苏州西门子一级代理商DP电缆供应商

苏州西门子一级代理商DP电缆供应商

1 引言

近年来在城市污水处理的工艺中，投资少、运行灵活的SBR处理工艺得到广泛的应用。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)序批式活性污泥工艺早在1904年就被开发，并了较好的效果,只是由于当时的自动化水平和设备制造工艺的限制，所以没有得到推广应用。而近年来随着自动化技术及在线监测技术的飞速发展，为SBR工艺的发展和应用提供了前提条件，因为对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率、降低处理能耗的关键，所以SBR工艺也是各种污水处理工艺中对自动化系统要求较高的一种工艺。SBR反应过程主要是在生物反应池内进行的，该工艺主要由进水、曝气、沉淀、排水和闲置等五个阶段组成。SBR工艺的处理效果主要取决于其运行参数，其中主要参数包括各反应段时间以及曝气强度。一般采用以PLC为的工艺过程自动监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及各反应段时间，使水质达到国家规定的排放标准。

由此可见，SBR污水处理工艺是一个多参量(如液位、流量、压力、生物指标等)、多任务(如污水输送、风量控制、水泵的启停等)、多设备(如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等) 且具有随机性 、时变性和耦合性的复杂系统。因此，应由稳定的数据信息交换网络与综合管理系统来进行自动化的管理，使之地运行。


2 工业以太网PROFINET技术应用

所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、性、抗干扰性和本质等方面能满足工业现场的需要。

PROFINET是Process Field Net的缩写，它是PROFIBUS客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。PROFINET是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案，它以一整套完整并可升级的方式，可以为PROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植服务;PROFINET标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性，从而可以保护用户的投资与利益。 PROFINET可以使工程与组态、试运行、操作和维护为便捷，并且能够与PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。

这种跨越供应商的开放式标准建立在工业以太网基础之上，覆盖了工厂自动化的所有领域。依赖于现行的IT标准，并且无条件地支持TCP/IP协议，从而确保了公司范围内从办公区域到现场级的集成通讯。 它主要包含3方面的技术： ① 基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系统； ② 规定了PROFIBUS和标准以太网之间的开放、透明通信； ③ 提供了一个包括设备层和系统层、立于制造商的系统模型。

PROFINET采用标准以太网作为连接介质，采用TCP/IP协议加上应用层的RPC／DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统PROFIBUS系统和新型的智能现场设备。现有的PROFIBUS网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到PROFINET网络当中，使整套PROFIBUS设备和协议能够原封不动地在PROFINET中使用。传统的PROFIBUS设备可通过代理proxy与PROFINET上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实现COM对象之间的调用。

与其他现场总线相比，工业以太网应用主要有以下特点：

1) 实时通信 采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，提高了以太网通信的实时性。

2) 总线供电 采用直流电源耦合、电源冗余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。

3) 远距离传输 采用网络分层、控制区域微网段化、网络小时滞中继以及光纤等技术实现了以太网的远距离传输。

4) 网络 采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。

5) 性 采用分散结构化设计、EMC设计、冗余、自诊断等性设计技术等，提高基于以太网技术的现场设备性。

6) 一网到底 即它可以一直延伸到企业现场设备控制层，所以被人们普遍认为是未来控制网络的解决方案，工业以太网已成为现场总线中的主流技术。

工程实践证明，在组建企业工控网络时采用PROFINET通讯技术可以节省近15%的硬件投资。


3 控制系统组成及功能设计 现代化的污水处理系统需要实现管理与控制一体化，实现办公自动化。

控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口，而且具有与上层管理系统集成的接口，同时具有可扩展性。所以本系统采用的工业以太网PRIFINET或现场总线PROFIBUS等技术，适应了当前的这种需求。为了加强系统的性，使整个系统能够长时间无故障地运行，上位监控系统还采用容错（冗余）技术。

3.1系统组成及特点 根据全集成自动化（Totally Integrated Automation）的思想，将污水厂 控制系统分为管理级、控制级、现场级。系统简图如下页图：

（1）管理级 管理级是系统的部分，完成对污水处理过程各部分的管理和控制 ，并实现厂级的办公自动化。管理级提供人机接口，是整个控制系统与外部信息交换的界面 。管理级的工业计算机具有相互通讯的功能，实现数据交换或共享。考虑到管理层功能结构的层次性和可分割性，采用客户/服务器（Client／Server）的体系结构。服务器选用大型的网络关系数据库，满足开放、分布式数据库管理方式的要求。服务器具有远程控制操作功能、状态显示功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通讯功能和冗余功能等。厂控制室中设备包括：两台安装Siemens公司WinCC监控组态软件的冗余服务器作为上位机 ，安装有WinCC组态软件的版以及冗余软件包，两台服务器互为备用，实现冗余，提高系统的性。装有WinCC运行版的PC机作为监控工程师操作站。这种配置的主要的优点是保证数据的完整性和监控操作的连续性。如果一个WinCC服务器出现故障，该服务器的客户机（工作站）自动从发生故障的服务器切换到备用的服务器上，使所有的客户机始终可以监控生产过程，修复后的服务器回到系统后，自动实现归档数据的匹配,管理级与控制级的数据交换均采用了工业以太网,真正体现了公司范围内从办公区域到现场级的集成通讯。

（2）控制级 控制级是实现系统功能的关键，也是管理级与现场级之间的枢纽层。 其主要功能是接受管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，同时将现场状态输送到管理层。控制器是整个系统的，所以在控制级中，主要采用三套Siemens公司S7_300(CPU315_2PN/DP)型PLC组成,采用光纤和交换机构建成数据交换网络, CPU315_2PN/DP配有集成的PROFINET接口,通过该接口连接I/O现场设备,STEP7包含有所需的驱动,也可以延伸到低端PROFIBUS上的设备,而重新连接编程器.现场设备也能够使用额外集成的PROFIBUS接口进行连接,而且,PROFINET接口可以用于单元级的通讯.PRIFINET CPU 能够使用STEP7在工业以太网上通过编程器/PC进行编程.

（3）现场级 现场级是实现系统功能的基础。现场级主要由一次仪表（如液位计、DO 传感器等）、控制设备等组成。其功能主要是对系统设备的状态、传感器参数进行监测，并把监测到的数据上传；接受控制级的指令对执行机构进行控制。由于控制设备比较分散，在传统的工厂内，输入／输出设备连接到一个集中的机架，在设备改变和系统扩展时，导致接线工作量大，成本高，柔性度低。通过开放的、标准化的现场总线PROFIBUS系统来连接现场控制部件(一些控制设备可能是三方厂商提供)，是解决这些问题的方案。分布式配置意味着可编程序控制 、I/O模块和现场设备通过PROFIBUS_DP现场总线的信号电缆连接。将输入/输出模块转换成就地监测器和执行器，可就地转换和处理过程信号。从而保证了控制级与现场级控制设备的立和兼容 ，同时解决了与三方设备(撇水器、脱水机等)通讯问题,本系统的三方设备均使用了SIEMENS公司性价比较高的S7_200小型PLC,通过其附加通讯模块EM277可与PROFIBUS现场总线相连接,从而方便了运行过程中的系统维护和修理。 污水处理过程中，需要实时地在线监测各种水质参数以保证准确的工艺运行参数和及时显示处理结果。

在本系统中传感器数量大、种类多，包括pH、SS（固体悬浮 物)、DO（溶解氧）、COD、液位传感器以及电磁流量计、压力计等。 传感器全部采用德国Endress+Hauser公司的产品，这些传感器都带有PROFIBUS_DP接口，利用这些智能接口，这些仪表能与自动化过程控制系统集成，这样获得的所有过程参数可以集中显示， 同时作为工艺的控制参数。


3.2 工艺控制规律

软件编程的主要依据为生产工艺提供的控制规律。同一种处理工艺可能会有不同的控制策略，根据目前的研究状况，SBR工艺的控制可以分为三种：

种是生物浓度法。是指根据在线测得的水质参数与设定参数形成闭环控制；

二种是反应时间控制。对于时间控制规律而言， 它是根据对SBR反应的五个阶段所需要的时间进行自动控制的。

三种是流量程序控制。是根据污水流量的变化来调整各个阶段所需时间进行自动控制。

后两种控制方法都不是根据废水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制的。 生物浓度控制的基本思想是动态的控制SBR的反应时间,使其中的物浓度（用COD或BOD表示）达到允许的排放标准，就停止曝气。在线测定物浓度的BOD或COD传感器比较贵 ，一般都在几十万元，目前还没有应用报道，而且实时性比较差，反应时间慢。时间控制程序是根据对SBR反应池的五个运行阶段所需要的时间进行自动控制。该方法不是根据污水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制。对于进水时间、曝气时间、 沉淀时间、排水时间及闲置时间均可由上位机设定。SBR反应池的各段工艺过程及其执行时间均严格按时序进行，每个反应池的任何设备均可通过电气柜上的手动/自动转换开关改变其状态，但均不能改变PLC所设定的工作时序，并且一旦切入自动状态后便进入PLC所设定的时序。在自动状态下，操作人员在控制室可以通过人机界面实现远程遥控操作。现场设备的工作状态均送往上位机显示。


3.3 控制程序特点 根据以上情况，对应设计了多种控制模式，可根据实际情况由上位机选择运行。

(1)生物浓度法控制程序 生物浓度法采用反馈控制，利用在线测得的进水水质参数作为输入，按照预先确定好的控制模型进行运算，然后用计算的作为输出控制现场的设备，动态控制反应时间，以达到控制反应的目的。

(2)时间控制程序
①本控制系统严格按照时序、按顺序工作。
②允许在工作过程中任意进行遥控、自控切换且不影响工作时序。

(3)分组工作程序 由于该污水处理厂来水水量不均衡,造成生物处理池的负荷无法平衡,同时吨能量消耗大,运行不经济。故我们采用了分组运行的办法,每两个生物处理池为一组，既可以两组同时运行，又可以一组投运自动运行，另一组备用手动控制的方式。一方面解决了生物处理池的负荷问题，另一方面也解决了处理池相关设备的检修问题。


4 上位机组态软件

对SA（数据采集与监控系统）系统要求：通过工业以太网PROFINET，具有与多台下位机系统通讯的能力，实时监控多台下位机的工作状态 ，显示生产过程中的工作曲线；具有远程控制能力；向下位机采集数据，对历史数据进行存储、查询、显示、打印等。因此，在一个自动监控系统中，运行的监控组态软件是系统的数据收集处理、远程监视和数据转发，与各种控制、检测设备（如PLC、智能仪表等）共同构成能快速响应的控制。 本系统选用了Siemens公司WinCC(bbbbbbs Control Center)6.0组态软件。WinCC具有控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机，同时具有高性价比的SA级操作监视系统 。

在两台服务器上安装服务器版和冗余软件包，工作站上安装运行版。 监控系统的功能及特点：

（1） 界面显示 具有全中文显示，界面友好，操作方便。操作画面采用主菜单的形式，在每幅画面下通过按钮进行切换。在控制室能对全系统被控设备进行实时控制， 如启停设备，在线设置PLC中程序的某些工艺参数等。 机械处理监控界面

（2）实时画面显示功能 用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场的状态参数。用模拟仪表、趋势图、曲线、柱状图动态显示参数的实时变化情况。根据阀门开闭及水泵的启停状态，生产管理人员能够快速、清晰地了解整个系统的生产运行情况。

（3）数据管理 数据库存储生产过程数据，供统计分析使用。工作人员可以定期把历史数据库备份到其它存储介质，以便于历史数据的查询。利用数据库中的数据进行比较和分析 ，得出一些有用的经验参数，有利于优化SBR工艺的闭环控制。

（4）报警功能 当参数过设定范围或设备发生故障时，可根据组态发出不同等级的声光报警。在每幅画面的下方都有一个报警框，显示近发生的报警事件。所有报警信息都可显示在报警综合监视画面，所有的报警信息均被记录在报警数据库中，通过此画面可以查看当前系统的所有报警信息，也可查看长达几个月的报警历史数据，便于以后的事故分析使用。

（5）报表打印功能 可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式分为定时打印和事件实时触发打印。

（6）通讯功能 WinCC是基于标准的bbbbbbs平台开发的SA系统软件，充分考虑了与其它系统交换信息的必要性，支持如DDE，OLE，ODBC，OPC和SQL等标准。可以提供多种方式与上层系统数据交换。

（7）冗余功能 两台装有WinCC组态软件的服务器互为冗余，确保数据完整，提高了系统的性。


5 结束语

在污水处理控制系统中采用工业以太网(PROFINET)改变了传统的现场总线及全模拟量传输的数据交换方式，在现场总线级实现了Ethernet数字传输，达到了提高信息传送距离、传送数据量和传送精度的目的，增强了现场控制灵活性，降低了数据交换网络初装费和设计施工费用，达到了减少电缆敷设，易于维护和扩展的目的。该控制系统2006年底在中科国益涿州污水处理厂已投入正常运行，实现了污水处理SBR工艺的自动控制，网络数据交换及控制功能十分稳定,污水处理的效率和效果十分理想，同时降低了能耗，得到了用户的认可,从而了良好的经济效益和社会效益。

一、引言
随着城市发展以及人民生活水平的不断提高，城市污水排放量也在逐年增加，这给城市环境造成了严重污染，基于此需求，各地都在积建设污水处理厂，以实现城市可支持性发展、美化和治理城市环境。本文以一个污水处理厂为例，结合工艺流程，介绍污水处理厂实施自动化控制的解决方案。该污水处理厂采用水解－SBR（UNITANK）好氧处理工艺，一期工程进口预处理段提升泵站配水井、变配电系统、集泥池浓缩池按二期12万立方米／日的处理能力装备。水解池、SBR池按6万立方米／日的处理能力先上一组。鼓风机、脱水机各先上两台。二期工程再上6万立方米／日处理能力的一组水解池、SBR池及各两台鼓风机、脱水机。
二、工艺及系统要求
整个系统分进口预处理段提升泵站配水井、水解池和污泥处理、SBR反应池和鼓风机房、变配电系统及脱水机房、井房等四大部分组成。
需要自动化控制的共有5个站，包括泵房、水解池、变电所、SBR池、鼓风机房。泵房负责控制进泥阀、出泥阀、潜污泵进水闸、除砂机、格栅井和行走式吸砂、砂水分离装置。北水解池负责控制14个排泥阀。变电所负责监测高、低压系统的相关电压、电流、有功和无功等模拟量信号，进行效益核算。SBR池负责控制整个好氧工艺的流程。鼓风机房负责控制鼓风机导叶开度并监测鼓风机的各个重要参数。同时在中控室，上位机软件要实时反映各个工段的具体情况，包括设备的各种状态、各种仪表的数据和工艺的设定参数等等，计算和查询各种参量，例如温度，液位，PH值，泥位值，多普勒流量计等，可以让操作员进行分析并能在上位控制现场的各个设备。
拓扑图如下：



三、自动控制系统的实施
考虑使整个系统加灵活，将整个系统控制分三层：层现场手动，二层上位机软件控制，三层上位机脱网PLC自动运行。现场手动--便于设备的维护和调试，当某个设备切换到现场手动模式下，该设备就不受和PLC的控制，只接受现场的操作命令；上位机软件手动控制--有利于调度室的操作，可以针对每个设备，让它脱离PLC的自动运行状态，由中控室的计算机直接对其进行操作。PLC自动运行—对现场所有设备进行自动控制，它负责整个污水处理工艺的控制，并且对故障，也会有响应。即使PLC和上位机脱离了通讯，它也能自己的工作。
根据以上的需求，硬件我们选用西门子的S7-300系列PLC，变频器和软启动器，软件选用通用软件。考虑到有5个控制站和通讯的数据量大，而且各个站之间有一定的距离，远的站到中控室有300米，所以采用了Profibus-DP和Profibus-FMS 相结合的现场总线,既可以保数据的高速传输，也可以实现大容量数据的完整性。采用变频器与软起动器组合运行拖动潜污泵电机，追踪液位，保证液位恒定与设定值一致。
中控室由一台PC机完成操作员站、工程师站的任务，平时以值班长、操作员操作为主，操作员应在授权后才能进入操作。工程师能打开相应的功能设定界面，其他人不得进入该层面。操作员站采用八屏多屏显示，可任意调入各运行图，并可自动翻屏，翻屏的时间可调（默认为15分钟）。在公司调度室设一个远程监控站，利用市话线路采用拨号方式与污水厂中控室通讯，该站采用四屏多屏显示，可实现拨号时间间隔设定、可任意调入各运行图，并可自动翻屏，翻屏的时间可调。
用户界面以平面图形式为主，局部反映一些剖面，与相应画面有关的功能（手动自动、运行状态设定、时间设定、参数设定、上下限、报警等）。报警信息、自动运行条件能否满足的信息及解析方案可以即时弹出，并有语音提示。运行状态表中反映主要设备的开关状态、机泵电流电压、现场仪表的参数、累计值（电量、水量、泥量、气量等）、综合运行参数（单位提水电耗、单位供气电耗、全厂处理单位水的电耗等）。界面主要包括：污水处理厂自动控制系统结构图，污水处理厂工艺流程图，污水处理厂厂区平面图（动态），进水预处理段、泵房运行平面图（动态），水解池、污泥处理运行平面图（动态），SBR池、鼓风机运行平面图（动态），脱水机房、井房运行平面图（动态），高低压配电平面图（动态），污水处理厂运行状态总表（动态），进水预处理段、泵房运行状态表（动态），水解池、污泥处理运行状态表（动态），SBR池、鼓风机运行状态表（动态），变电所、脱水机房、井房运行状态表（动态）。
四、总述
整个自控系统很好地实现了建厂之初的设想，已顺利运行，稳定性和方便性经历了考验。已经达到即使无人值班的情况下，也可正常运行。因为采用了标准Profibus总线和成熟的方案技术，使系统日后扩充和维护方便得到保证。以上对整个系统做了介绍，希望能起到抛砖引玉的作用，给其他的污水处理项目提供一个选择方案。

1 工程介绍
我公司2000t/d水泥熟料新型干法生产线(以下简称新线)工程设计由天津水泥设计研究院承担,包括:砂岩矿、生料制备、煤粉制备、熟料烧成四大部分,设计年产熟料60万t。

新线工艺设备中除窑燃烧器系统进口外,其余均采用近几年来国内开发和引进国外技术由国内转化制造的水泥装备。生料粉磨采用Φ4.6m×(7.5+3.5)m的中卸烘干磨;熟料煅烧采用Φ4m×60m带D-D型分解炉的双系列五级预热器分解窑;煤磨采用带烘干仓的Φ2.8m×(5+3)m球磨。

新线的控制系统采用计算机集散式控制系统,型号为NETWORK-90,是美国Balley控制公司八十年代推出的产品(以下简称N-90系统)。该系统是以微处理器为基础的高度模件化的集散系统,采用新颖、快速的厂环通讯网络,并将顺序控制、过程控制、数据采集、打印报表、数据存档等控制和管理功能结合在同一个系统之中。硬件配置十分灵活,画面显示功能强大,组态灵活方便,功能码(实现某一功能的程序段)相当丰富,并已固化在各自的主模件之中,控制功能强大。

该工程于1993年12月5日点火投料试车成功。后经二个多月的整改完善,交付于生产管理部门,于1994年3月28日再次点火投料,开始正常生产。笔者参与了该工程建设的全过程,现就新线在建设和生产中的经验予以粗略归纳,并就今后在设计中应该注意的问题提出一些看法和建议,供参考。

2 N-90系统方面

(1)新线在生产过程中,窑尾电力室抽屉柜曾两次发生较大短路,造成该电力室停电,且短时间内恢复不了供电的事故。所以要落实好N-90系统现场控制站PCU(Process Control Unit)和中继柜的双回路交流供电,其中一路应引自其它低压配电室(不应同为一台变压器)。

(2)建议在设计时,为每个PCU站和中继柜就近共同配置一个小型配电柜,内装配电开关、交流净化电源和隔离变压器等。否则,如随便安置既不雅观又不。单设一个配电柜,交由计算机人员管理,负责PCU站和中继柜的停送电。

(3)中控室UPS(Uninterruptible Power Supply)电源设备原设计型号为BJD-20A,故障较多。后来改为BJ-30型,运行至今尚未发生故障。

(4)试车期间即发现ACR-15型交流净化电源抗谐波能力甚差,后借助示波器反复观察,发现不仅没有起到净化作用,反而加剧了波形畸变,并产生过电压,恶化了供电质量,后只好全部去掉。目前尚未找到合适产品。

(5)PCU站配置的I/O电源的电压等级为直流24V或125V,本系统采用24V,实际上DI(Digital bbbbb)模件的开路电压仅7V左右。由于现场粉尘较大,再加上某些高低压电器的辅助接点质量不佳,导致在运行中备妥信号(即设备送电完毕,在集中控制方式下准备妥当)、应答信号(即设备运行时返回的信号)经常消失,致使设备无故停车。目前已成为影响设备运转率的主要因素之一。今后在配置PCU站的I/O电源时,选用125V DC电压等级。

(6)在集中控制方式下,对电机的顺序控制适当予以简化。组的划分除了要考虑工艺流程外,亦应根据生产控制的特点,着眼于如何提高运行的性上。即对于某些立性较强或与主工艺流程关系不太密切的工艺设备可适当,不必包括在顺序控制之列,而采用单机编组或现场控制的方式,这样可避免一些非紧要生产环节发生故障而影响整个生产系统的问题。

(7)计算机关于故障分析与故障过程追忆的语言和功能欠缺,在发生故障停车和起动失败后,计算机给不出具体分析判断的依据和线索。这表明:一则软件开发欠佳;二则有关故障分析的信息点数不足,反映现场问题太笼统。今后应重视并加强有关故障分析的信息和相应的软件开发工作,同时在做PCU站硬件配置时,增加采样点,以利于故障分析。

(8)软件组态应该注意保证各相关环节的制约关系,尽可能避免顾此失彼的问题。例如生料磨系统风机电机的重载起动中,转子短路的开关量信号虽然已进计算机,但组态时没有与定子回路的起动和运行构成约束关系。曾因重载起动柜内部故障,起动完毕没有封星点(转子短路),导致频敏变阻器较长时间串入,严重过热。现在厂里了软件组态,解决了问题。

(9)生料磨系统PCU站与总配电站虽然相距较近,但是,计算机对整个生产线全部高压电机的控制,还是以不集中在该PCU站为好。虽然,集中于该PCU站可节省一定数量的控制电缆,但却与“集散控制”的本意相悖。运行中曾遇到该PCU站,汇集高压电机起、停、备妥、应答信号的DI、DO(Digital Output)模件中,有一路损坏而无法换之事。因为换这些模件会波及到跨工序的高压电机运行,对生产影响很大。笔者认为:计算机对高压电机的控制,还是以分散在各所在工序的PCU站为宜。

(10)PCU站端子柜选用端子模件密集安装方式,造成大量电缆汇集于一个柜内,易发生故障。此外,造成接线和查线困难,且接线完毕后许多端子模件的面板都未能罩上,模件得不到应有的保护。若选用端子单元并适当扩展端子柜数量,是能够较合理地解决该问题的。

(11)厂内对全部PCU站的房间都进行了密闭防尘的改造,并增设了空调机组,可惜的是因事后改造土建工程不太理想。此问题应在设计时就一并考虑。

3 电气系统方面

(1)由于新线的接地工程分别涉及到N-90系统，较为繁杂,再加上几个控制室内都是各类盘柜混合布置,很容易使各接地系统混接在一起,给控制信号的传输和设备的运行带来不利。新线各类接地系统形成全部连通,很不合理。因此,建议在今后的设计中,应对计算机、仪表、电子设备、屏蔽和低压供配电等各接地装置的布置,从设计角度给出明确的要求和安装注意事项。盘柜应尽量按类合理布局或采取有效的隔离措施。

(2)主传动与辅助传动本应两路供电,但设计仅为单回路供电,从而有主电动机发生故障或断电时窑筒体弯曲的故障隐患。所以设计时应为窑辅助传动另从其它电力室引入一路备用动力电源,新线在生产过程中已有此教训,现已改进。

(3)从运行情况看,KGSFA21系列直流电机可控硅传动装置故障较多,为此厂里统一增设了备用系统。但是该系列产品励磁电源是不随主回路开关受控断电而自动断电的。在试车期间,曾发生系统全部停车后,由于疏忽忘记拉下励磁电源开关,致使电机励磁长期得电,先后造成窑主传动和生料磨选粉机的电机严重过热事故。在新线整改完善阶段,对各台可控硅传动装置,均在励磁电源的交流侧增设了接触器等低压电器,并改进了控制方式,从而杜绝了此问题的发生。

(4)处理备妥信号要注意性和一致性。如可控硅传动装置的备妥,用的是电力室抽屉柜内的空气开关,但是在可控硅传动装置柜内还有控制电源和励磁电源等开关,倘若没合闸,计算机虽然得到备妥信号,但是没有意义。新线投产初期,每次系统开车时往往都因为“备妥”问题而延误较长时间。进行技术培训时,也难以举一反三。

(5)为加快设计进度,设计中常采用套用其它工程图纸的方法,但是应注意不同工程的控制系统组成的特点和差异,否则容易给施工和调试造成困难。例如:煤磨圆盘喂煤机的传动为滑差电机,原设计的控制方式欠妥,与整个系统的组成和控制策略不吻合,似乎是套用其它工程图纸考虑不周所致。后改用“CTV-Ⅲ电子转换装置”解决了计算机与ZLK-10型滑差控制器之间的4～20mA DC/0～-10V DC转速指令信号的变换和测速发电机0～45V AC/4～20mA DC转速信号的变换。并将该转速信号接入计算机,作为终端转速显示信号,解决了中控操作人员进行煤磨喂煤量调节的问狻?/dt>

(6)窑、生料磨、煤磨等主机的机旁主传动、辅助传动电气控制箱位置相距较远,“主传/辅传”、“集中/机旁”转换都是分立的,钥匙又不统一,岗位人员甚觉不便,也容易误操作。后来将这几处转换用的钥匙按钮全部取消,用LW5系列转换开关,按“主传机旁/主传集中/辅传”三位设置,岗位人员比较满意,至今已有相当一部分钥匙按钮被主令开关取代。

在过去传统的设计中,一般仅对热工检测的微弱信号和低电平信号的传输线选用屏蔽电缆,提高抗干扰能力,并抑制感生电压以保护二次仪表。而对于电气系统二次回路所用的控制电缆,干扰和感生电压无甚关系,一般大都选用普通控制电缆即可。然而随着集散系统的应用,其顺控部分已与现场的大量电气设备紧密地结合在一起。尤其是在DI模件工作电压等级选的较低情况下,对干扰,尤其是感生电压应引起格外的警觉。

在调试期间,发现许多接入PCU站的开关量信号线芯均有感生电压,有的还挺高。全部换为屏蔽电缆已不现实,当时仅换了几条感生电压较高的电缆。事实上这对计算机的DI模件是个潜在的隐患。为此建议是否可将凡由高、低压电气系统引入计算机的开关量信号线路,例如备妥与应答信号,不与其它信号共用一条电缆,且改用屏蔽电缆,以抑制感生电压,隐患。

此外,在高压绕线电机转子回路的重载起动柜内,由总配电站引来的定子回路合闸信号线路,亦需单敷设并选用屏蔽电缆。因为重载起动柜内部采用的是JS14A晶体管时间继电器,该外引线路的感生电压使时间继电器计时用的电容器缓慢充电,导致计时误差甚大,封星点时间前,这对电机和设备很不利。为抗感生电压,调试时改用了JS7空气式时间继电器。由于现场粉尘较大,经过一个阶段运行,发现仍不,现场技术人员又将其改为JS11系列电动式时间继电器,效果较好。

(8)设计中抽屉柜背靠背安装,使接线相当困难,检修清扫不方便。目前厂里正在考虑重新排列布置之事。

(9)电气预埋应尽可能考虑得周到些,孔洞的预留量要给予足够的保证。新线管线敷设多处出现与土建构筑物和设备基础相互冲突,无法穿越的矛盾。当然这里面也有一些是施工方面造成的问题。

(10)生产中窑尾预热器堵塞现象是难以避免的,在捅灰时经常有高温生料涌出,曾发生将所在平面引上电缆烧毁的事故。在技改初期外出调研时,也了解到其它兄弟企业亦发生过此类事故。该问题应该引起足够的重视,设计时一定要考虑必要的防护措施。

(11)为直流电机供电的可控硅传动装置有截流、过流和速断三种保护方式。截流值整定一般为Ij=(1.5～2.5)Ie(Ie为电机电枢额定电流),过流值整定一般为Ig=(1.2～1.3)Ij,并没有过载保护作用,因产品定型,厂里将此装置改造也不易。而设计中一般都忽略了这个问题,因此对直流电机的保护就不完善,造成因过载而烧毁电机的事故。根据我们的运行经验,在直流侧增设了热继电器作为过载保护措施,并采取用E型铜连板将其三个单元并联使用的方式,在整定时又采取先并联好后再进行试验调整的办法,以回避分流不均匀的情况。此外,亦可在柜内交流侧电流互感器的二次侧接入热继电器,此种方式下在确定整定值时,既要考虑电流互感器的变化,又要考虑交直流之间的整流系数。

(12)总配电站的继电保护原则和方式,在设计之初,与当地供电管理部门密切磋商,充分注意地方法规的某些特殊性,以避免在送电验收前后,再按当地供电部门的要求,补做一些相应的改进后方可送电之事。

4 计量与检测调节仪表方面

(1)窑尾高温风机转速是一个重要的控制调节参数,但是在已投产的几条国产2000t/d新型干法生产线和本工程的设计中,都未解决该信号输入计算机的问题。在新线整改时,厂内选用了型号为RZQC-01A转速装置,取代了原SZC-02数字式转速表,既可在机旁显示转数,又可向计算机送出转速信号,使计算机既能显示,又能实施对高温风机辅助传动的自动控制(由于N-90系统的脉冲子模件输入阻抗太小,一般的接近开关或转速发讯器都不适用)。

(2)目前国产的温度巡检仪虽然有几种类型,但是就使用情况来看,均不太,运行中经常误报警,导致相关设备停车。建议今后在做集⑹较低车挠布渲檬?可增加温度检测点,不选用巡检仪。如果选用巡检仪,建议在计算机的软件处理上,对其信号仅用于报警而不用于联锁,并应在图上为其巡检空档注明应配置的防开路电阻。

(3)由于N-90系统的AO(Analog Output)模件在输出电流信号时,伴有共模电压。因此中控室后备仪表盘上的手操器,不应选用普通型而应选用“计算机后备手操器”,才能适用。

(4)在一次仪表方面,D-D炉出口温度测点、窑尾预热器的三、四、五级筒锥体和出口温度测点等处,一次元件损坏较多。尤其是四、五级的测温元件保护管磨损较快,需进一步加强对高温多灰条件下的检测方法和手段的研究。

(5)原料磨磨头、磨尾和窑尾电收尘出、入口等处,一次检测元件换困难。原因是检测点太高,况且仪表在传统上不进行高空作业。倘若检测点不能进行变动,则在设计时应考虑增设检修平台。

(6)新线投产后,所有的自动调节回路基本上都未能投入运行,其原因很复杂,涉及到企业重视程度、维护人员技术素质、配套设备质量、自动化仪表备品备件的供应、人们对自动控制重要性的认识、检测难题等因素。对此笔者有个初浅想法,即在目前的情况下,自动调节回路数量的确定,宜本着少而精的原则,即对于重要的而且是的搞一些。此外,在调度和运行过程中,应认真对待,予以保证。

(7)设计之初,在已确定采用N-90系统后,厂方出于初次接触应用工业计算机,从运行维护上感到无甚把握,对其性也持怀疑态度。因此,坚持要求搞备用二次仪表系统,院方只好接受了厂方的意见。根据新线整个调试过程和近一年来的运行情况来看,初的顾虑是多余的。无论从N-90系统的性,还是从简化系统、节约投资的角度来看,在采用了N-90系统后,不应再搞后备二次仪表系统。

(8)电子皮带秤(德国SCHENCK公司技术)的外控模拟量输入信号端为接地系统,而PCU站AO模件的4～20mA DC,输出端是非接地系统,且有共模电压。因此设计时采用4～20mA DC信号制,来传递计算机对该电子皮带秤的喂料控制信号是行不通的,调试时改成1～5V DC信号制。

(9)窑头看火电视的摄像头,在投产后不久由于窑头正压喷火被烧坏。实际上该产品具有接受外控开关量信号,使其保护挡板自动下落对镜头实施保护的附加功能。原设计没有考虑发挥此功能的作用。厂内试图解决该问题,但是究竟是选取窑头负压检测信号,还是选取高温风机的跳闸信号来作为保护的动作条件,众说不一,有待探讨。

(10)国外进口设备的安装施工设计,出图深度不够,谬误较多。看来应注意在对国外进口设备技术资料的消化和掌握上多下功夫。

5 关于设备选型的一致性问题

同一类产品,在不同的子项工程中,所选厂家或型号不尽相同,缺乏一致性,给厂方订货造成困难。如果按设备表订货,则备品备件的准备量很大,既不便于管理,也占用生产资金较多,维护人员外出培训安排也较麻烦。如果统一厂家订货,又会出现与施工图不相符的问题,而有些设备的变动,将引起数张甚至数十张图纸的修改,有的还波及到计算机软件的等,工作量是比较大的!倘若此事处理不妥,则不仅导致现场施工扯皮,影响工程进度;重要的是在工程竣工投产后,会在诸如竣工图的绘制、运行维护用图的准确性和图纸资料的移交等方面,留下许多难以协调解决的问题。例如:

(1)直流电机用可控硅传动装置,设计选型分别为北京整流器厂KGSF21、KGSFA21、KGSFC21三种系列,由于生产年代不同,控制原理也不尽相同,其中有的早已不生产了。厂内在实际订货时,征得院方同意,统一为KGSFA21系列产品。

(2)电流、电压等变换器,图纸上选用的有上海、北京、天津等各地厂家的产品。还有需要用户购置电阻、电容等元器件组装的,例如窑中主传动测速发电机电压变换器,图示电路太简单,没有隔离作用,对计算机AI(Analog bbbbb)模件十分不利。而这种变换器本来就有标准系列产品,厂内已经选用并做了替换。

(3)电动执行器、伺服放大器的产家多,外表、尺寸各异,而仪表柜是按天津仪表七厂的架装变送器的外形尺寸设计的,致使安装杂乱。后来几乎将全部电动执行器和伺服放大器统一换为该厂的伯纳德执行器,投资很大。

产品厂家和型号的离散,使备品备件的准备和管理工作繁杂。这个问题从实质上来讲反映了电控设备的综合配套设计尚有一定差距。对此问题笔者建议:设计院可否根据多条2000t/d新型干法生产线的设计经验和多次参加现场调试得到的反馈信息,在设计选型时,争取尽量统一产家和型号,并在相关的设备表上予以注明。