关于ABB-DCS控制系统在提铼工艺中的应用与优化

[摘要]整个提铼工艺流程的检测与监控、常规仪表的信息采集测控采用ABB AC800F DCS集散控制系统来完成，从而实现中控与现场设备远程控制、仪电综合监控的一体化。该系统控制器及通讯节点及安全供电电源均采用冗余设置，采用总线技术、全局数据库和一体化。系统通信为标准以太网，通过以太网与操作站、工程师站和网关通讯连接，系统结构具有较强扩展能力，现场控制站采用符合技术要求的远程I/O模块，站间通过profibus总线实现数据通信以及信息的采集反馈和指令的发出。

 [关键词]有色冶炼；提铼工艺；自动控制；冗余控制；AC800F DCS；  

1引言

铜冶炼炉所产生的烟气中含有SO2、SO3等气体外，还含有砷、铼、硒等重金属及稀贵金属，而这些含有害气体的烟气直排到大气中会造成严重的自然环境污染，严重威胁周围的生态。可持续发展的国策、生态环境保护要求等是格格不入的。

随着科技进步和国家环保的严格要求，对冶炼企业的优化改造迫在眉睫。本文所涉及的提铼工艺采用了独特的选择性沉淀分离等技术从冶炼净化废液中提取分离出航空航天稀贵金属原材料--铼，从而达到废液增值，同时消除污染保护环境的双重目的。伴随着国家机械化替人、自动化减人等科技进程，加之公司提铼工艺日渐成熟以及扩产的需求，决定将提铼工序从全部人工作业升级为自动化控制操作，从而实现增产增效的目的，为企业发展获得更多经济收益。

2 提铼工艺及其自动控制

提铼工序的完整生产过程可分为净化脱吸、原液反应沉淀、过滤分离等三个主要相关工艺过程，从而促使生产过程控制实现DCS远程控制。

2.1烟气净化脱吸

冶炼炉所产生的烟气中除了有SO2烟气外，还含有酸雾、水蒸汽及其它稀贵金属杂质等。由冶炼净化系统来完成冶炼烟气的净化脱吸，此系统是由一级高效洗涤器、气态冷却塔与二级高效洗涤器等构成的。烟气首先进入一级高效洗涤器，绝大部分的烟气、固体和雾粒从烟气中分离，进而再经过气体冷却塔系统以及后续的二级高效洗涤器，完成烟气冶炼烟气的净化、洗涤过程，整个过程中，净化后的烟气进入下道工序，而洗涤过程中产生的稀酸经过二氧化硫脱吸后成为提铼工序中的原液进入到提铼工序开展深层次处理。而在烟气净化的整个过程中一级高效洗涤器、气体冷却塔、二级高效洗涤器的液位设计为自动控制方式，液位、串酸量、补水量全部实现远程监控操作控制。

2.2原液反应沉淀

沉铼工序把冶炼烟气净化洗涤脱吸后形成的稀酸经脱吸塔泵输送至稀酸原液储槽，当液位达到预定液位时进酸阀门自动关闭，脱吸塔输送泵停止运行。根据工艺作业要求将稀酸原液储槽内的稀酸通过原液泵输送至目标沉铼反应釜内，该过程同样实现沉铼反应釜液位与进酸气动阀门开关、原液泵启停的保护性连锁自动控制。沉铼反应釜进液完毕后，工作人员依据现场实际情况远程开启沉铼反应釜蒸汽加热阀门，实现对反应釜内稀酸进行逐步升温，加热期间适时开启沉铼反应釜机械搅拌使釜内稀酸液体均匀受热；反应釜内稀酸温度由配套的热电阻进行实时监测，当反应釜内稀酸温度达到设定温度（处于60-70℃之间）时可自动关闭蒸汽加热阀。同时工作人员根据仪器测量的原液铼成份的含量来设定专用沉降剂用量及添加后的反应时间，在机械搅拌、蒸汽加热、沉淀剂加入等条件下，经过充分反应实现稀酸中绝大部分铼成份的分离（沉铼作业终点：Re≤0.001g/L）。

2.3过滤分离

沉铼反应完毕后，工作人员根据现场工作需求，开启铼精矿压滤机。首先把相应反应釜一次手动放酸阀门处于打开状态；其次确认精矿分离压滤机处于热备待机状态，卸料口料斗完好。最后正常开启压滤机进行自动压滤分离作业（过滤时压力处于0～0.2mpa，进料时最高为0.6mpa）。压滤分离作业中，沉铼反应釜液位低低报警位与沉铼反应釜气动放酸阀（即压滤机自动进料阀）实现连锁关保护；沉铼反应釜气动放酸阀关位与压滤机给液泵实现连锁保护停泵；压滤机设定进料时间及压滤机运行状态与沉铼反应釜气动放酸阀实现连锁关保护，确保作业安全。

3 AC800F DCS控制系统结构

根据提铼项目生产工艺特点，整个工艺流程的检测与监控、常规仪表的信息采集测控采用AC800F DCS集散控制系统，从而实现中控与现场设备远程控制、仪电综合监控的一体化。系统控制器及通讯节点及安全供电电源均采用冗余设置，系统通信为标准以太网，通过以太网与操作站、工程师站和网关通讯连接，系统结构具有较强扩展能力，现场控制站采用符合技术要求的远程I/O模块，站间通过profibus总线实现数据通信以及信息的采集反馈和指令的发出。

提铼工艺DCS控制系统采用ABB AC800F系列，配备操作站2台（其中一台含有工程师站功能）， UPS电源一套，冗余控制器一对，冗余交换机一对，冗余模件一对，DI/DO/AI/AO数据模块若干（点数大约400个左右），实现了整个提铼工艺的自动控制、相关设备的中控操作和监测；主要监测及控制工艺参数中的温度、压力、流量、设备运行状态等。

4 系统控制、监测

4.1 系统控制运行

提铼工艺生产对重点设备采用集中--机旁两地控制的方式。在设备机旁设操作箱，系统运行采用集中控制，在设备检修时切换为机旁控制。整个工艺日常操作、监控等通过操作站OS来实现，日常工艺、设备类报警保护等通过电气联锁以及自动化控制来实现，现场单体设备自带的独立控制系统通过工业通信协议接口与当前控制系统实现全对接，从而保证整个生产过程的安全、平稳、高效的运行。

4.2操作及人机交互

4.2.1工艺流程及总貌显示

　　按照装置工艺和操作员的专门需要组态的用以表示工艺过程状态的显示画面，工艺流程画面以显示对应过程数据或状态，以数字或模拟形式显示（动态趋势窗口）。总貌图可调出分组，用户流程画面、设定曲线、趋势与sfc顺序等。

4.2.2消息列表及操作员提示

　　控制器检测出的过程故障或开关量变化连同时间标签，作为消息通报入操作站。系统提供：系统故障、过程报警、开关动作和操作员提示等类型。过程消息类型分成不同的优先级（从0～5），系统故障分成三个不同优先级（s1～s3）。另外报警信息还可显示过程点名称与故障状态。

4.2.3记录及系统诊断显示

　　记录用于记录运行中的事件、状态和顺序。其存贮于硬盘上，可转存、打印等以备后期评估。系统硬、软件的当前状态由一个在后台自动运行的系统诊断程序进行监视。系统状态显示（显示包括操作站、过程站、现场控制器以及系统总线在内的系统结构总貌和状态）、站状态显示、模件状态显示（显示与所选模件有关的详细信息）。

5 结束语

ABB AC800F DCS集散控制系统有着全开放、高性能、规模灵活、成本低等特点，本公司提铼工序使用的ABB AC800F DCS控制系统于2020年底完成安装调试及试运行，随后投产运行。至今，该控制系统能很好的适应该工序中的各项控制功能，性能稳定可靠，实现了公司人工向自动化控制的转换，为公司创造了更多的经济效益。

参考文献：

[1]程景新.ABB DCS控制系统在焦化厂的改造和应用[J].  2019.

[2]刘颖.DCS控制系统在化工自动化控制中的应用[J].中国科技期刊数据库 工业A, 2021(11):3.

第一作者信息

黄鹏飞，男，中级工程师，设备技师、1986年06月，本科学历，毕业于江西理工大学；2009年7月至今，在阳谷祥光铜业有限公司从事设备维护及管理工作。