压榨DCS在甘蔗糖厂生产过程的应用

日期:2019-12-27 作者：广西甘蔗糖蜜网

压榨DCS在甘蔗糖厂生产过程的应用，我国甘蔗糖业生产规模逐步扩大，生产水平不断提高，形成了广西、云南、广东、海南 4 大蔗糖产区，年产白砂糖约占我国食糖产量的 90%，使我国成为世界食糖生产第 3 大国[1]。压榨过程作为甘蔗糖厂首道生产处理工序，蔗汁输送到下一道工序进行处理，而蔗渣作为锅炉的燃料，压榨车间生产安全、均衡与否，直接影响全厂的生产安全。长期以来，压榨生产过程人工操作，甘蔗输送不均匀，造成设备负荷波动大，生产安全率低。同时，人工操作为防止压榨机堵塞现象，一般操控压榨机高速运行，这样虽然可减少压榨机堵塞情况发生，但设备耗电大而又不能压干蔗渣，蔗渣水分大、转光度高，造成锅炉燃烧不充分且压榨抽出率降低。因此有必要提高压榨生产过程的自动化水平，从而能提高生产安全率，降低设备故障率，达到压榨过程的安全、稳定、均衡、高抽出率和低能耗的目的[2-3]。 1 系统设计 DCS(Distributed Control System)集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种较新型的计算机控制系统，由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，对生产过 秦会敏：压榨 DCS 在甘蔗糖厂生产过程的应用 -35-程进行集中监视、操作、管理和分散控制。DCS 由工程师站、操作员站、控制站、网络系统、现场仪表等组成。 系统采用德国西门子公司的过程控制系统。操作层配置 2 台服务器（具备主备冗余功能，其中 1台作为工程师站）和 1 台操作（员）站，监控组态软件采用 Wincc7.0[4]。

控制站为电源、主控制器、网络卡件的一用一备冗余配置，IO 站为西门子公司的远程分布式 I/O ET200M 子站及 S7-300 系列 I/O模块，支持热插拔功能[5]。此外控制站配置有专用的通讯模块，结合网关设备，支持 MODBUS RTU和 MODBUS TCP 协议，可将设备层的采集数据通过通讯方式直接传送至全厂生产指挥调度系统。现场层由料位计、热电阻、液位变送器、电磁流量计等检测仪表和调节阀、变频器等控制仪表组成。系统结构如图 1 所示。 2 系统功能 工艺流程主界面如图 2 所示。 图 1 系统结构图 2.1 数据采集与数据处理功能 2.1.1 数据采集和显示功能 实时采集并显示压榨生产过程数据，如压榨机轴瓦温度、渗透水温度、渗透水箱液位、混合汁箱液位、渗透水流量、混合汁流量、压榨机电流、压榨机转速等。 2.1.2 报警功能 当压榨生产过程的关键数据超出设定上下限时发出报警，并提醒操作人员及时处理以防止意外发生，如压榨机轴瓦温度上限报警、压榨机电流上限报警、混合汁箱液位上下限报警等。 2.1.3 制表记录功能 包括定期记录、报警记录、事故记录、操作员操作记录等。 2.1.4 历史数据存储和检索功能 存储数据和提供检索历史数据功能。 2.1.5 数据转发功能 利用 RS485 接口接入和通过 Modbus 协议将压榨生产过程数据传送至全厂生产调度指挥系统。 2.2 自动控制功能 景真糖厂的压榨生产过程 DCS 的自控功能主要包含榨机高位槽料位自动控制、混合汁均匀泵送 甘蔗糖业 2014 年第 5 期 Sugarcane and Canesugar -36- 自动控制、渗透水自动控制、电机联锁保护等。

压榨 DCS 在甘蔗糖厂生产过程的应用 -37-2.2.1 榨机高位槽料位自动控制功能 本系统以前座榨机转速为前馈信号，以料位检测装置的料位信号为修正参数，以电机电流、电机温度为故障保护信号，综合考虑瞬时榨量和榨机的负荷，利用模糊控制算法计算出给定转速，再通过直流调速器调节榨机的运行速度。在压榨机各参数均安全的情况下，当高位槽料位较低时，通过自动降低榨机转速使高位槽料位升至正常范围；当高位槽料位较高时，通过自动提高榨机转速使高位槽料位降至正常范围，从而实现高位槽的恒料位控制，保证蔗渣得到充分的挤压，提高抽出率，利于锅炉燃烧。当压榨机电流、温度有异常情形出现时，系统自动调整控制输出值，通过短暂降低榨机转速和负荷的方法进行过渡，并发出报警以提醒操作工人榨机工作异常，及时进行故障排除和人工干预，既保证了连续生产，也保护压榨电机及设备，从而达到安全生产的目的。

2.2.2 混合汁均匀泵送自动控制功能 根据液位变送器测得的混合汁箱液位和电磁流量计测得的混合汁流量，利用模糊控制算法，微调混合汁流量给定值，并通过变频器调节混合汁泵转速，实现混合汁均匀泵送的控制。克服了人工控制时常出现的混合汁箱抽空满溢和混合汁流量波动大的问题，有利于稳定后续生产过程。 2.2.3 渗透水流量、液位、温度自动控制 渗透水流量的自动控制主要是以第 4 座榨机榨量为基准，通过对辊升、转速的检测，计算出实时蔗渣量，按设定的渗透水对蔗比数值，得出渗透水实时添加量，以此为目标值，调节渗透水泵转速，使渗透水流量与蔗量始终保持一定的比例。 渗透水液位的自动控制是以渗透水液位为主调，结合给定值实时调节冷水调节阀的开度，达到恒定液位的目的。同时当液位过高或过低时均采用声光报警的方式及时提醒操作人员， 以便及时处理。 渗透水温度的自动控制是以渗透水温度为主调，结合给定值实时调节热水调节阀的开度，达到恒定温度的目的。

同时当温度过高或过低时均采用声光报警的方式及时提醒操作人员， 以便及时处理。 2.2.4 电机联锁保护 当蔗料输送过程某台相关的电机设备如压榨机、中输机、快速胶带机、输蔗机、切撕机发生故障停机时，其联动的设备自动进行联锁保护动作——停机，以达到防止蔗料堵塞和保护设备的目的。蔗料输送系统的电机联锁保护关系图如图 4 所示。 图 4 蔗料输送系统电机联锁保护关系图 2.3 压榨工艺关键点视频监控 在压榨车间关键的工艺点安装监控摄像头，如蔗场喂料台、输蔗带落料口、末座榨机等，将视频信号引至控制室内的硬盘录像机集中显示监控，并通过以太网及接口将视频信号上传至全厂生产调度指挥系统的视频监控子系统，实现了压榨车间视频的集中监控、记录和上传共享，便于操作人员及时发现和处理问题，以及事后通过视频回放调查事故原因等。 2.4 其他功能 （1）具备自动换班和用户登录管理功能。 （2） 设有 DCS 操控和手动操作 2 种操作方式，且支持无扰动切换。当 DCS 出现故障时，操作人员仍可通过手动操作对系统进行操控，提高系统整体安全可靠性。

生产安全率高达 99.9%，压榨抽出率提高 0.31 百分点，蔗渣转光度下降 0.22百分点。 表 1：翁源糖厂压榨 DCS 使用前后效果分析 榨蔗量(t) 糖度(%) 38439.76 13.22 47635.14 12.87 DCS 使用前 使用后 日期 生产安全率(%)97.87 99.90 抽出率(%) 95.82 96.13 蔗渣转光度(%) 2.37 2.15 2013-12-07～12-22 2014-02-10～02-28 该系统在糖厂应用后，与过去人工操作相比，在同等负荷下，甘蔗处理能力提高 10%～15%；稳定压榨机高位槽料位，减少榨机堵塞等故障停机损失时间，生产安全率接近 100%；降低蔗渣转光度和蔗渣水分，提高压榨抽出率；实现蔗料输送系统电机联锁保护，设备安全率达到 100%；明显减轻工人的劳动强度，降低生产成本。 4 结语 榨季生产结果表明，该系统设计合理，功能完善，工况图直观，操作简单方便，运行稳定可靠，稳定了压榨生产过程各工艺参数，满足用户对压榨自动控制的要求。在制糖行业生产成本日益增加的情况下，提高糖厂自动化水平，作为一种投资少，见效快的技术手段，将使糖厂的原有设备焕发出新的活力，减轻工人的劳动强度，降低生产成本，进而提高糖厂的经济效益。