南川先锋氧化铝厂DCS控制系统的设计研究

摘要

南川先锋氧化铝厂的生产工艺是混联法,生产的主要过程由溶出、蒸发、焙烧3个工序组成。二期扩建工程采用DCS对整个生产流程过程进行控制和管理,该系统控制部分使用霍尼韦尔公司的HC900系列组成,上层监控组态软件选用山武公司的CPA。整个DCS系统各类I/O点共计467个。工程设计的主要任务有:①控制摸板及I/O点的配置设计;②控制盘及其盘内的接线设计;③HC900系列DCS的监控方案及其程序设计;④现场参数数据库的设计;⑤CPA环境下人机界面的设计;⑥现场调试。在混联法生产氧化铝过程中,熟料烧结是一个关键性工序,它的生产状况是否稳定不仅直接影响氧化铝质量的好坏,而且对节能降耗都有十分显著的影响。由于烧结过程的关键变量如窑内温度、下煤量、下料量、风量、窑速等耦合严重;运行条件与工况变化大,如生料浆的流量、水分、成分等变化频繁;关键工艺参数烧成带温度难于准确测量。这些因素使烧结工序的控制问题成为设计研究工作的重点。论文在比较不同烧结控制方案的基础上,采用自适应PID控制,并将操作人员的现场实践经验整理进控制策略中,在HC900系列DCS系统上实现了该控制方案。目前,溶出和蒸发两个工序已完成监控系统的运行调试,焙烧工序的设备正在安装中,调试结果反映出系统的功能达到设计的目标:生产流程能以动态画面显示,现场所有状态信号可进行实时监控,控制设备的参数可在线设定和远程控制,重要的工艺参数能以曲线显示并可保存历史数据,同时还具有信号报警及报表打印等功能。系统扩建完成后,该厂的年产量由原来的7万吨上升到15万吨。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内自动控制水平的现状

1.2.2 国内与国外自动控制水平的差距

1.3 国内自动化控制水平的研究发展前景

1.4 课题研究中的工作重点

2 氧化铝生产相关工艺与改造

2.1 氧化铝生产的相关工艺

2.1.1 拜耳法生产氧化铝的流程

2.1.2 烧结法生产氧化铝的流程

2.1.3 联合法生产流程

2.1.4 混联法生产氧化铝的流程

2.1.5 混联法中熟料烧成工艺的生产流程

2.2 混联法氧化铝生产的技术改造方向

2.2.1 混联法的缺陷及改进

2.2.2 本文研究的重点改进方向

2.3 本章小结

3 氧化铝生产DCS 系统设计方案

3.1 系统硬件及网络结构

3.1.1 HC900 DCS 控制器简介

3.1.2 CPA 通用监控简介

3.1.3 I/O 模块选型

3.1.4 通信连接方式

3.2 HC900 DCS 控制器的组态与编制

3.3 CPA 监控软件的组态

3.3.1 在CPA 中生成项目并建立数据库

3.3.2 用CPA 的图形编辑器组态监控和操作画面

3.4 系统的调试与运行

3.4.1 控制点接线核对

3.4.2 单机开停机调试

3.4.3 联动开停机调试

3.4.4 系统试运行

3.5 本系统的特点

3.6 本章小结

4 熟料烧成的参数检测与自动控制系统设计

4.1 回转窑的参数检测

4.1.1 分解带物料温度的在线检测

4.1.2 烧成带物料温度连续在线检测

4.2 自动控制系统的构建

4.2.1 被控对象的工艺特点和工艺要求

4.2.2 系统的组成

4.2.3 自适应模糊控制器

4.2.4 自适应PID 控制器

4.2.5 回转窑火焰模糊控制原理

4.2.6 开关控制、人工操作

4.3 本章小结

5 熟料烧成过程主要控制设备

5.1 料浆喂料压力流量调节及水分检测

5.2 窑中拖动主电机变频改造

5.2.1 设备选型

5.2.2 系统组成和工作原理

5.3 本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录:A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和科研情况