Источник: http://www.acspit.com/papers/dcs.htm
Введение
Металлургическая компания USS/Kobe Steel Company недавно модернизировала свою доменную печь №3. Печью, которая была куплена 4 мая 1992 года, теперь управляют, используя полную систему управления печи, которая разрешает одному оператору контролировать весь комплекс печи из центральной диспетчерской.
Эта высокая степень автоматизации стала возможной после полной интеграции и автоматизации архитектуры системы управления, распределенная система управления (DCS) и программируемый логический диспетчер (PLC). DCS управляет традиционными аналоговыми функциями. Это также действует как главное окно к процессу доменной печи, очистки газа и областей водного охлаждения. Это осуществляется при использовании цветных графических особенностей DCS. PLC, тем временем, управляет традиционными цифровыми или последовательными функциями.
Эта стратегия управления сейчас плохо развита. При разработке данной системы были использованы прошлые успехи. В конце 1970 - х и в начале 1980 - х, инженеры разработали стратегию управления сгоранием доменной печи в научно-исследовательских лабораториях U.s. Steel Corporation. Эта стратегия была основана на сложных вычислениях, которые установили действующую уставку для температуры пламени горелки печи и требования к высокой температуры печи. Расчеты были основаны на горячем взрыве, необходимым для поддержки производства железа.
Главными целями стратегии управления высокой температуры печи были требования:
• максимизировать топливную экономичность
• уменьшить невосприимчивые проблемы сгорания
• установить контроль за сгоранием
• минимизировать вмешательство оператора
Позже Applied Control Systems, Inc. преобразовала температуру пламени и зональные вычисления высокой температуры в настроенные алгоритмы контроля. Алгоритмы были осуществлены, используя язык программирования Leeds & Northrup (L&N) Excel. Excel- это акроним для "расширенного управления инженерным языком." Установленные стратегии управления теперь настроены в каждом из L&N MAX1 DCS контроллере, которые находятся в запрограммированных функциях секции файла. Каждая плита имеет первичный контроллер, который поддерживается горячей резервной копией.
Печные временные циклы включения газ/вкл.-взрыва были установлены в DCS и входят в вычисления спроса тепла. DCS также контролирует печь, действующую по методам временных циклов. Автоматическая печь, изменяется в пределах системы L&N и выполняется через последовательную логику PLC, спроектированную Allen-Bradley Co. Вся система управления печи №3 была переведена в режим онлайн с мая 1992 года и достигла установленных целей.
Архитектура управления процессом
Архитектура системы управления доменной печи №3 состоит из базовой системы, полностью интегрированной и автоматизированной PLC, которая выполняет процессы так же как и последовательные функции. И, как уже сказано, у этой системы есть DCS, выполняющий последовательный контроль.
Уровень 1 архитектуры контроля - пара интеграторов пирамиды Allen-Bradley и MicroVAX 3000, функционируя прежде всего как концентратор данных и местный генератор отчета. Пара L&N компьютеры MAXport, главным образом, служит воротами, чтобы обеспечить избыточную передачу данных и от PLC и от систем DCS к терминальному серверу Уровня 2.
Отметим, что печи и некоторые из петель общего контроля на печи №4 включены в системную архитектуру печи №3 и доступны станциям оператора через волокно оптическое шоссе №1. Ранее, ограниченная система DCS/PLC была обеспечена на печи №4 и переведена в режим онлайн в ноябре 1989 года.
Система управления сгорания печи №3 содержится в файлах 36, 38 и 40 диспетчера. Каждый основной диспетчер имеет поддержку в виде резервного файла онлайн (то есть 37, 39 и 41). Если основной файл терпит неудачу, передача в резервный файл является мгновенной и гладкой.
Печи
Три доменной печи № 3 были полностью заменены новой Martin & Pagenstecher (M&P) спроектированной печью. Высота новых печей составляет 124 футов и 8 дюймов, диаметр 25 футов и 6 дюймов. Печи имеют внутренние вертикальные керамические горелки. Подробные операционные технические требования были включены с техническими требованиями печи, обеспеченными M&P.
В начале строительных работ печи №3, было принято решение, чтобы использовать существующий лучший газовый анализатор и систему осуществления выборки газа, которая была в обслуживании на доменной печь №4. Это решение было принято, потому что печи получают свой газ от общего газопровода доменной печи. Печами № 4 управляли от L&N DCS с ноября 1989 года. Эти печи используют ту же самую управляющую программу сгорания, что и на печах №3.
Главная система осуществляющая выборку газа оказалась очень надежной. Система осуществления выборки была определена Perkin Elmer и была снабжена JNM Corporation. Это обеспечивает чистый образец анализатору и включает автоматический удар, назад отрегулированный встроенным таймером цикла.
Лучший газовый анализатор - Perkin Elmer MGA1200 магнитный спектрометр массы сектора. Это обусловленно характерной особенностью, которая обеспечивает отдельные 4-20 сигналов в DCS, а не типичный RS232 или 422 линии связи. Эта особенность разрешает непрерывно получать входные данные для каждого главного газового элемента (CO, CO2 и H2) необходимые для вычисления температуры пламени.
Газ доменной печи из газопровода, после того как он убран из печи №3 системой скребка конуса Davy поступает через скребок Venturi в печь №4. Пункт осуществления выборки характерен для обеих систем управления печи.
Контроль за сгоранием печи
У каждой доменной печи №3, так же как и у печи №4, есть своя собственная отдельная управляющая программа сгорания. Вычисления и алгоритмы использованы в USS/Kobe были изменены до некоторой степени от оригинальной версии, подготовленной к печи Гари Уоркса №7.
При контроле потока выделяют шесть шагов:
1. вычислить требуемые температуры печи
2. отделить сухой газовый анализ от газового анализатора для влажного газового анализа, чтобы обеспечить истинную ценность Btu/ft3 газа вершины доменной печи
3. вычислить уставку температуры пламени горелки печи
4. вычислите необходимое обогащение Btu/ft3, обеспеченное от природного газа
5. вычислите уставку воздушного потока для стехиометрического сгорания
6. вычислите фактическую температуру пламени горелки
1. Вычислить требуемые температуры печи
Требование к высокой температуре печи вычислено как функция уровня ветра, горячая влажность взрыва, время цикла печи и полезные действия печи. Пределы к требованиям высокой температуры печи установлены на основании утилитой печи и ее мощностях. Когда пределы достигаются посылается сигнал и система предполагает, что для безопасности печи требуется уставка температуры. Результат этого вычисления установлен как нумератор в более позднем вычислении.
2. Отделить сухой газовый анализ от газового анализатора для влажного газового анализа, чтобы обеспечить истинную ценность Btu/ft3 газа вершины доменной печи
Отдельные газовые элементы, (CO, CO2 и H2) подвергнуты пятиминутному среднему числу вращения MAX 1 DCS процессора. Среднестатистический анализ – поиск ошибки, а также ее последующая проверка и использование. Когда среднестатистический анализ не является приемлемым, или газовый анализатор выйдет из строя, система возвращается к предварительно отобранным и сохраненным данным, и соответствующая система сигнализации срабатывает.
3. Вычислить уставку температуры пламени горелки печи
Вычисление уставки температуры пламени горелки печи основано на необходимой теплоте сгорания смешанного газа.
4. Вычислить необходимое обогащение Btu/ft3, обеспеченное от природного газа
Необходимое обогащение Btu/ft3, обеспеченное от природного газа, вычислено на основании дополнений, необходимых для Btu/ft3 влажного газа. Как только порция обогащения определенна, контроллер определяет уставку потока природного газа, основанную на смешанном контроле за потоком газа.
5. Вычислить уставку воздушного потока для стехиометрического сгорания
Уставка воздушного потока для стехиометрического сгорания вычислена на основании сложения уставки газового потока и газа Btu/ft3. Уставка контроля воздушного потока вычисленна в SCFM. Анализатор кислорода установлен на каждом из двух стеков печи. Анализ осуществляется автоматически или вручную при помощи MAX 1 DCS. Для дальнейшей проверки точности контроля за сгоранием, каждый стек печи №3 оборудован анализатором сгорания. Возможность вывода данных на экране для сравнения кислорода и анализа горючего доступна при помощи MAX 1 Multi-Operator Stations.
6. Вычислить фактическую температуру пламени горелки
Когда печь работает на газе, фактическая температура пламени горелки вычислена на основании влажного газа доменной печи и потоке природного газа. Если фактическая температура пламени горелки превышает температуру уставки пламени, то срабатывает система сигнализации и посылается сигнал тревоги. Прежде, чем передать расчетную уставку потока диспетчерам, рассчитываются требования к температуре по сравнению с пределом уставки.