1.前言
近年來(lái)，政府對環(huán)境工業(yè)的要求越來(lái)越嚴格，相繼出臺了各種規范和條例。在環(huán)境工業(yè)中，危險廢物焚燒處置由于自身的特點(diǎn)，其處理過(guò)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。危險廢物中含有大量的有機物及氮、硫、磷、鹵素等元素，在焚燒過(guò)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(guò)程特別是焚燒過(guò)程中滿(mǎn)足特定的工藝條件。因此，危險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)控制系統保證生產(chǎn)設備安全、可靠、高效運行。自動(dòng)化技術(shù)已成為現代工業(yè)不可分割的一部分，它為生產(chǎn)過(guò)程的正常高效運行提供了有力的保障。
2.自動(dòng)化控制系統構成
圖1：控制系統網(wǎng)絡(luò )結構圖
危廢焚燒項目的系統控制采用分散式控制系統，簡(jiǎn)稱(chēng)DCS（Distributed Control System）控制系統，DCS是一個(gè)由過(guò)程控制級和操作管理級組成的以工業(yè)總線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )為基礎的計算機控制系統，它綜合了計算機、通訊、顯示、控制4C技術(shù)，以分散控制、集中操作、分級管理、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(kāi)放性。該系統代表當今工業(yè)控制領(lǐng)域的先進(jìn)水平，廣泛地應用于工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域之中。
DCS系統控制焚燒線(xiàn)設備的運行，操作員在中控室通過(guò)上位計算機進(jìn)行遠程操作，焚燒處理過(guò)程的工藝參數由DCS系統監視，運行數據通過(guò)控制計算機顯示并記錄，便于操作員觀(guān)測焚燒線(xiàn)的運行。DCS系統具有和廠(chǎng)級計算機管理系統通訊的功能，焚燒車(chē)間和全廠(chǎng)總控制室可進(jìn)行數據交換，焚燒車(chē)間設備運行管理數據報表可上傳至全廠(chǎng)總控制室。
控制系統由上位控制計算機、系統組態(tài)程序、DCS系統控制器、I/O模件、現場(chǎng)一次儀表、控制閥、分系統PLC（Programmable Logic Controller）、變頻器、二次顯示儀表、現場(chǎng)總線(xiàn)等組成。系統設上位計算機3臺（數量可根據用戶(hù)需求增加或減少），其中2臺系統操作員站、1臺工程師/操作員站，操作人員在焚燒控制室內通過(guò)操作站系統進(jìn)行監視和控制操作。操作人員在焚燒控制室內通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標對系統進(jìn)行監視和控制操作。除在操作臺上設置重要設備的緊急操作按鈕外，控制室不設其它常規儀控表盤(pán)。
根據工藝設計要求，焚燒線(xiàn)前部、中部、尾部及輔助車(chē)間均設有工藝測點(diǎn)，現場(chǎng)設一次儀表進(jìn)行監測，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轉換為標準電信號反饋到DCS系統模擬輸入接口，DCS系統對信號進(jìn)行模-數轉換處理，參與系統的監控。
DCS系統控制總站通過(guò)總線(xiàn)實(shí)現通訊，系統通過(guò)監控現場(chǎng)控制各子站（上料系統控制子站、組合燃燒系統控制子站、脫酸系統控制子站、除塵系統控制子站、鍋爐清灰系統控制子站等）實(shí)現對焚燒線(xiàn)各分系統的遠程監控。任何一個(gè)控制子站在DCS組態(tài)界面上都有獨立的顯示窗窗口，可方便的調開(kāi)其中任何一個(gè)窗口對其各項工作參數進(jìn)行設置和調整，分析和修正錯誤。對焚燒線(xiàn)主要工況參數偏離正常運行范圍進(jìn)行報警。
3.工藝流程圖及系統實(shí)現功能
圖2：工藝流程圖
焚燒處理線(xiàn)控制系統具有數據采集DAS、模擬量控制MCS、順序控制SCS、緊急停車(chē)控制ESD等主要功能，可以滿(mǎn)足各種運行工況的要求，確保焚燒系統安全、高效運行。
1) 數據采集（DAS）
DCS系統設計有監測焚燒線(xiàn)設備運行的狀態(tài)包括每臺設備運行、停止、故障、備妥等信號、電動(dòng)機的轉速（變頻調速），DCS系統還監測焚燒線(xiàn)運行的工藝數據，DCS系統的數據采集通過(guò)I/O模件接口或通訊接口實(shí)現。監測信號經(jīng)系統處理后作為現場(chǎng)采樣數據參與DCS系統監視及控制，現場(chǎng)采集信號可在DCS系統控制計算機上顯示并記錄。
▪ 數據顯示
為了便于中控室操作員觀(guān)察焚燒線(xiàn)運行的狀態(tài)，現場(chǎng)采樣數據在中控室計算機上顯示，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、報警顯示等。顯示分為數字、圖形或曲線(xiàn)等形式，便于觀(guān)測。
▪ 記錄及打印
DCS系統運行數據可自動(dòng)的實(shí)時(shí)記錄，數據記錄功能可由程序或運行人員指令控制, 數據庫中所具有的所有過(guò)程點(diǎn)可以記錄。其記錄可分為定期記錄、運行人員操作記錄、事件順序記錄(SOE)、設備運行記錄等形式。
所有記錄使用可編輯的標題, 而不是預先打印的形式。按用戶(hù)指定的格式, 確定所有記錄的標題。記錄功能可由程序指令或運行人員指令控制, 數據庫中所具有的所有過(guò)程點(diǎn)可以記錄。
▪ 歷史數據的存儲和檢索
在DCS系統中，歷史數據以文件形式存儲在硬盤(pán)內，以備日后查詢(xún)。在本系統中歷史數據通過(guò)歷史趨勢圖來(lái)實(shí)現，歷史趨勢曲線(xiàn)時(shí)間軸可任意放大或縮小，便于操作員查詢(xún)過(guò)去的某一時(shí)段或時(shí)刻的運行數據，歷史數據能存儲2560過(guò)程點(diǎn)。
歷史數據的檢索，可在操作站和工程師站用歷史趨勢畫(huà)面來(lái)實(shí)現或通過(guò)打印機打印出某時(shí)間段和某組（個(gè)）。
2) 模擬量控制（MCS）
在焚燒線(xiàn)自動(dòng)運行的狀態(tài)下，很多設備需要根據系統運行的工況調節自身的運行狀態(tài)，引風(fēng)風(fēng)量調節、鍋爐水位的調節、急冷塔噴水流量的調節、板式給料機進(jìn)料量的調節、廢液預熱溫度的調節等等，設計有可調節的執行元件。
DCS系統根據焚燒線(xiàn)運行的實(shí)際工況，現場(chǎng)反饋的二燃室負壓或急冷塔出口溫度等，控制程序根據反饋數值自動(dòng)計算出各調節量的應當的控制值，通過(guò)系統模擬輸出通道輸出標準電信號驅動(dòng)執行元件，調節風(fēng)量、水流量或給料量等，從而達到系統控制的目的。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。
對于鍋爐水位控制或急冷塔噴水流量控制，除設計DCS系統自動(dòng)控制外，還可手動(dòng)調節，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為手動(dòng)調節，由操作人員根據監測數據人工調節，這種設計方法在設備調試或運行過(guò)程中，給操作帶來(lái)較高的便利性。手動(dòng)/自動(dòng)轉換可實(shí)現平穩過(guò)渡，在轉換過(guò)程瞬間，輸 出的給定量總是先由轉換前的數值逐漸過(guò)渡到轉換后的數值，避免了控制的不穩定性。
3) 順序控制系統（SCS）
順序控制系統控制焚燒線(xiàn)設備的運行聯(lián)鎖及故障聯(lián)鎖，設計的目的是在故障狀態(tài)下保證相關(guān)設備的安全停車(chē)，再者就是防止在焚燒線(xiàn)運行過(guò)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)的常規操作。運行人員在計算機人機界面上通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標進(jìn)行手動(dòng)操作，在滿(mǎn)足安全的情況下修改順序或跳步。
SCS系統根據工藝條件分為幾個(gè)子控系統，每個(gè)子控系統內設備的狀態(tài)、啟動(dòng)許可條件、操作順序和運行方式均能在計算機組態(tài)畫(huà)面顯示。在計算機組態(tài)畫(huà)面中以圖形或文字方式提供操作指導，供操作員手動(dòng)操作時(shí)參考。計算機根據設備運行狀態(tài)變化，在流程畫(huà)面上相應的改變該設備的顏色。
焚燒線(xiàn)自動(dòng)運行期間，當出現故障或操作員手動(dòng)中斷時(shí)，程序自動(dòng)中斷并返回至安全狀態(tài)，同時(shí)計算機自動(dòng)彈出報警畫(huà)面，通過(guò)文字或畫(huà)面顯示故障原因或運行人員指令。故障排除后，經(jīng)確認后程序再進(jìn)行啟動(dòng)。
操作人員可用鍵盤(pán)或鼠標操作每一個(gè)被控制對象如風(fēng)機、水泵、電控閥門(mén)等對象。手動(dòng)操作有組別和權限設置，不是該組成員或未經(jīng)授權的操作人員操作無(wú)效果；每個(gè)操作均有確認過(guò)程，以防止運行人員誤操作。
順序控制系統在控制中設定優(yōu)先級別，設備的聯(lián)鎖、保護指令具有優(yōu)先級；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(chē)控制（ESD）
在焚燒處理線(xiàn)系統控制程序中，單獨設計緊急停車(chē)控制程序，對焚燒處理線(xiàn)生產(chǎn)裝置或不采取措施將繼續惡化的狀態(tài)進(jìn)行相應的保護，使生產(chǎn)裝置進(jìn)入一個(gè)預定義的安全停車(chē)工況，從而使危險降低到可以接受的低程度，以保證人員、設備、生產(chǎn)和裝置的安全。
緊急停車(chē)控制是由系統程序自動(dòng)控制進(jìn)行的，在焚燒處理線(xiàn)運行的過(guò)程中，DCS系統自動(dòng)監測及分析焚燒處理線(xiàn)的運行工況，一旦發(fā)現到危險情況，系統在輸出報警提示的同時(shí)，自動(dòng)按照焚燒線(xiàn)相關(guān)工藝保護停車(chē)。ESD控制技術(shù)的引入，確保了焚燒處理線(xiàn)運行的安全性。 |
