DCS砂石骨料生产线中央控制系统

刘辉：集散控制系统在现代化砂石骨料生产线中的应用2014-12-09 14:00:47集散控制系统在现代化砂石骨料生产线的应用刘辉 （黄山晶品建筑集料科技有限公司）摘要：近年来随着国家城市化步伐的加快，快速化的基础建设催生了大量砂石需求，日益枯竭的天然砂石已经无力支撑起整个市场正常运转，此时以市场为导向的第二波力量促使机制砂石发展步入到一个高速轨道上来，由于各地政府和有关部门加大了对砂石行业的整顿和规范管理力度，采取多项措施管控天然砂采挖，规范机制砂石生产环节等政策，传统的砂石骨料生产线已无法满足市场的需要，随着技术的不断更新发展，砂石骨料的生产方式也在逐步改进并取得了显出的成效，新型的自动化集成化连续高效生产的砂石骨料生产线更多的涌现，砂石骨料工厂也越来越多的运用先进的自动化控制系统来服务生产线，满足企业的高效生产的同时为生产、设备、运营管理提供各种便利。

关键词：砂石骨料 控制手段 集成化自动控制系统一、砂石骨料行业工艺生产线的发展历程砂石骨料生产线的第一阶段：以人工开采天然砂石为主，砂石多为自然风化、流水剥蚀而形成；第二阶段：天然砂石实现机械化开采，砂石质量逐步提升；第三阶段：机制砂石骨料的比重快速增加，砂石骨料行业技术标准逐渐完善，砂石是以开采矿山经过加工而制成；第四阶段：砂石骨料的市场逐步细分，高标准要求的精品骨料逐步出现，面向高性能、耐久性混凝土骨料的比重逐步增加。

二、砂石骨料行业工业生产手段的发展情况早期的砂石骨料生产线大多是业主通过社会关系拿到矿石后找以矿山破碎类为主的设备厂家简单的购置破碎机和皮带机进行简单组合进行生产（台时产量一般为200-300吨/时），生产性能较为低下，台时产量也不能完全受控，成品质量也是较为随意，环保也不能达到要求，设备的周期监控及维护检修均不方便，整个生产线后期运行质量更是每况愈下，实际的生产成本不断增高。

传统的生产线控制系统更是谈不上自动化控制，一般只有有简单的一些单机设备旁边的启停按钮盒控制生产线的启停，没有专业的控制系统，也没有对设备运行的监控手段，也没有设备保护项目，容易发生堵料堆料等生产事故，整个生产只能依靠生产管理人员的责任心及管理经验，严重制约规模化的生产。

目前砂石行业已经过了早期的江河湖泊人工开采和天然砂石机械开采，发展到当前的机制砂石规模化生产阶段，砂石骨料最终将发展成为矿山开采、加工、物料储运高度集成化、自动化、规模化的现代产业。

精简版登录传统的砂石骨料生产线，布局较为粗狂随意，对于日益要求严格的环保问题，根本达不到要求设备布置及电气的控制方案单一，电缆混乱，带来安全隐患的同时更谈不上稳定高效的运行三、新型砂石骨料生产线上的用到的控制手段目前，在新型砂石骨料生产线常用的控制手段为集散控制系统(DCS)。

基于目前设计的新型骨料生产线生产规模较大，普遍生产线台时500-600吨/时，部分生产线台时产量达到1000吨/时左右，与此同时，大规模的生产线劳动生产率的提高也更加依赖于先进的计算机控制系统 ，集散型控制系统（DCS）是一种采用标准化、模块化和系列化设计，由过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级所组成，以通信网络为纽带，具有集中显示操作管理、控制相对分散特点的多级计算机网络系统结构。

该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。

现代化砂石骨料生产线合理布局，利用地势设置台段，减少施工费用及缩短施工周期，系统能力高，环保达标，打造花园式工厂中控数据一目了然，各类报警跳停信息清晰可见，各类保护项目设置齐全，利于操作员对全局的把控，实现对产能、质量、能耗的完全控制各参数趋势的存储记录，利于管理者对生产数据及设备运行状况分析中控岗位人员利用组态操作画面可集中对整个生产线的设备进行启停及生产喂料、成品发运等信息进行控制。

根据DCS系统监控设备的参数跟踪设备运行的情况、根据系统工艺参数的监控判断系统运行情况，具备生产控制的能力。

同时DCS系统还提供参数储存功能，通过建立相应的应用曲线，可以提供监控参数的长期运行趋势，对判断设备和系统运行的短期和长期变化提供依据，相应的也可以提供生产统计所需求的基本项目，自动生成班、日、月各类生产信息报表。

中控室成为各个系统监控设备运转和故障排除、管理生产调度、接收和发布生产情况信息的控制中心。

四、在生产线中应用的部分自动控制方案1、皮带机下料口防堵料自动化方案：在DCS程序中完善相应的控制逻辑联锁，当下游皮带机因故障或其他原因停机时在程序中将下游皮带机的运行信号做到上游皮带机控制程序的运行联锁中，此时当下游皮带机跳停，运行信号丢失，上游皮带立即停机，便不会堵塞下料口，将下游皮带机的运行联锁做到上游皮带机的启动联锁时也同样能防止下游皮带未启动时开启上游皮带，造成下料口堵塞现象。

2、仓满自动停止给料对于上图操作画面中，缓冲中间仓的设置是为了使破碎机的喂料更加均匀受控，当缓冲中间仓下的喂料机故障或者小仓下料口堵塞时会造成中间仓料位立即上涨，如果不进行及时控制，会造成爆仓的危险，轻者仓下料口爆出变形积一大堆物料，重则有可能把上游喂料皮带头部托辊顶死，划伤皮带或顶翻皮带机头部基础，因此需要一种合理的手段去控制缓冲仓的料位，靠人为是无法看得住，此时DCS 的控制方案是将小仓安装料位计或者仓重仪，并做好仪表标定。

当仓内物料达到一定值时立即停止最初端部给料机设备，停止上游系统进料，将皮带上剩余物料下到小仓，此时还应运行一个程序监控如果仓位继续上涨至80%后开始计时5-10S（根据现场调试时观察设置）内如果达到85%，自动跳停小仓前端所有设备禁止往小仓内下料。

这里提到为什么不直接设置小仓物料达到80%直接跳停设备，还要做这么一段程序，是因为如果是瞬时的偶尔卡料或其他暂时原因，只要止住首段喂料稍微控制一下，就能过去，等小仓料位降下来就直接启动首段喂料设备，减少为设备停机次数，降低电耗及提高运转率，也不会造成小仓爆仓的后果，实现精细化管理。

另外对于下图中这种缓冲仓较大，料源较稳定的情况可在在上述的基础上在增加仓料位低于30%，自动打开相应的输送皮带机及下料口闸阀，当物料达到要求时，停止喂料，如此程序内部往复运行，喂料基本不用人为关注，即可达到控制目的，只要小仓的传感器不出现故障，定期进行维护检验，便可长期稳定运行。

同时这一环设备的运行效率也较高。

该开时就开，该停时就停，有效降低设备电耗。

3、压力控制对于集成化骨料精加工系统，通过压力传感器可检测并及时调节系统用风的分布。

制砂楼的工作状况可根据主袋收尘的出、入口的负压差进行判断和调节成品机制砂的含粉量。

同时,可及时判断出袋收尘系统的运行工况,为检查、检修提供参考依据。

4、设备保护方面a、温度控制对于大型设备的轴承，电机绕组等对温度保护要求的关键部位将测点引入到中控，参加逻辑联锁跳停对主机设备进行保护，当温度超过报警值时,提醒运行维护人员及时进行检查处理。

当超过跳停值时，通过自动化系统自动跳停主电机及关联设备，避免事态恶化酿成设备事故。

一般常用为温度保护设置为 ：旋转部位轴承保护：轴承温度保护（75℃） 轴瓦保护（65℃）电机定子绕组温度保护根据电动机的绝缘等级的不同，也会有所差异：绝缘等级A E B F H允许温升（℃）105120130155180性能参考温度（℃）8095100120145还有一些油站温度控制，一般站的作用是为主机设备的轴承/轴瓦等旋转部位供油，达到降温、润滑作用。

油站油箱的温度控制如下：T＜50℃ 加热器启动加热 T≥55℃ 加热器关闭T≥55℃ 开启循环水系统，进行冷却在自动控制系统中，温度设定值可根据现场的特殊情况自行修改。

如控制线路故障，会致使循环式冷却系统不能正常开启，这时需手动开启。

b、保护安全联锁：电机本身的安全保护：如包括：综合故障、温度开关、速度开关、跑偏开关、拉绳开关、堵料开关等；上位联锁：又名启动联锁，确保设备按照工艺顺序启动；下位联锁：又名运行联锁，确保设备按照工艺顺序运行；如下位设备（参与顺序联锁）出现异常故障，将自动联锁停止本设备的驱动；停车联锁：确保设备按照工艺顺序停车；允许停车命令的有效；抖动：由于现场各种原因所引起的、进入计算机系统的测点信号出现异常现象。

具体包括：测点信号瞬间间断、瞬间闭合、测量值超出正常范围等。

延时保护：安全联锁可以加延时输出保护；延时的时间可以定为1秒或适当的时间；在规定的延时内测点的抖动可以忽略不计，不参与联锁控制，一但超出规定时间，计算机系统将执行相应的联锁控制。

同理下位联锁可以加延时断开保护，这样就防止现场的振动、干扰等因素引起保护误动作。

联锁保护的部分应用实例：正反转电机用正反应答做保护，就是正转选择和正向应答与上或上正反转选择和反向应答与上做联锁；但电动液压推杆和闸板阀等电机应该特殊考虑，一般应该用正转限位或反转限位做联锁，但由于现场很复杂，由于多种原因，多数的限位开关都经常失灵，所以进入计算机系统的限位测点很难及时、准确；这时我们在做联锁的时候，就应要特殊考虑，用正反转选择做联锁保护，不要用限位做联锁，否则将会带来不必要的麻烦，还有一点也应注意，一般是驱动到限位后，应答先丢失，大约2秒后，限位才上来，这期间，不应该让设备产生运行故障，所以还应该考虑时间问题。

c、高压电机控制高压电机和低压电机的控制比较接近，不同的是增加了一些高压控制保护：FT1 事故跳闸 FT2 综合过电流继电器故障FT3 失电报警 FT4 跳闸回路断线 FT5 热过载d、变频电机控制变频调速电机一般有选粉机、喂料皮带电机等。

这些电机都有自己的变频控制装置，只需要计算机系统的驱动和速度给定，且在驱动之前，速度给定要回零。

5、组操作将相关设备按照工艺要求合理分成若干组，进行成组控制，即成组启动、成组停车。

组的九种表示方式如下：组备妥； 组启动命令； 组启动进行； 组停车命令； 组停车进行；组故障； 组运行； 组解锁； 组状态。

6、普通电机的I/0点备妥（RD）：DI点，备妥，设备是否具备启动条件；应答（RN）：DI点；应答，设备是否运行；驱动（DR）：DO点；驱动，DCS是否给设备驱动；正反转电机I/0点包括：备妥（R）；正向应答（AF）；反向应答（AR）；正向驱动（DF）；反向驱动（DR）；正向限位（LMF）；反向限位（LMR）。

7、 普通电机的基本控制原理：设备有备妥后可以驱动，驱动后设备运行。

其中要加各种联锁保护。