摘要:
??? 1 工程介紹
我公司2000t/d水泥熟料新型干法生產線(以下簡稱新線)工程設計由天津水泥設計研究院承擔,包括:砂巖礦、生料制備、煤粉制備、熟料燒成四大部分,設計年產熟料60萬t。
新線工藝設備中除窯燃燒器系統進口外,其余均采用近幾年來國內開發和引進國外先進技術由國內轉化制造的水泥裝備。生料粉磨采用Φ4.6m×(7.5+3.5)m的中卸烘干磨;熟料煅燒采用Φ4m×60m帶D-D型分解爐的雙系列五級預熱器分解窯;煤磨采用帶烘干倉的Φ2.8m×(5+3)m球磨。
新線的控制系統采用計算機集散式控制系統,型號為NETWORK-90,是美國Balley控制公司八十年代推出的產品(以下簡稱N-90系統)。該系統是以微處理器為基礎的高度模件化的集散系統,采用新穎、快速可靠的廠環通訊網絡,并將順序控制、過程控制、數據采集、打印報表、數據存檔等控制和管理功能結合在同一個系統之中。硬件配置十分靈活,畫面顯示功能強大,組態靈活方便,功能碼(實現某一功能的程序段)相當豐富,并已固化在各自的主模件之中,控制功能強大。
該工程于1993年12月5日首次點火投料試車成功。后經二個多月的整改完善,交付于生產管理部門,于1994年3月28日再次點火投料,開始正常生產。筆者參與了該工程建設的全過程,現就新線在建設和生產中的經驗予以粗略歸納,并就今后在設計中應該注意的問題提出一些看法和建議,供參考。
2 N-90系統方面
(1)新線在生產過程中,窯尾電力室抽屜柜曾兩次發生較大短路,造成該電力室停電,且短時間內恢復不了供電的事故。所以要落實好N-90系統現場控制站PCU(Process Control Unit)和中繼柜的雙回路交流供電,其中一路應引自其它低壓配電室(不應同為一臺變壓器)。
(2)建議在設計時,為每個PCU站和中繼柜就近共同配置一個小型配電柜,內裝配電開關、交流凈化電源和隔離變壓器等。否則,如隨便安置既不雅觀又不安全。最好單設一個專用配電柜,交由計算機人員管理,負責PCU站和中繼柜的停送電。
(3)中控室UPS(Uninterruptible Power Supply)電源設備原設計型號為BJD-20A,故障較多。后來改為BJ-30型,運行至今尚未發生故障。
(4)試車期間即發現ACR-15型交流凈化電源抗諧波能力甚差,后借助示波器反復觀察,發現不僅沒有起到凈化作用,反而加劇了波形畸變,并產生過電壓,惡化了供電質量,最后只好全部去掉。目前尚未找到合適產品。
(5)PCU站配置的I/O電源的電壓等級為直流24V或125V,本系統采用24V,實際上DI(Digital Input)模件的開路電壓僅7V左右。由于現場粉塵較大,再加上某些高低壓電器的輔助接點質量不佳,導致在運行中備妥信號(即設備送電完畢,在集中控制方式下準備妥當)、應答信號(即設備運行時返回的信號)經常消失,致使設備無故停車。目前已成為影響設備運轉率的主要因素之一。今后在配置PCU站的I/O電源時,最好選用125V DC電壓等級。
(6)在集中控制方式下,對電機的順序控制最好適當予以簡化。組的劃分除了要考慮工藝流程外,亦應根據生產控制的特點,著眼于如何提高運行的可靠性上。即對于某些獨立性較強或與主工藝流程關系不太密切的工藝設備可適當解鎖,不必包括在順序控制之列,而采用單機編組或現場控制的方式,這樣可避免一些非緊要生產環節發生故障而影響整個生產系統的問題。
(7)計算機關于故障分析與故障過程追憶的語言和功能欠缺,在發生故障停車和起動失敗后,計算機給不出具體分析判斷的依據和線索。這表明:一則軟件開發欠佳;二則有關故障分析的信息采集點數不足,反映現場問題太籠統。今后應重視并加強有關故障分析的信息采集和相應的軟件開發工作,同時在做PCU站硬件配置時,增加采樣點,以利于故障分析。
(8)軟件組態應該注意保證各相關環節的制約關系,盡可能避免顧此失彼的問題。例如生料磨系統風機電機的重載起動中,轉子短路的開關量信號雖然已進計算機,但組態時沒有與定子回路的起動和運行構成約束關系。曾因重載起動柜內部故障,起動完畢沒有封星點(轉子短路),導致頻敏變阻器較長時間串入,嚴重過熱。現在廠里修改了軟件組態,解決了問題。
(9)生料磨系統PCU站與總配電站雖然相距較近,但是,計算機對整個生產線全部高壓電機的控制,還是以不集中在該PCU站為好。雖然,集中于該PCU站可節省一定數量的控制電纜,但卻與“集散控制”的本意相悖。運行中曾遇到該PCU站,匯集高壓電機起、停、備妥、應答信號的DI、DO(Digital Output)模件中,有一路損壞而無法更換之事。因為更換這些模件會波及到跨工序的高壓電機運行,對生產影響很大。筆者認為:計算機對高壓電機的控制,還是以分散在各所在工序的PCU站為宜。
(10)PCU站端子柜選用端子模件密集安裝方式,造成大量電纜匯集于一個柜內,易發生故障。此外,造成接線和查線困難,且接線完畢后許多端子模件的面板都未能罩上,模件得不到應有的保護。若選用端子單元并適當擴展端子柜數量,是能夠較合理地解決該問題的。
(11)廠內對全部PCU站的房間都進行了密閉防塵的改造,并增設了空調機組,可惜的是因事后改造土建工程不太理想。此問題應在設計時就一并考慮。
3 電氣系統方面
(1)由于新線的接地工程分別涉及到N-90系統，較為繁雜,再加上幾個控制室內都是各類盤柜混合布置,很容易使各接地系統混接在一起,給控制信號的傳輸和設備的安全運行帶來不利。新線各類接地系統形成全部連通,很不合理。因此,建議在今后的設計中,應對計算機、儀表、電子設備、屏蔽和低壓供配電等各接地裝置的布置,從設計角度給出明確的要求和安裝注意事項。盤柜應盡量按類合理布局或采取有效的隔離措施。
(2)主傳動與輔助傳動本應兩路供電,但設計僅為單回路供電,從而有主電動機發生故障或斷電時窯筒體彎曲的故障隱患。所以設計時應為窯輔助傳動另從其它電力室引入一路備用動力電源,新線在生產過程中已有此教訓,現已改進。
(3)從運行情況看,KGSFA21系列直流電機可控硅傳動裝置故障較多,為此廠里統一增設了備用系統。但是該系列產品勵磁電源是不隨主回路開關受控斷電而自動斷電的。在試車期間,曾發生系統全部停車后,由于疏忽忘記拉下勵磁電源開關,致使電機勵磁長期得電,先后造成窯主傳動和生料磨選粉機的電機嚴重過熱事故。在新線整改完善階段,對各臺可控硅傳動裝置,均在勵磁電源的交流側增設了接觸器等低壓電器,并改進了控制方式,從而杜絕了此問題的發生。
(4)處理備妥信號要注意全面性和一致性。如可控硅傳動裝置的備妥,用的是電力室抽屜柜內的空氣開關,但是在可控硅傳動裝置柜內還有控制電源和勵磁電源等開關,倘若沒合閘,計算機雖然得到備妥信號,但是沒有意義。新線投產初期,每次系統開車時往往都因為“備妥”問題而延誤較長時間。進行技術培訓時,也難以舉一反三。
(5)為加快設計進度,設計中常采用套用其它工程圖紙的方法,但是應注意不同工程的控制系統組成的特點和差異,否則容易給施工和調試造成困難。例如:煤磨圓盤喂煤機的傳動為滑差電機,原設計的控制方式欠妥,與整個系統的組成和控制策略不吻合,似乎是套用其它工程圖紙考慮不周所致。后改用“CTV-Ⅲ電子轉換裝置”解決了計算機與ZLK-10型滑差控制器之間的4～20mA DC/0～-10V DC轉速指令信號的變換和測速發電機0～45V AC/4～20mA DC轉速信號的變換。并將該轉速信號接入計算機,作為終端轉速顯示信號,解決了中控操作人員進行煤磨喂煤量調節的問狻?/dt>
(6)窯、生料磨、煤磨等主機的機旁主傳動、輔助傳動電氣控制箱位置相距較遠,“主傳/輔傳”、“集中/機旁”轉換都是分立的,鑰匙又不統一,崗位人員甚覺不便,也容易誤操作。后來將這幾處轉換用的鑰匙按鈕全部取消,用LW5系列轉換開關,按“主傳機旁/主傳集中/輔傳”三位設置,崗位人員比較滿意,至今已有相當一部分鑰匙按鈕被主令開關取代。
在過去傳統的設計中,一般僅對熱工檢測的微弱信號和低電平信號的傳輸線選用屏蔽電纜,提高抗干擾能力,并抑制感生電壓以保護二次儀表。而對于電氣系統二次回路所用的控制電纜,干擾和感生電壓無甚關系,一般大都選用普通控制電纜即可。然而隨著集散系統的應用,其順控部分已與現場的大量電氣設備緊密地結合在一起。尤其是在DI模件工作電壓等級選的較低情況下,對干擾,尤其是感生電壓應引起格外的警覺。
在調試期間,發現許多接入PCU站的開關量信號線芯均有感生電壓,有的還挺高。全部更換為屏蔽電纜已不現實,當時僅更換了幾條感生電壓較高的電纜。事實上這對計算機的DI模件是個潛在的隱患。為此建議是否可將凡由高、低壓電氣系統引入計算機的開關量信號線路,例如備妥與應答信號,不與其它信號共用一條電纜,且改用屏蔽電纜,以抑制感生電壓,消除隱患。
此外,在高壓繞線電機轉子回路的重載起動柜內,由總配電站引來的定子回路合閘信號線路,亦需單獨敷設并選用屏蔽電纜。因為重載起動柜內部采用的是JS14A晶體管時間繼電器,該外引線路的感生電壓使時間繼電器計時用的電容器緩慢充電,導致計時誤差甚大,封星點時間超前,這對電機和設備很不利。為抗感生電壓,調試時改用了JS7空氣式時間繼電器。由于現場粉塵較大,經過一個階段運行,發現仍不可靠,現場技術人員又將其改為JS11系列電動式時間繼電器,效果較好。
(8)設計中抽屜柜背靠背安裝,使接線相當困難,檢修清掃極不方便。目前廠里正在考慮重新排列布置之事。
(9)電氣預埋應盡可能考慮得周到些,孔洞的預留量要給予足夠的保證。新線管線敷設多處出現與土建構筑物和設備基礎相互沖突,無法穿越的矛盾。當然這里面也有一些是施工方面造成的問題。
(10)生產中窯尾預熱器堵塞現象是難以避免的,在捅灰時經常有高溫生料涌出,曾發生將所在平面引上電纜燒毀的事故。在技改初期外出調研時,也了解到其它兄弟企業亦發生過此類事故。該問題應該引起足夠的重視,設計時一定要考慮必要的防護措施。
(11)為直流電機供電的可控硅傳動裝置有截流、過流和速斷三種保護方式。截流值整定一般為Ij=(1.5～2.5)Ie(Ie為電機電樞額定電流),過流值整定一般為Ig=(1.2～1.3)Ij,并沒有過載保護作用,因產品定型,廠里將此裝置改造也不易。而設計中一般都忽略了這個問題,因此對直流電機的保護就不完善,容易造成因過載而燒毀電機的事故。根據我們的運行經驗,在直流側增設了熱繼電器作為過載保護措施,并采取用E型銅連板將其三個單元并聯使用的方式,在整定時又采取先并聯好后再進行試驗調整的辦法,以回避分流不均勻的情況。此外,亦可在柜內交流側電流互感器的二次側接入熱繼電器,此種方式下在確定整定值時,既要考慮電流互感器的變化,又要考慮交直流之間的整流系數。
(12)總配電站的繼電保護原則和方式,在設計之初,必須與當地供電管理部門密切磋商,充分注意地方法規的某些特殊性,以避免在送電驗收前后,再按當地供電部門的要求,補做一些相應的改進后方可送電之事。
4 計量與檢測調節儀表方面
(1)窯尾高溫風機轉速是一個重要的控制調節參數,但是在已投產的幾條國產2000t/d新型干法生產線和本工程的設計中,都未解決該信號輸入計算機的問題。在新線整改時,廠內選用了型號為RZQC-01A轉速檢測裝置,取代了原SZC-02數字式轉速表,既可在機旁顯示轉數,又可向計算機送出轉速信號,使計算機既能顯示,又能實施對高溫風機輔助傳動的自動控制(由于N-90系統的脈沖子模件輸入阻抗太小,一般的接近開關或轉速發訊器都不適用)。
(2)目前國產的溫度巡檢儀雖然有幾種類型,但是就使用情況來看,均不太可靠,運行中經常誤報警,導致相關設備停車。建議今后在做集⑹較低車撓布?渲檬?可增加溫度檢測點,不選用巡檢儀。如果必須選用巡檢儀,建議在計算機的軟件處理上,對其信號僅用于報警而不用于聯鎖,并應在圖上為其巡檢空檔注明應配置的防開路電阻。
(3)由于N-90系統的AO(Analog Output)模件在輸出電流信號時,伴有共模電壓。因此中控室后備儀表盤上的手操器,不應選用普通型而應選用“計算機后備手操器”,才能適用。
(4)在一次儀表方面,D-D爐出口溫度測點、窯尾預熱器的三、四、五級筒錐體和出口溫度測點等處,一次元件損壞較多。尤其是四、五級的測溫元件保護管磨損較快,需進一步加強對高溫多灰條件下的檢測方法和手段的研究。
(5)原料磨磨頭、磨尾和窯尾電收塵出、入口等處,一次檢測元件更換困難。原因是檢測點太高,況且儀表專業在傳統上不進行高空作業。倘若檢測點不能進行變動,則在設計時應考慮增設檢修平臺。
(6)新線投產后,所有的自動調節回路基本上都未能投入運行,其原因很復雜,涉及到企業領導重視程度、維護人員技術素質、配套設備質量、自動化儀表備品備件的供應、人們對自動控制重要性的認識、檢測難題等因素。對此筆者有個初淺想法,即在目前的情況下,自動調節回路數量的確定,宜本著少而精的原則,即對于重要的而且是必須的搞一些。此外,在調度和運行過程中,應認真對待,予以重點保證。
(7)設計之初,在已確定采用N-90系統后,廠方出于初次接觸應用工業計算機,從運行維護上感到無甚把握,對其可靠性也持懷疑態度。因此,堅持要求搞備用二次儀表系統,院方只好接受了廠方的意見。根據新線整個調試過程和近一年來的運行情況來看,最初的顧慮是多余的。無論從N-90系統的可靠性,還是從簡化系統、節約投資的角度來看,在采用了N-90系統后,不應再搞后備二次儀表系統。
(8)電子皮帶秤(德國SCHENCK公司技術)的外控模擬量輸入信號端為接地系統,而PCU站AO模件的4～20mA DC,輸出端是非接地系統,且有共模電壓。因此設計時采用4～20mA DC信號制,來傳遞計算機對該電子皮帶秤的喂料控制信號是行不通的,調試時改成1～5V DC信號制。
(9)窯頭看火電視的攝像頭,在投產后不久由于窯頭正壓噴火被燒壞。實際上該產品具有接受外控開關量信號,使其保護擋板自動下落對鏡頭實施保護的附加功能。原設計沒有考慮發揮此功能的作用。廠內試圖解決該問題,但是究竟是選取窯頭負壓檢測信號,還是選取高溫風機的跳閘信號來作為保護的動作條件,眾說不一,有待探討。
(10)國外進口設備的安裝施工設計,出圖深度不夠,謬誤較多。看來應注意在對國外進口設備技術資料的消化和掌握上多下功夫。
5 關于設備選型的一致性問題
同一類產品,在不同的子項工程中,所選廠家或型號不盡相同,缺乏一致性,給廠方訂貨造成困難。如果按設備表訂貨,則備品備件的準備量很大,既不便于管理,也占用生產資金較多,維護人員外出培訓安排也較麻煩。如果統一廠家訂貨,又會出現與施工圖不相符的問題,而有些設備的變動,將引起數張甚至數十張圖紙的修改,有的還波及到計算機軟件的修改等,工作量是比較大的!倘若此事處理不妥,則不僅導致現場施工扯皮,影響工程進度;更重要的是在工程竣工投產后,會在諸如竣工圖的繪制、運行維護用圖的準確性和圖紙資料的移交等方面,留下許多難以協調解決的問題。例如:
(1)直流電機用可控硅傳動裝置,設計選型分別為北京整流器廠KGSF21、KGSFA21、KGSFC21三種系列,由于生產年代不同,控制原理也不盡相同,其中有的早已不生產了。廠內在實際訂貨時,征得院方同意,統一為KGSFA21系列產品。
(2)電流、電壓等變換器,圖紙上選用的有上海、北京、天津等各地廠家的產品。還有需要用戶購置電阻、電容等元器件組裝的,例如窯中主傳動測速發電機電壓變換器,圖示電路太簡單,沒有隔離作用,對計算機AI(Analog Input)模件十分不利。而這種變換器本來就有標準系列產品,廠內已經選用并做了替換。
(3)電動執行器、伺服放大器的產家多,外表、尺寸各異,而儀表柜是按天津儀表七廠的架裝變送器的外形尺寸設計的,致使安裝雜亂。后來幾乎將全部電動執行器和伺服放大器統一更換為該廠的伯納德執行器,投資很大。
產品廠家和型號的離散,使備品備件的準備和管理工作繁雜。這個問題從實質上來講反映了專用電控設備的綜合配套設計尚有一定差距。對此問題筆者建議:設計院可否根據多條2000t/d新型干法生產線的設計經驗和多次參加現場調試得到的反饋信息,在設計選型時,爭取盡量統一產家和型號,并在相關專業的設備表上予以注明。
6 結束語
目前國內專用電控設備的電控方式,相當多的產品還停留在過去傳統的控制原理上,不適應集散系統的控制策略和方式,而文中所述問題,僅僅是從設計角度出發。為此建議有關設計人員通過調查研究和借助現場調試積累的經驗,對有關的專用電控設備生產廠家,加強配套的指導和評價,促使其完善產品功能,以適應當前廣為采用的集散系統的控制策略和方式。
由于國內集散系統的應用還處于引進消化、實踐探索的過程中,因此要特別重視研究硬件配置和軟件開發的工作。通過實踐總結經驗教訓,予以完善并逐步得到提高。
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【作者:王洪斌,左良明 】