水泥生產(chǎn)線電氣與自動(dòng)化設(shè)計(jì)中若干問題淺議

1、1 工程介紹我公司2000t/d水泥熟料新型干法生產(chǎn)線(以下簡(jiǎn)稱新線工程設(shè)計(jì)由天津水泥設(shè)計(jì)研究院承擔(dān),包括:砂巖礦、生料制備、煤粉制備、熟料燒成四大部分,設(shè)計(jì)年產(chǎn)熟料60萬t。新線工藝設(shè)備中除窯燃燒器系統(tǒng)進(jìn)口外,其余均采用近幾年來國內(nèi)開發(fā)和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)由國內(nèi)轉(zhuǎn)化制造的水泥裝備。生料粉磨采用4.6m×(7.5+3.5m的中卸烘干磨;熟料煅燒采用4m×60m帶D-D型分解爐的雙系列五級(jí)預(yù)熱器分解窯;煤磨采用帶烘干倉的2.8m×(5+3m球磨。新線的控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng),型號(hào)為NETWORK-90,是美國Balley控制公司八十年代推出的產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱N

2、-90系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)的高度模件化的集散系統(tǒng),采用新穎、快速可靠的廠環(huán)通訊網(wǎng)絡(luò),并將順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集、打印報(bào)表、數(shù)據(jù)存檔等控制和管理功能結(jié)合在同一個(gè)系統(tǒng)之中。硬件配置十分靈活,畫面顯示功能強(qiáng)大,組態(tài)靈活方便,功能碼(實(shí)現(xiàn)某一功能的程序段相當(dāng)豐富,并已固化在各自的主模件之中,控制功能強(qiáng)大。該工程于1993年12月5日首次點(diǎn)火投料試車成功。后經(jīng)二個(gè)多月的整改完善,交付于生產(chǎn)管理部門,于1994年3月28日再次點(diǎn)火投料,開始正常生產(chǎn)。筆者參與了該工程建設(shè)的全過程,現(xiàn)就新線在建設(shè)和生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)予以粗略歸納,并就今后在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題提出一些看法和建議,供參考。2 N-90

3、系統(tǒng)方面(1新線在生產(chǎn)過程中,窯尾電力室抽屜柜曾兩次發(fā)生較大短路,造成該電力室停電,且短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)不了供電的事故。所以要落實(shí)好N-90系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站PCU(Process Control Unit和中繼柜的雙回路交流供電,其中一路應(yīng)引自其它低壓配電室(不應(yīng)同為一臺(tái)變壓器。(2建議在設(shè)計(jì)時(shí),為每個(gè)PCU站和中繼柜就近共同配置一個(gè)小型配電柜,內(nèi)裝配電開關(guān)、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(shè)一個(gè)專用配電柜,交由計(jì)算機(jī)人員管理,負(fù)責(zé)PCU站和中繼柜的停送電。(3中控室UPS(Uninterruptible Power Supply電源設(shè)備原設(shè)計(jì)型號(hào)為BJD-20A,

4、故障較多。后來改為BJ-30型,運(yùn)行至今尚未發(fā)生故障。(4試車期間即發(fā)現(xiàn)ACR-15型交流凈化電源抗諧波能力甚差,后借助示波器反復(fù)觀察,發(fā)現(xiàn)不僅沒有起到凈化作用,反而加劇了波形畸變,并產(chǎn)生過電壓,惡化了供電質(zhì)量,最后只好全部去掉。目前尚未找到合適產(chǎn)品。(5PCU站配置的I/O電源的電壓等級(jí)為直流24V或125V,本系統(tǒng)采用24V,實(shí)際上DI(Digital Input模件的開路電壓僅7V左右。由于現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大,再加上某些高低壓電器的輔助接點(diǎn)質(zhì)量不佳,導(dǎo)致在運(yùn)行中備妥信號(hào)(即設(shè)備送電完畢,在集中控制方式下準(zhǔn)備妥當(dāng)、應(yīng)答信號(hào)(即設(shè)備運(yùn)行時(shí)返回的信號(hào)經(jīng)常消失,致使設(shè)備無故停車。目前已成為影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)

5、率的主要因素之一。今后在配置PCU站的I/O電源時(shí),最好選用125V DC電壓等級(jí)。(6在集中控制方式下,對(duì)電機(jī)的順序控制最好適當(dāng)予以簡(jiǎn)化。組的劃分除了要考慮工藝流程外,亦應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)控制的特點(diǎn),著眼于如何提高運(yùn)行的可靠性上。即對(duì)于某些獨(dú)立性較強(qiáng)或與主工藝流程關(guān)系不太密切的工藝設(shè)備可適當(dāng)解鎖,不必包括在順序控制之列,而采用單機(jī)編組或現(xiàn)場(chǎng)控制的方式,這樣可避免一些非緊要生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生故障而影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的問題。(7計(jì)算機(jī)關(guān)于故障分析與故障過程追憶的語言和功能欠缺,在發(fā)生故障停車和起動(dòng)失敗后,計(jì)算機(jī)給不出具體分析判斷的依據(jù)和線索。這表明:一則軟件開發(fā)欠佳;二則有關(guān)故障分析的信息采集點(diǎn)數(shù)不足,反映現(xiàn)場(chǎng)

6、問題太籠統(tǒng)。今后應(yīng)重視并加強(qiáng)有關(guān)故障分析的信息采集和相應(yīng)的軟件開發(fā)工作,同時(shí)在做PCU站硬件配置時(shí),增加采樣點(diǎn),以利于故障分析。(8軟件組態(tài)應(yīng)該注意保證各相關(guān)環(huán)節(jié)的制約關(guān)系,盡可能避免顧此失彼的問題。例如生料磨系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電機(jī)的重載起動(dòng)中,轉(zhuǎn)子短路的開關(guān)量信號(hào)雖然已進(jìn)計(jì)算機(jī),但組態(tài)時(shí)沒有與定子回路的起動(dòng)和運(yùn)行構(gòu)成約束關(guān)系。曾因重載起動(dòng)柜內(nèi)部故障,起動(dòng)完畢沒有封星點(diǎn)(轉(zhuǎn)子短路,導(dǎo)致頻敏變阻器較長(zhǎng)時(shí)間串入,嚴(yán)重過熱?，F(xiàn)在廠里修改了軟件組態(tài),解決了問題。(9生料磨系統(tǒng)PCU站與總配電站雖然相距較近,但是,計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線全部高壓電機(jī)的控制,還是以不集中在該P(yáng)CU站為好。雖然,集中于該P(yáng)CU站可節(jié)省一定

7、數(shù)量的控制電纜,但卻與“集散控制”的本意相悖。運(yùn)行中曾遇到該P(yáng)CU站,匯集高壓電機(jī)起、停、備妥、應(yīng)答信號(hào)的DI、DO(Digital Output模件中,有一路損壞而無法更換之事。因?yàn)楦鼡Q這些模件會(huì)波及到跨工序的高壓電機(jī)運(yùn)行,對(duì)生產(chǎn)影響很大。筆者認(rèn)為:計(jì)算機(jī)對(duì)高壓電機(jī)的控制,還是以分散在各所在工序的PCU站為宜。(10PCU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(gè)柜內(nèi),易發(fā)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(yīng)有的保護(hù)。若選用端子單元并適當(dāng)擴(kuò)展端子柜數(shù)量,是能夠較合理地解決該問題的。(11廠內(nèi)對(duì)全部PCU站的房間都進(jìn)行了密閉防塵

8、的改造,并增設(shè)了空調(diào)機(jī)組,可惜的是因事后改造土建工程不太理想。此問題應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)就一并考慮。3 電氣系統(tǒng)方面(1由于新線的接地工程分別涉及到N-90系統(tǒng),較為繁雜,再加上幾個(gè)控制室內(nèi)都是各類盤柜混合布置,很容易使各接地系統(tǒng)混接在一起,給控制信號(hào)的傳輸和設(shè)備的安全運(yùn)行帶來不利。新線各類接地系統(tǒng)形成全部連通,很不合理。因此,建議在今后的設(shè)計(jì)中,應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)、儀表、電子設(shè)備、屏蔽和低壓供配電等各接地裝置的布置,從設(shè)計(jì)角度給出明確的要求和安裝注意事項(xiàng)。盤柜應(yīng)盡量按類合理布局或采取有效的隔離措施。(2主傳動(dòng)與輔助傳動(dòng)本應(yīng)兩路供電,但設(shè)計(jì)僅為單回路供電,從而有主電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障或斷電時(shí)窯筒體彎曲的故障隱患。所以

9、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為窯輔助傳動(dòng)另從其它電力室引入一路備用動(dòng)力電源,新線在生產(chǎn)過程中已有此教訓(xùn),現(xiàn)已改進(jìn)。(3從運(yùn)行情況看,KGSFA21系列直流電機(jī)可控硅傳動(dòng)裝置故障較多,為此廠里統(tǒng)一增設(shè)了備用系統(tǒng)。但是該系列產(chǎn)品勵(lì)磁電源是不隨主回路開關(guān)受控?cái)嚯姸詣?dòng)斷電的。在試車期間,曾發(fā)生系統(tǒng)全部停車后,由于疏忽忘記拉下勵(lì)磁電源開關(guān),致使電機(jī)勵(lì)磁長(zhǎng)期得電,先后造成窯主傳動(dòng)和生料磨選粉機(jī)的電機(jī)嚴(yán)重過熱事故。在新線整改完善階段,對(duì)各臺(tái)可控硅傳動(dòng)裝置,均在勵(lì)磁電源的交流側(cè)增設(shè)了接觸器等低壓電器,并改進(jìn)了控制方式,從而杜絕了此問題的發(fā)生。(4處理備妥信號(hào)要注意全面性和一致性。如可控硅傳動(dòng)裝置的備妥,用的是電力室抽屜柜內(nèi)的空

10、氣開關(guān),但是在可控硅傳動(dòng)裝置柜內(nèi)還有控制電源和勵(lì)磁電源等開關(guān),倘若沒合閘,計(jì)算機(jī)雖然得到備妥信號(hào),但是沒有意義。新線投產(chǎn)初期,每次系統(tǒng)開車時(shí)往往都因?yàn)椤皞渫住眴栴}而延誤較長(zhǎng)時(shí)間。進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)時(shí),也難以舉一反三。(5為加快設(shè)計(jì)進(jìn)度,設(shè)計(jì)中常采用套用其它工程圖紙的方法,但是應(yīng)注意不同工程的控制系統(tǒng)組成的特點(diǎn)和差異,否則容易給施工和調(diào)試造成困難。例如:煤磨圓盤喂煤機(jī)的傳動(dòng)為滑差電機(jī),原設(shè)計(jì)的控制方式欠妥,與整個(gè)系統(tǒng)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-電子轉(zhuǎn)換裝置”解決了計(jì)算機(jī)與ZLK-10型滑差控制器之間的420mA DC/0-10V DC轉(zhuǎn)速指令信號(hào)的變換和

11、測(cè)速發(fā)電機(jī)045V AC/420mA DC轉(zhuǎn)速信號(hào)的變換。并將該轉(zhuǎn)速信號(hào)接入計(jì)算機(jī),作為終端轉(zhuǎn)速顯示信號(hào),解決了中控操作人員進(jìn)行煤磨喂煤量調(diào)節(jié)的問題(6窯、生料磨、煤磨等主機(jī)的機(jī)旁主傳動(dòng)、輔助傳動(dòng)電氣控制箱位置相距較遠(yuǎn),“主傳/輔傳”、“集中/機(jī)旁”轉(zhuǎn)換都是分立的,鑰匙又不統(tǒng)一,崗位人員甚覺不便,也容易誤操作。后來將這幾處轉(zhuǎn)換用的鑰匙按鈕全部取消,用LW5系列轉(zhuǎn)換開關(guān),按“主傳機(jī)旁/主傳集中/輔傳”三位設(shè)置,崗位人員比較滿意,至今已有相當(dāng)一部分鑰匙按鈕被主令開關(guān)取代。在過去傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,一般僅對(duì)熱工檢測(cè)的微弱信號(hào)和低電平信號(hào)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(hù)二次儀表。而

12、對(duì)于電氣系統(tǒng)二次回路所用的控制電纜,干擾和感生電壓無甚關(guān)系,一般大都選用普通控制電纜即可。然而隨著集散系統(tǒng)的應(yīng)用,其順控部分已與現(xiàn)場(chǎng)的大量電氣設(shè)備緊密地結(jié)合在一起。尤其是在DI模件工作電壓等級(jí)選的較低情況下,對(duì)干擾,尤其是感生電壓應(yīng)引起格外的警覺。在調(diào)試期間,發(fā)現(xiàn)許多接入PCU站的開關(guān)量信號(hào)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(xiàn)實(shí),當(dāng)時(shí)僅更換了幾條感生電壓較高的電纜。事實(shí)上這對(duì)計(jì)算機(jī)的DI模件是個(gè)潛在的隱患。為此建議是否可將凡由高、低壓電氣系統(tǒng)引入計(jì)算機(jī)的開關(guān)量信號(hào)線路,例如備妥與應(yīng)答信號(hào),不與其它信號(hào)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(jī)

13、轉(zhuǎn)子回路的重載起動(dòng)柜內(nèi),由總配電站引來的定子回路合閘信號(hào)線路,亦需單獨(dú)敷設(shè)并選用屏蔽電纜。因?yàn)橹剌d起動(dòng)柜內(nèi)部采用的是JS14A晶體管時(shí)間繼電器,該外引線路的感生電壓使時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)用的電容器緩慢充電,導(dǎo)致計(jì)時(shí)誤差甚大,封星點(diǎn)時(shí)間超前,這對(duì)電機(jī)和設(shè)備很不利。為抗感生電壓,調(diào)試時(shí)改用了JS7空氣式時(shí)間繼電器。由于現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大,經(jīng)過一個(gè)階段運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)仍不可靠,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員又將其改為JS11系列電動(dòng)式時(shí)間繼電器,效果較好。(8設(shè)計(jì)中抽屜柜背靠背安裝,使接線相當(dāng)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(yù)埋應(yīng)盡可能考慮得周到些,孔洞的預(yù)留量要給予足夠的保證。新線管線敷設(shè)多處出現(xiàn)與

14、土建構(gòu)筑物和設(shè)備基礎(chǔ)相互沖突,無法穿越的矛盾。當(dāng)然這里面也有一些是施工方面造成的問題。(10生產(chǎn)中窯尾預(yù)熱器堵塞現(xiàn)象是難以避免的,在捅灰時(shí)經(jīng)常有高溫生料涌出,曾發(fā)生將所在平面引上電纜燒毀的事故。在技改初期外出調(diào)研時(shí),也了解到其它兄弟企業(yè)亦發(fā)生過此類事故。該問題應(yīng)該引起足夠的重視,設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮必要的防護(hù)措施。(11為直流電機(jī)供電的可控硅傳動(dòng)裝置有截流、過流和速斷三種保護(hù)方式。截流值整定一般為Ij=(1.52.5Ie(Ie為電機(jī)電樞額定電流,過流值整定一般為Ig=(1.21.3Ij,并沒有過載保護(hù)作用,因產(chǎn)品定型,廠里將此裝置改造也不易。而設(shè)計(jì)中一般都忽略了這個(gè)問題,因此對(duì)直流電機(jī)的保護(hù)就不完

15、善,容易造成因過載而燒毀電機(jī)的事故。根據(jù)我們的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在直流側(cè)增設(shè)了熱繼電器作為過載保護(hù)措施,并采取用E型銅連板將其三個(gè)單元并聯(lián)使用的方式,在整定時(shí)又采取先并聯(lián)好后再進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整的辦法,以回避分流不均勻的情況。此外,亦可在柜內(nèi)交流側(cè)電流互感器的二次側(cè)接入熱繼電器,此種方式下在確定整定值時(shí),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(shù)。(12總配電站的繼電保護(hù)原則和方式,在設(shè)計(jì)之初,必須與當(dāng)?shù)毓╇姽芾聿块T密切磋商,充分注意地方法規(guī)的某些特殊性,以避免在送電驗(yàn)收前后,再按當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求,補(bǔ)做一些相應(yīng)的改進(jìn)后方可送電之事。4 計(jì)量與檢測(cè)調(diào)節(jié)儀表方面(1窯尾高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是一個(gè)重要的控制

16、調(diào)節(jié)參數(shù),但是在已投產(chǎn)的幾條國產(chǎn)2000t/d新型干法生產(chǎn)線和本工程的設(shè)計(jì)中,都未解決該信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)的問題。在新線整改時(shí),廠內(nèi)選用了型號(hào)為RZQC-01A轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置,取代了原SZC-02數(shù)字式轉(zhuǎn)速表,既可在機(jī)旁顯示轉(zhuǎn)數(shù),又可向計(jì)算機(jī)送出轉(zhuǎn)速信號(hào),使計(jì)算機(jī)既能顯示,又能實(shí)施對(duì)高溫風(fēng)機(jī)輔助傳動(dòng)的自動(dòng)控制(由于N-90系統(tǒng)的脈沖子模件輸入阻抗太小,一般的接近開關(guān)或轉(zhuǎn)速發(fā)訊器都不適用。(2目前國產(chǎn)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(yùn)行中經(jīng)常誤報(bào)警,導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備停車。建議今后在做集較低車撓布 渲檬?可增加溫度檢測(cè)點(diǎn),不選用巡檢儀。如果必須選用巡檢儀,建議在計(jì)算機(jī)的軟件處理上

17、,對(duì)其信號(hào)僅用于報(bào)警而不用于聯(lián)鎖,并應(yīng)在圖上為其巡檢空檔注明應(yīng)配置的防開路電阻。(3由于N-90系統(tǒng)的AO(Analog Output模件在輸出電流信號(hào)時(shí),伴有共模電壓。因此中控室后備儀表盤上的手操器,不應(yīng)選用普通型而應(yīng)選用“計(jì)算機(jī)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(cè)點(diǎn)、窯尾預(yù)熱器的三、四、五級(jí)筒錐體和出口溫度測(cè)點(diǎn)等處,一次元件損壞較多。尤其是四、五級(jí)的測(cè)溫元件保護(hù)管磨損較快,需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)高溫多灰條件下的檢測(cè)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(cè)元件更換困難。原因是檢測(cè)點(diǎn)太高,況且儀表專業(yè)在傳統(tǒng)上不進(jìn)行高空作業(yè)。倘若檢測(cè)點(diǎn)不能進(jìn)行變

18、動(dòng),則在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增設(shè)檢修平臺(tái)。(6新線投產(chǎn)后,所有的自動(dòng)調(diào)節(jié)回路基本上都未能投入運(yùn)行,其原因很復(fù)雜,涉及到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)重視程度、維護(hù)人員技術(shù)素質(zhì)、配套設(shè)備質(zhì)量、自動(dòng)化儀表備品備件的供應(yīng)、人們對(duì)自動(dòng)控制重要性的認(rèn)識(shí)、檢測(cè)難題等因素。對(duì)此筆者有個(gè)初淺想法,即在目前的情況下,自動(dòng)調(diào)節(jié)回路數(shù)量的確定,宜本著少而精的原則,即對(duì)于重要的而且是必須的搞一些。此外,在調(diào)度和運(yùn)行過程中,應(yīng)認(rèn)真對(duì)待,予以重點(diǎn)保證。(7設(shè)計(jì)之初,在已確定采用N-90系統(tǒng)后,廠方出于初次接觸應(yīng)用工業(yè)計(jì)算機(jī),從運(yùn)行維護(hù)上感到無甚把握,對(duì)其可靠性也持懷疑態(tài)度。因此,堅(jiān)持要求搞備用二次儀表系統(tǒng),院方只好接受了廠方的意見。根據(jù)新線整個(gè)調(diào)試過

19、程和近一年來的運(yùn)行情況來看,最初的顧慮是多余的。無論從N-90系統(tǒng)的可靠性,還是從簡(jiǎn)化系統(tǒng)、節(jié)約投資的角度來看,在采用了N-90系統(tǒng)后,不應(yīng)再搞后備二次儀表系統(tǒng)。(8電子皮帶秤(德國SCHENCK公司技術(shù)的外控模擬量輸入信號(hào)端為接地系統(tǒng),而PCU 站AO模件的420mA DC,輸出端是非接地系統(tǒng),且有共模電壓。因此設(shè)計(jì)時(shí)采用420mA DC信號(hào)制,來傳遞計(jì)算機(jī)對(duì)該電子皮帶秤的喂料控制信號(hào)是行不通的,調(diào)試時(shí)改成15V DC 信號(hào)制。(9窯頭看火電視的攝像頭,在投產(chǎn)后不久由于窯頭正壓噴火被燒壞。實(shí)際上該產(chǎn)品具有接受外控開關(guān)量信號(hào),使其保護(hù)擋板自動(dòng)下落對(duì)鏡頭實(shí)施保護(hù)的附加功能。原設(shè)計(jì)沒有考慮發(fā)揮此功能的作用。廠內(nèi)試圖解決該問題,但是究竟是選取窯頭負(fù)壓檢測(cè)信號(hào),還是選取高溫風(fēng)機(jī)的跳閘信號(hào)來作為保護(hù)的動(dòng)作條件,眾說不一,有待探討。(10國外進(jìn)口設(shè)備的安裝施工設(shè)計(jì),出圖深度不夠,謬誤較多。看來應(yīng)注意在對(duì)國外進(jìn)口設(shè)備技術(shù)資料的消化和掌握上多下功夫。5 關(guān)于設(shè)備選型的一致性問題同一類產(chǎn)品,在不同的子項(xiàng)工程中,所選廠家或型號(hào)不盡相同,缺乏一致性,給廠方訂貨造成困難。如果按設(shè)備表訂貨,則備品備件的準(zhǔn)備量很大,既不便于管理,也占用生產(chǎn)資金較多,維護(hù)人員外出培訓(xùn)安排也較麻煩。如果統(tǒng)一廠家訂貨,又會(huì)出現(xiàn)