1.前言
近年來，政府對(duì)環(huán)境工業(yè)的要求越來越嚴(yán)格，相繼出臺(tái)了各種規(guī)范和條例。在環(huán)境工業(yè)中，危險(xiǎn)廢物焚燒處置由于自身的特點(diǎn)，其處理過程工藝流程技術(shù)要求極高，需要化學(xué)工程、燃燒工藝、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的密切配合。危險(xiǎn)廢物中含有大量的有機(jī)物及氮、硫、磷、鹵素等元素，在焚燒過程中將產(chǎn)生二惡英、粉塵和SO2、HC1、HF、NO、NO2等酸性氣體，為了在煙氣排放前去除這些有毒氣體，進(jìn)行煙氣凈化處理，必須保證整個(gè)處置過程特別是焚燒過程中滿足特定的工藝條件。因此，危險(xiǎn)廢物焚燒不僅需要可靠的工藝保證，而且需要高性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)保證生產(chǎn)設(shè)備安全、可靠、高效運(yùn)行。自動(dòng)化技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)不可分割的一部分，它為生產(chǎn)過程的正常高效運(yùn)行提供了有力的保障。
2.自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成
圖1：控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
危廢焚燒項(xiàng)目的系統(tǒng)控制采用分散式控制系統(tǒng)，簡稱DCS（Distributed Control System）控制系統(tǒng)，DCS是一個(gè)由過程控制級(jí)和操作管理級(jí)組成的以工業(yè)總線通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示、控制4C技術(shù)，以分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、方便組態(tài)為基本思想，它具有高度的可靠性及開放性。該系統(tǒng)代表當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的先進(jìn)水平，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域之中。
DCS系統(tǒng)控制焚燒線設(shè)備的運(yùn)行，操作員在中控室通過上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，焚燒處理過程的工藝參數(shù)由DCS系統(tǒng)監(jiān)視，運(yùn)行數(shù)據(jù)通過控制計(jì)算機(jī)顯示并記錄，便于操作員觀測焚燒線的運(yùn)行。DCS系統(tǒng)具有和廠級(jí)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)通訊的功能，焚燒車間和全廠總控制室可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，焚燒車間設(shè)備運(yùn)行管理數(shù)據(jù)報(bào)表可上傳至全廠總控制室。
控制系統(tǒng)由上位控制計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)組態(tài)程序、DCS系統(tǒng)控制器、I/O模件、現(xiàn)場一次儀表、控制閥、分系統(tǒng)PLC（Programmable Logic Controller）、變頻器、二次顯示儀表、現(xiàn)場總線等組成。系統(tǒng)設(shè)上位計(jì)算機(jī)3臺(tái)（數(shù)量可根據(jù)用戶需求增加或減少），其中2臺(tái)系統(tǒng)操作員站、1臺(tái)工程師/操作員站，操作人員在焚燒控制室內(nèi)通過操作站系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制操作。操作人員在焚燒控制室內(nèi)通過鍵盤和鼠標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制操作。除在操作臺(tái)上設(shè)置重要設(shè)備的緊急操作按鈕外，控制室不設(shè)其它常規(guī)儀控表盤。
根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，焚燒線前部、中部、尾部及輔助車間均設(shè)有工藝測點(diǎn)，現(xiàn)場設(shè)一次儀表進(jìn)行監(jiān)測，主要有熱電阻、熱電偶、壓力變送器、液位傳感器、流量傳感器等。一次儀表將測量信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)反饋到DCS系統(tǒng)模擬輸入接口，DCS系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換處理，參與系統(tǒng)的監(jiān)控。
DCS系統(tǒng)控制總站通過總線實(shí)現(xiàn)通訊，系統(tǒng)通過監(jiān)控現(xiàn)場控制各子站（上料系統(tǒng)控制子站、組合燃燒系統(tǒng)控制子站、脫酸系統(tǒng)控制子站、除塵系統(tǒng)控制子站、鍋爐清灰系統(tǒng)控制子站等）實(shí)現(xiàn)對(duì)焚燒線各分系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。任何一個(gè)控制子站在DCS組態(tài)界面上都有獨(dú)立的顯示窗窗口，可方便的調(diào)開其中任何一個(gè)窗口對(duì)其各項(xiàng)工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，分析和修正錯(cuò)誤。對(duì)焚燒線主要工況參數(shù)偏離正常運(yùn)行范圍進(jìn)行報(bào)警。
3.工藝流程圖及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能
圖2：工藝流程圖
焚燒處理線控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集DAS、模擬量控制MCS、順序控制SCS、緊急停車控制ESD等主要功能，可以滿足各種運(yùn)行工況的要求，確保焚燒系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。
1) 數(shù)據(jù)采集（DAS）
DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)有監(jiān)測焚燒線設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)包括每臺(tái)設(shè)備運(yùn)行、停止、故障、備妥等信號(hào)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（變頻調(diào)速），DCS系統(tǒng)還監(jiān)測焚燒線運(yùn)行的工藝數(shù)據(jù)，DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通過I/O模件接口或通訊接口實(shí)現(xiàn)。監(jiān)測信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)處理后作為現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)參與DCS系統(tǒng)監(jiān)視及控制，現(xiàn)場采集信號(hào)可在DCS系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)上顯示并記錄。
▪ 數(shù)據(jù)顯示
為了便于中控室操作員觀察焚燒線運(yùn)行的狀態(tài)，現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)在中控室計(jì)算機(jī)上顯示，包括工藝流程圖顯示、操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢顯示、報(bào)警顯示等。顯示分為數(shù)字、圖形或曲線等形式，便于觀測。
▪ 記錄及打印
DCS系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)可自動(dòng)的實(shí)時(shí)記錄，數(shù)據(jù)記錄功能可由程序或運(yùn)行人員指令控制, 數(shù)據(jù)庫中所具有的所有過程點(diǎn)可以記錄。其記錄可分為定期記錄、運(yùn)行人員操作記錄、事件順序記錄(SOE)、設(shè)備運(yùn)行記錄等形式。
所有記錄使用可編輯的標(biāo)題, 而不是預(yù)先打印的形式。按用戶指定的格式, 確定所有記錄的標(biāo)題。記錄功能可由程序指令或運(yùn)行人員指令控制, 數(shù)據(jù)庫中所具有的所有過程點(diǎn)可以記錄。
▪ 歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索
在DCS系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)以文件形式存儲(chǔ)在硬盤內(nèi)，以備日后查詢。在本系統(tǒng)中歷史數(shù)據(jù)通過歷史趨勢圖來實(shí)現(xiàn)，歷史趨勢曲線時(shí)間軸可任意放大或縮小，便于操作員查詢過去的某一時(shí)段或時(shí)刻的運(yùn)行數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)能存儲(chǔ)2560過程點(diǎn)。
歷史數(shù)據(jù)的檢索，可在操作站和工程師站用歷史趨勢畫面來實(shí)現(xiàn)或通過打印機(jī)打印出某時(shí)間段和某組（個(gè)）。
2) 模擬量控制（MCS）
在焚燒線自動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)下，很多設(shè)備需要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的工況調(diào)節(jié)自身的運(yùn)行狀態(tài)，引風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)、鍋爐水位的調(diào)節(jié)、急冷塔噴水流量的調(diào)節(jié)、板式給料機(jī)進(jìn)料量的調(diào)節(jié)、廢液預(yù)熱溫度的調(diào)節(jié)等等，設(shè)計(jì)有可調(diào)節(jié)的執(zhí)行元件。
DCS系統(tǒng)根據(jù)焚燒線運(yùn)行的實(shí)際工況，現(xiàn)場反饋的二燃室負(fù)壓或急冷塔出口溫度等，控制程序根據(jù)反饋數(shù)值自動(dòng)計(jì)算出各調(diào)節(jié)量的應(yīng)當(dāng)?shù)目刂浦�，通過系統(tǒng)模擬輸出通道輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，調(diào)節(jié)風(fēng)量、水流量或給料量等，從而達(dá)到系統(tǒng)控制的目的。模擬量控制程序采用PID控制或模糊控制方法，提高控制精度。
對(duì)于鍋爐水位控制或急冷塔噴水流量控制，除設(shè)計(jì)DCS系統(tǒng)自動(dòng)控制外，還可手動(dòng)調(diào)節(jié)，手動(dòng)/自動(dòng)控制可隨時(shí)選擇，在DCS的控制輸出回路中串入后備手操器。在某些情況下，操作人員可以將以上控制轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)節(jié)，由操作人員根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)人工調(diào)節(jié)，這種設(shè)計(jì)方法在設(shè)備調(diào)試或運(yùn)行過程中，給操作帶來較高的便利性。手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，在轉(zhuǎn)換過程瞬間，輸 出的給定量總是先由轉(zhuǎn)換前的數(shù)值逐漸過渡到轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，避免了控制的不穩(wěn)定性。
3) 順序控制系統(tǒng)（SCS）
順序控制系統(tǒng)控制焚燒線設(shè)備的運(yùn)行聯(lián)鎖及故障聯(lián)鎖，設(shè)計(jì)的目的是在故障狀態(tài)下保證相關(guān)設(shè)備的安全停車，再者就是防止在焚燒線運(yùn)行過程中操作人員的誤操作，同時(shí)提高自動(dòng)化控制程度，減化操作人員在工藝啟、停時(shí)的常規(guī)操作。運(yùn)行人員在計(jì)算機(jī)人機(jī)界面上通過鍵盤或鼠標(biāo)進(jìn)行手動(dòng)操作，在滿足安全的情況下修改順序或跳步。
SCS系統(tǒng)根據(jù)工藝條件分為幾個(gè)子控系統(tǒng)，每個(gè)子控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)、啟動(dòng)許可條件、操作順序和運(yùn)行方式均能在計(jì)算機(jī)組態(tài)畫面顯示。在計(jì)算機(jī)組態(tài)畫面中以圖形或文字方式提供操作指導(dǎo)，供操作員手動(dòng)操作時(shí)參考。計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化，在流程畫面上相應(yīng)的改變?cè)撛O(shè)備的顏色。
焚燒線自動(dòng)運(yùn)行期間，當(dāng)出現(xiàn)故障或操作員手動(dòng)中斷時(shí)，程序自動(dòng)中斷并返回至安全狀態(tài)，同時(shí)計(jì)算機(jī)自動(dòng)彈出報(bào)警畫面，通過文字或畫面顯示故障原因或運(yùn)行人員指令。故障排除后，經(jīng)確認(rèn)后程序再進(jìn)行啟動(dòng)。
操作人員可用鍵盤或鼠標(biāo)操作每一個(gè)被控制對(duì)象如風(fēng)機(jī)、水泵、電控閥門等對(duì)象。手動(dòng)操作有組別和權(quán)限設(shè)置，不是該組成員或未經(jīng)授權(quán)的操作人員操作無效果；每個(gè)操作均有確認(rèn)過程，以防止運(yùn)行人員誤操作。
順序控制系統(tǒng)在控制中設(shè)定優(yōu)先級(jí)別，設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有優(yōu)先級(jí)；手動(dòng)指令比自動(dòng)指令優(yōu)先，保證在緊急工況下操作人員的快速操作。
4) 緊急停車控制（ESD）
在焚燒處理線系統(tǒng)控制程序中，單獨(dú)設(shè)計(jì)緊急停車控制程序，對(duì)焚燒處理線生產(chǎn)裝置或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，使生產(chǎn)裝置進(jìn)入一個(gè)預(yù)定義的安全停車工況，從而使危險(xiǎn)降低到可以接受的低程度，以保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全。
緊急停車控制是由系統(tǒng)程序自動(dòng)控制進(jìn)行的，在焚燒處理線運(yùn)行的過程中，DCS系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測及分析焚燒處理線的運(yùn)行工況，一旦發(fā)現(xiàn)到危險(xiǎn)情況，系統(tǒng)在輸出報(bào)警提示的同時(shí)，自動(dòng)按照焚燒線相關(guān)工藝保護(hù)停車。ESD控制技術(shù)的引入，確保了焚燒處理線運(yùn)行的安全性。 |
