制系统第一次改造更新 工程后，闪速炉控制系统经过1 7 年运行，于2 0 1 1 年 3 月份开始进行第二次闪速炉的控制系统改造更新 工程。历时8 个月、于2 0 1 1 年1 2 月5 日顺利投产 的一系统闪速炉控制系统改造工程采用了美国 H O N E Y W E L L 公司的P K SC 3 0 0 系统、I B M 公司 的A I X 小型机系统与O S I s o f tP I 实时数据库相结 合的控制系统。 2 系统改造实施过程介绍 一系统闪速炉控制系统的改造方案保留原有的 仪表室及通讯信号电缆，但将原仪表室的电气设备 撤出；利用一系统大修工作期间总共3 5 天的时间完 成原控制柜的移位，新控制柜的就位，信号通讯电缆 拆除、对接、调试及所有相关的工作。 2 ．1 前期调研和设备选型 针对闪速炉工艺的重要性，对我厂已使用的 D C S 系统的厂家霍尼韦尔、横河、艾默生、A B B 等公司都进行了技术交流。综合各方面的因素，最 终厂部决定选择了霍尼韦尔的P K SC 3 0 0 系统。 由于有二系统建设投产的经验以及一系统二期 工程闪速炉数模应用的可靠性借鉴，在闪速炉数模 应用系统的研发上，决定继续与北京太极计算机有 限公司合作，经过多次研讨比较，最终选择I B M 公 司的A I X 小型机系统与O S I s o f t P I 实时数据库组合 作为优化实时控制系统平台。 原有控制模型建立时，列入模型计算的各物料 成分主要元素和物相较少，随着原料成分日益复杂， 杂质含量上升，导致现有控制模型计算精度降低，随 之带来炉况不稳定，因此根据工艺生产及炉况的分 析，需要增加相应元素和物相来重新构建闪速炉冶 金数学模型系统。本次改造，将参与控制计算的物 料元素成分从6 种扩充到1 2 种，并对物料物相扩充 预留接口，便于今后处理微量元素。一系统闪速炉 控制系统改造方案见图1 。 原有的仪表室和操作室不变，并且仪表室地面 将改成无隔层的瓷砖地面，所以决定在仪表室地面 的下方建一隔层，为方便对接时电缆的梳理与放置。 该方案所带来的好处是仅更换整个项目工程中 R T D 热电阻及少部分老化的电缆、槽架和线管。 该方案存在的不足之处主要有 1 项目的现场实施只能在停炉之后才能进行， 因此在工程实施时间进度控制和设备调试质量保证 方面难度大。 2 原有仪表室的各种不利因素很难消除，如粉 尘、腐蚀和干扰等。 3 不可避免因保留的信号电缆老化所带来的控 制和安全隐患。 2 ．2 中期组态和运行准备 2 ．2 ．1 现场仪表部分 确认现场仪表设备与D C S 系统机柜中的通讯 信号电缆对应关系，并做好标识。 2 。2 。2I C S 系统部分 1 统计原有系统的各种硬点数及卡件类型、数 量。导出所有点的数据、控制回路策略以及流程图 画面。再进行工程组态、离线测试。 2 根据原有控制器及] ／O 卡件的能力及总数， 结合P K SC 3 0 0 系统控制器及I ／O 卡件的能力，以 及后期的节水减排、节能降耗等相关环保工程，制定 出控制器及i ／o 卡件的总数量，以及资源与厂区的 重新分配方案，结果如表1 所示。 2 ．2 ．3 实时优化系统部分 根据用户需求调研，对系统概要设计及对实时 数据库和人机界面规划和响应性能优化，并进行系 统详细设计、软件代码开发，以及离线单体测试。 1 根据二系统数模的经验，对一系统原有固定 分配石英砂及精矿的配料仓进行了修改，实现配料 仓可随意分配的需求。今后多种燃料的使用 例如 天然气 ，也成为这次改造必须考虑的内容。根据工 艺要求，制定出简单操作就可实现燃料切换的操作 画面，为今后兼容多种燃料闪速炉模型做好铺垫。 万方数据 2 0 1 3 年2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 9 量量，望璺翌 固冗余交换机＆扛⋯一一旦；一 仪表楼 控制搴到优化控制小型机通过光纤与 冗余交换机通汛连接 l {部分更换和敷设 厂5L篓4-20mA信号厂舯竺T豢C黑删信县l蒜戮麓一R鬣淼纛蔷PA O4 - 2 0 I 液位 信号I 电偶 m V l“j 。竺羔。i 。7 ．．。．．．■一l ” 系三0 。苫 I 压力 I 阀门等输出 m A 控制信号l “”扒芯任刺硼山懈，l 1 “’”1 1 ““””⋯ 图1 一系统闪速炉控制系统改造方案 F i g ．1 R e c o n s t r u c t i o ns c h e m eo fc o n t r o ls y s t e mi nN o ．1F F 表1 新D C S 系统控制器及I ／o 卡件数量 T a b l e1N u m b e ro fc o n t r o l l e ra n dI ／Oc a r di nn e wD C Ss y s t e m 合计 4 3 4 1 3 9 1 2 3 2 由于近几年闪速炉冶炼过程中考虑了沉淀池 盐化风的作用，以前只是在D C S 上有所体现，本次 改造，将沉淀池盐化风引入了沉淀池冶金数模计算 中，完善了盐化风的作用。 2 ．3 后期实施和工程对接 2 ．3 ．1 现场仪表部分 将做好标志的信号电缆拆离原有系统，所有信 号电缆对接上新的D C S 系统及现场仪表。 2 ．3 ．2D C S 系统部分 1 拆除旧的D C S 系统机柜，并将新的D C S 系 统安装就位，对现场所有仪表进行在线测试以及控 制回路的调试。改造后，通过D C S 系统逻辑控制实 现了吹灰器、闪速炉排风机等相关设备的自动联锁 控制，进一步挖掘了D C S 系统功能潜力，体现了电 仪一体化的优势。 2 本次改造后，可以通过D C S 操作画面轻松地 完成对失重称数据的设定，就像设定一个单回路控 制点的设定值一样简单，数据同时也写入到了W B 一9 3 0 中。 3 预留好F F 总线和无线仪表接口，为今后系 统扩容或改造作了基本准备。 2 ．3 ．3 实时优化系统部分 将整个系统安装就位，然后对所有功能进行在 线测试。 3 系统运行情况 本次改造工程随着2 0 1 1 年度闪速炉停炉冷修 工作同步结束，一次投运成功，运行至现在，最高投 西擗百 盘9 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／[ y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年2 期 料量达到了1 7 4t ／h ，闪速炉作业率9 9 ．4 6 ％，生产 能力与技术经济指标均达到了设计要求，并于2 0 1 2 年3 月通过性能考核。在工程后期阶段，主要工作 都集中到了闪速炉中央仪表室，形成了立体交叉作 业局面。仪表室内部的新、旧机柜更换、就位，信号 通讯电缆的梳理、对接，仪表室内部结构的调整及装 修，只能在大修停炉后进行。由于仪表室里作业面 混乱，新就位的设备也因此而不能保持于净、整洁的 环境。 改造之后的全套系统实现了完成工艺生产过程 数据的监视与控制、设备运行状况的监视与逻辑控 制及安全连锁控制等各项功能，成功地保证了工艺 装置年修后正常稳定地工作。 改造前后主要技术经济指标见表2 。 表2 改造前后主要技术经济指标 T a b l e2M a i nt e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e xb e f o r ea n da f t e r t r a n s f o r m a t i o n ⋯份臀舅黯曩主篙i 案粹芈学等等翟 2 0 1 1 年9 月 2 0 1 1 年1 0 月 2 0 1 1 年1 1 月 2 0 1 1 年1 2 月 2 0 1 2 年1 月 2 0 1 2 年2 月 2 0 1 2 年3 月 9 7 ．5 0 9 9 ．0 9 9 9 ．0 2 9 4 ．5 5 9 9 ．3 1 9 7 ．7 4 9 9 ．0 8 5 8 ．8 0 5 6 ．8 6 5 1 ．0 8 5 5 ．2 7 5 4 ．5 7 5 4 ．4 7 5 4 ．7 6 33 3 3 33 1 6 27 1 5 32 3 3 33 4 1 33 2 0 33 3 8 13 4 1 13 0 1 9 3 7 12 1 3 13 6 8 l3 5 2 13 7 Z 5 ．3 1 5 ．5 8 5 ．8 6 4 。6 6 4 ．1 8 4 ．2 1 4 ．3 2 0 ．8 3 0 ．7 7 0 ．7 8 1 ．1 2 0 ．8 8 1 ．0 9 1 ．0 8 9 ．7 3 9 ．9 4 9 ．6 6 9 ．1 3 9 ．8 6 1 1 ．1 1 9 ．0 3 6 2 ．6 4 5 7 ．9 Z 1 4 8 ．0 6 6 0 ．0 0 4 8 ．0 9 6 5 ．6 9 6 1 ．7 2 4结论 贵冶一系统闪速炉成功改造后，实现了工艺生 产过程数据的监视与控制、设备运行状况的监视与 逻辑控制及安全连锁控制等各项功能，成功地保证 了工艺装置年修后正常稳定地工作。 参考文献 [ 1 ] 江西铜业集团公司．江西铜业集团公司贵溪冶炼厂闪速 炉D C S 及优化控制系统改造技术方案[ R ] ．江西贵溪 贵溪冶炼厂，2 0 1 1 ． [ 2 3 江西铜业集团公司．江西铜业集团公司贵溪冶炼厂闪速 炉实时优化系统改造技术方案[ R ] ．江西贵溪贵溪冶 炼厂，2 0 1 1 [ 3 ] 钟耀球，常春，马英奕．贵冶自动化控制技术的发展与 思考[ J ] ．铜业工程，2 0 1 0 3 6 8 7 2 ． [ 4 ] 涂延安，刘建群．贵冶闪速熔炼冶金数模控制系统的应 用[ J 1 ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 2 3 8 4 1 ． [ 5 ] 马英奕，余齐汉，涂延安，等．江铜3 0 万吨闪速炉计算 机优化控制系统介绍及试生产实践[ c ] ／／第1 2 届国际 闪速熔炼大会论文集，2 0 0 8 ． [ 6 ] 刘建群．小型计算机系统在贵冶生产及管理中的应用 [ J ] ．铜业工程，2 0 0 6 4 5 2 - 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