激光在线测氧仪与电捕焦油器联锁控制的开发与应用

作者：卞新亮 韩福建

欢迎访问e展厅 展厅 1 炼钢炉/冶金机械展厅 连铸机, 轧钢机, 熔炼炉, 水冷套, 电炉铁芯, ... 摘要：介绍激光在线测氧仪、电捕焦油器的选型与应用，以及在集散控制系统中实现氧含量的实时检测、电捕焦油器远程控制、与氧含量信号的联锁控制。 关键词：激光在线测氧仪；过氧联锁控制；电捕焦油器；集散控制系统；远程离线控制 概述 济钢焦化厂6、7号焦炉建设竣工投产，与之配套的煤气净化系统也相继投产，为配合燃气发电二期工程，于2006年底投资建设精脱萘工段。随着焦化厂自动化装备水平的不断提高，精脱萘工段为满足离线自动控制的设计需要，提高控制与管理水平，发挥各装置的最大经济效益，提高劳动生产率，从各个方面对自动控制进行了优化与完善。针对焦化厂属于化工类企业，工人的劳动强度和劳动环境相对比较恶劣，煤气成份复杂，电捕工艺的煤气氧含量检测比较困难的情况，尝试应用先进的激光在线检测电捕生产过程中的氧气含量；在操作方面，按照中央控制室操作的思路进行设计，采用集散型控制系统（DCS系统），将生产过程需监控的工艺参数信号均引至DCS系统上，实现电捕焦油器在DCS上进行设置手动、自动操作以及过氧联锁控制，达到减员增效的目的。 1方案设计 1.1激光在线测氧仪选型 通过对国内外市场的分析及相关领域的调查研究，并对进口产品如英国的SVERMX、日本的横河和国内的有关厂家进行了咨询考察和研究对比，决定根据济钢焦化厂煤气净化回收工艺特点，尝试应用LGA型激光型在线氧气分析仪，达到准确测量和控制，其主要由发射单元、接受单元、连接单元、吹扫单元和中央分析仪器、电气控制箱等构成，仪器结构如图1所示。 其系统功能如下： （1）可现场在线测量分析煤气中氧气的气体浓度。 （2）能够在各种环境包括高温、高粉尘、高流速、强腐蚀等恶劣环境下实现现场分析气体浓度。 （3）能以实时和准确的分析数据为生产优化、能源气回收、安全控制、环保监测和科研分析带来方便。 （4）无需采样预处理系统；测量精度高；响应速度快（毫秒级）；可靠性高；操作、维护和标定方便；运行费用低。 （5）1路4~20mA浓度信号输出，3路(错误、警告、浓度)继电器报警输出，2路4~20mA压力、温度信号输入，1路用于实现与PC机通信的RS-232/GPRS端口，供用户根据具体情况选择使用。 1.2电捕焦油器选型 通过对市场上同类产品进行比较，以及精脱萘，6、7#焦炉工程使用经验，电捕焦油器采用鞍山热工恒流高压直流电源。其工作原理：将电网输入的交流正弦电压通过恒流变换器转换为交流正弦电流，经升压、整流后成为恒流高压直流电源，给沉积电场供电，从而产生静电磁场，吸附煤气中的悬浮颗粒物质，进而达到电捕焦油、净化煤气的作用。工作原理示意图如图2所示。 其技术特点： （1）运行稳定，可靠性高，能长期保持沉积效率，能承受瞬态及稳态短路。 （2）能适应工况变化，克服二次扬尘，并有抑制电晕闭塞和阴极肥大的能力。 （3）运行电压高，并能抑制放电，对机械缺陷不敏感。 （4）电源结构简单，采用并联模块化的设计，检修方便，电源故障率低。 （5）功率因数高（COSΦ≥0.95），而且不随运行功率水平变化，节电效果明显。 1.3控制系统选型与配置 1.3.1系统硬件配置 系统自动化设计采用AC800F DCS控制系统，主要由上位监控站、现场控制站、通信网络Ethernet 3部分组成。上位监控站设有1个工程师站、1个操作员站；现场控制站是双冗余配置控制站，包括中央I/O单元、扩展I/O单元、CPU模块、控制子站通信模块、各种I/O模块；网络通信采用Profibus_DP以及光纤以太网。其硬件构成如图3所示。 1.3.2系统软件配置 上位监控站操作系统采用Windows 2000，编程软件采用ABB公司的Freelance 2000，该软件兼具集散控制系统和PLC的优点，既有DCS良好的人机界面，又具有PLC快速的顺序逻辑控制功能，操作界面简单、思路清晰、便于操作，可实现生产过程的实时监控与处理；同时，该软件可进行内部反馈仪表量和开关量的组态，通过与外部接线端子的连接，灵活地实现系统监控、回路控制、逻辑控制、数学运算、报警提示、趋势曲线、报表打印等。其编程方式采用功能块组态方式，系统具有丰富的功能模块，编程时可根据工艺过程控制特点，方便地设计、编制控制方案。 1.4系统实现功能 根据提高控制水平、降低劳动强度的要求，电捕焦油器采用现场手动、远程自动2种控制方式，实现远程离线操作、煤气含氧量的在线实时检测、与含氧量的自动联锁控制。 2 方案实施 2.1测氧仪的安装 测氧仪安装时需在管道上对径方向焊接过程法兰，焊接位置需在直管段上气流流动比较稳定的地方。过程法兰焊接的精确度直接关系于分析仪的正常安装，按要求焊接过程法兰是至关重要的，具体要求见图4。 氮气吹扫管道安装：分析仪工作时需要氮气吹扫仪表和法兰部分，因此需要将氮气源用管道引至分析仪安装位置附近，如图5所示。 设备安装：将半导体激光气体分析系统主要部件发射单元及接收单元安装在被测烟道（或管道）直径相对的方向上，获得的测量信号通过缆线传输到中央分析仪器。中央分析仪器对测量信号进行分析，得到被测气体浓度。 2.2程序编制 2.2.1氧含量信号处理 将激光在线分析仪中央分析系统输出的4～20mA电流信号通过AI810模块转换为过程控制站识别的整型量信号（0～28480），在程序中调用数据类型转换功能块、量程转换功能块将该信号转换为相对应的含氧量信号，送上位监控画面显示，通过模拟量监视功能块、趋势功能块在程序中实现联锁控制、报警、报警信息记录、历史趋势等功能。程序如图6所示。 2.2.2电捕焦油器控制程序 由于电捕焦控制回路复杂，联锁跳闸条件多，因此在控制系统中单独组成控制子站，同时为了方便监控与操作，将电捕焦一次电压、一次电流、二次电压、二次电流、故障报警、绝缘箱温度等信号均引入控制系统，对电流升压控制做操作按钮，且均在上位监控画面作单独显示操作画面。 为实现电部焦油器的远程自动控制，在软件中进行编程实现： （1）针对电流升压档操作的安全可靠，在程序中添加自保持软回路连接实现输出保持功能。 （2）为保证电捕的安全可靠运行将过氧信号引入电捕启停控制程序：通过精脱萘自动控制系统I/O模块采集测氧仪氧含量信号（4～20mA），在程序中进行转换处理，通过程序进行计算、比较判断，实现当氧含量超过安全值1%就发出过氧信号信息，并由DO模块进行输出，将DO模块输出的信号接至中间继电器，同时取中间继电器常开点引至电捕电气控制回路故障跳闸继电器线圈（KA2），实现当过氧信号发出时中间继电器常开点闭合，故障跳闸线圈得电动作，使电气电源主回路跳闸 。其控制回路如图7所示。 （3）为保证电捕焦油在事故跳闸信号消失后不会自启动，在程序中将启动按钮信号由高电平做成阶跃脉冲信号，以保证启动信号不一直保持，而通过自保回路进行保持。从而实现故障跳闸后系统不会再自启动，确保设备安全运行。程序如图8所示，其中启动点为脉冲信号。 （4）在上位操作画面添加报警联锁值查看修改画面，方便操作与调试。 3结语 精脱萘工段自动控制系统自投产以来，煤气含氧量实时检测准确，电捕焦油器自动控制灵活可靠，实现了集中控制与操作，减轻了工人的劳动强度；安全联锁控制有效、稳定、可靠运行，保证了设备安全，提高了装备水平，为生产的管控一体化打下了良好基础。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/21/2011)