1 工程介绍
我公司2000t/d水泥熟料新型干法生产线(以下简称新线)工程设计由天津水泥设计研究院承担,包括:砂岩矿、生料制备、煤粉制备、熟料烧成四大部分,设计年产熟料60万t。
新线工艺设备中除窑燃烧器系统进口外,其余均采用近几年来国内开发和引进国外先进技术由国内转化制造水泥装备。生料粉磨采用Φ4.6m×(7.5+3.5)m中卸烘干磨;熟料煅烧采用Φ4m×60m带D-D型分解炉双系列五级预热器分解窑;煤磨采用带烘干仓Φ2.8m×(5+3)m球磨。
新线控制系统采用计算机集散式控制系统,型号为NETWORK-90,是美国Balley控制公司八十年代推出产品(以下简称N-90系统)。该系统是以微处理器为基础高度模件化集散系统,采用新颖、快速可靠厂环通讯网络,并将顺序控制、过程控制、数据采集、打印报表、数据存档等控制和管理功能结合同一个系统之中。硬件配置十分灵活,画面显示功能强大,组态灵活方便,功能码(实现某一功能程序段)相当丰富,并已固化各自主模件之中,控制功能强大。
该工程于1993年12月5日首次点火投料试车成功。后经二个多月整改完善,交付于生产管理部门,于1994年3月28日再次点火投料,开始正常生产。笔者参与了该工程建设全过程,现就新线建设和生产中经验予以粗略归纳,并就今后设计中应该注意问题提出一些看法和建议,供参考。
2 N-90系统方面
(1)新线生产过程中,窑尾电力室抽屉柜曾两次发生较大短路,造成该电力室停电,且短时间内恢复不了供电事故。要落实好N-90系统现场控制站PCU(Process Control Unit)和中继柜双回路交流供电,其中一路应引自其它低压配电室(不应同为一台变压器)。
(2)建议设计时,为每个PCU站和中继柜就近共同配置一个小型配电柜,内装配电开关、交流净化电源和隔离变压器等。否则,如随便安置既不雅观又不安全。最好单设一个专用配电柜,交由计算机人员管理,负责PCU站和中继柜停送电。
(3)中控室UPS(Uninterruptible Power Supply)电源设备原设计型号为BJD-20A,故障较多。后来改为BJ-30型,运行至今尚未发生故障。
(4)试车期间即发现ACR-15型交流净化电源抗谐波能力甚差,后借助示波器反复观察,发现没有起到净化作用,加剧了波形畸变,并产生过电压,恶化了供电质量,最后只好全部去掉。目前尚未找到合适产品。
(5)PCU站配置I/O电源电压等级为直流24V或125V,本系统采用24V,实际上DI(Digital Input)模件开路电压仅7V左右。现场粉尘较大,再加上某些高低压电器辅助接点质量不佳,导致运行中备妥信号(即设备送电完毕,集中控制方式下准备妥当)、应答信号(即设备运行时返回信号)经常消失,致使设备无故停车。目前已成为影响设备运转率主要因素之一。今后配置PCU站I/O电源时,最好选用125V DC电压等级。
(6)集中控制方式下,对电机顺序控制最好适当予以简化。组划分要考虑工艺流程外,亦应生产控制特点,着眼于如何提高运行可靠性上。即某些独立性较强或与主工艺流程关系不太密切工艺设备可适当解锁,不必包括顺序控制之列,而采用单机编组或现场控制方式,这样可避免一些非紧要生产环节发生故障而影响整个生产系统问题。
(7)计算机故障分析与故障过程追忆语言和功能欠缺,发生故障停车和起动失败后,计算机给不出具体分析判断依据和线索。这表明:软件开发欠佳;二则有关故障分析信息采集点数不足,反映现场问题太笼统。今后应重视并加强有关故障分析信息采集和相应软件开发工作,同时做PCU站硬件配置时,增加采样点,以利于故障分析。
(8)软件组态应该注意保证各相关环节制约关系,尽可能避免顾此失彼问题。例如生料磨系统风机电机重载起动中,转子短路开关量信号已进计算机,但组态时没有与定子回路起动和运行构成约束关系。曾因重载起动柜内部故障,起动完毕没有封星点(转子短路),导致频敏变阻器较长时间串入,严重过热。现厂里修改了软件组态,解决了问题。
(9)生料磨系统PCU站与总配电站相距较近,,计算机对整个生产线全部高压电机控制,以不集中该PCU站为好。,集中于该PCU站可节省一定数量控制电缆,但却与“集散控制”本意相悖。运行中曾遇到该PCU站,汇集高压电机起、停、备妥、应答信号DI、DO(Digital Output)模件中,有一路损坏而无法更换之事。更换这些模件会波及到跨工序高压电机运行,对生产影响很大。笔者认为:计算机对高压电机控制,以分散各所工序PCU站为宜。
(10)PCU站端子柜选用端子模件密集安装方式,造成大量电缆汇集于一个柜内,易发生故障。此外,造成接线和查线困难,且接线完毕后许多端子模件面板都未能罩上,模件不到应有保护。若选用端子单元并适当扩展端子柜数量,是能够较合理解决该问题。
(11)厂内对全部PCU站房间都进行了密闭防尘改造,并增设了空调机组,可惜是因事后改造土建工程不太理想。此问题应设计时就一并考虑。
3 电气系统方面
(1)新线接工程分别涉及到N-90系统，较为繁杂,再加上几个控制室内都是各类盘柜混合布置,很容易使各接系统混接一起,给控制信号传输和设备安全运行带来不利。新线各类接系统形成全部连通,很不合理。,建议今后设计中,应对计算机、仪表、电子设备、屏蔽和低压供配电等各接装置布置,从设计角度给出明确要求和安装注意事项。盘柜应尽量按类合理布局或采取有效隔离措施。
(2)主传动与辅助传动本应两路供电,但设计仅为单回路供电,有主电动机发生故障或断电时窑筒体弯曲故障隐患。设计时应为窑辅助传动另从其它电力室引入一路备用动力电源,新线生产过程中已有此教训,现已改进。
(3)从运行情况看,KGSFA21系列直流电机可控硅传动装置故障较多,为此厂里统一增设了备用系统。该系列产品励磁电源是不随主回路开关受控断电而自动断电。试车期间,曾发生系统全部停车后,疏忽忘记拉下励磁电源开关,致使电机励磁长期电,先后造成窑主传动和生料磨选粉机电机严重过热事故。新线整改完善阶段,对各台可控硅传动装置,均励磁电源交流侧增设了接触器等低压电器,并改进了控制方式,杜绝了此问题发生。
(4)处理备妥信号要注意全面性和一致性。如可控硅传动装置备妥,用是电力室抽屉柜内空气开关,可控硅传动装置柜内还有控制电源和励磁电源等开关,没合闸,计算机到备妥信号,没有意义。新线投产初期,每次系统开车时往往都“备妥”问题而延误较长时间。进行技术培训时,也难以举一反三。
(5)为加快设计进度,设计中常采用套用其它工程图纸方法,应注意不同工程控制系统组成特点和差异,否则容易给施工和调试造成困难。例如:煤磨圆盘喂煤机传动为滑差电机,原设计控制方式欠妥,与整个系统组成和控制策略不吻合,似乎是套用其它工程图纸考虑不周所致。后改用“CTV-Ⅲ电子转换装置”解决了计算机与ZLK-10型滑差控制器之间4～20mA DC/0～-10V DC转速指令信号变换和测速发电机0～45V AC/4～20mA DC转速信号变换。并将该转速信号接入计算机,作为终端转速显示信号,解决了中控操作人员进行煤磨喂煤量调节问狻?/dt>
(6)窑、生料磨、煤磨等主机机旁主传动、辅助传动电气控制箱位置相距较远,“主传/辅传”、“集中/机旁”转换都是分立,钥匙又不统一,岗位人员甚觉不便,也容易误操作。后来将这几处转换用钥匙按钮全部取消,用LW5系列转换开关,按“主传机旁/主传集中/辅传”三位设置,岗位人员比较满意,至今已有相当一部分钥匙按钮被主令开关取代。
过去传统设计中,一般仅对热工检测微弱信号和低电平信号传输线选用屏蔽电缆,提高抗干扰能力,并抑制感生电压以保护二次仪表。而电气系统二次回路所用控制电缆,干扰和感生电压无甚关系,一般大都选用普通控制电缆即可。集散系统应用,其顺控部分已与现场大量电气设备紧密结合一起。尤其是DI模件工作电压等级选较低情况下,对干扰,尤其是感生电压应引起格外警觉。
调试期间,发现许多接入PCU站开关量信号线芯均有感生电压,有还挺高。全部更换为屏蔽电缆已不现实,当时仅更换了几条感生电压较高电缆。事实上这对计算机DI模件是个潜隐患。为此建议是否可将凡由高、低压电气系统引入计算机开关量信号线路,例如备妥与应答信号,不它信号共用一条电缆,且改用屏蔽电缆,以抑制感生电压,消除隐患。
此外,高压绕线电机转子回路重载起动柜内,由总配电站引来定子回路合闸信号线路,亦需单独敷设并选用屏蔽电缆。重载起动柜内部采用是JS14A晶体管时间继电器,该外引线路感生电压使时间继电器计时用电容器缓慢充电,导致计时误差甚大,封星点时间超前,这对电机和设备很不利。为抗感生电压,调试时改用了JS7空气式时间继电器。现场粉尘较大,一个阶段运行,发现仍不可靠,现场技术人员又将其改为JS11系列电动式时间继电器,效果较好。
(8)设计中抽屉柜背靠背安装,使接线相当困难,检修清扫极不方便。目前厂里正考虑重新排列布置之事。
(9)电气预埋应尽可能考虑周到些,孔洞预留量要给予足够保证。新线管线敷设多处出现与土建构筑物和设备基础相互冲突,无法穿越矛盾。当然这里面也有一些是施工方面造成问题。
(10)生产中窑尾预热器堵塞现象是难以避免,捅灰时经常有高温生料涌出,曾发生将所平面引上电缆烧毁事故。技改初期外出调研时,也了解到其它兄弟企业亦发生过此类事故。该问题应该引起足够重视,设计时一定要考虑必要防护措施。
(11)为直流电机供电可控硅传动装置有截流、过流和速断三种保护方式。截流值整定一般为Ij=(1.5～2.5)Ie(Ie为电机电枢额定电流),过流值整定一般为Ig=(1.2～1.3)Ij,并没有过载保护作用,因产品定型,厂里将此装置改造易。而设计中一般都忽略了这个问题,对直流电机保护就不完善,容易造成因过载而烧毁电机事故。我们运行经验,直流侧增设了热继电器作为过载保护措施,并采取用E型铜连板将其三个单元并联使用方式,整定时又采取先并联好后再进行试验调整办法,以回避分流不均匀情况。此外,亦可柜内交流侧电流互感器二次侧接入热继电器,此种方式下确定整定值时,既要考虑电流互感器变化,又要考虑交直流之间整流系数。
(12)总配电站继电保护原则和方式,设计之初,必须与当供电管理部门密切磋商,充分注意方法规某些特殊性,以避免送电验收前后,再按当供电部门要求,补做一些相应改进后方可送电之事。
4 计量与检测调节仪表方面
(1)窑尾高温风机转速是一个重要控制调节参数,已投产几条国产2000t/d新型干法生产线和本工程设计中,都未解决该信号输入计算机问题。新线整改时,厂内选用了型号为RZQC-01A转速检测装置,取代了原SZC-02数字式转速表,既可机旁显示转数,又可向计算机送出转速信号,使计算机既能显示,又能实施对高温风机辅助传动自动控制N-90系统脉冲子模件输入阻抗太小,一般接近开关或转速发讯器都不适用)。
(2)目前国产温度巡检仪有几种类型,就使用情况来看,均不太可靠,运行中经常误报警,导致相关设备停车。建议今后做集⑹较低车挠布?渲檬?可增加温度检测点,不选用巡检仪。必须选用巡检仪,建议计算机软件处理上,对其信号仅用于报警而不用于联锁,并应图上为其巡检空档注明应配置防开路电阻。
(3)N-90系统AO(Analog Output)模件输出电流信号时,伴有共模电压。中控室后备仪表盘上手操器,不应选用普通型而应选用“计算机后备手操器”,才能适用。
(4)一次仪表方面,D-D炉出口温度测点、窑尾预热器三、四、五级筒锥体和出口温度测点等处,一次元件损坏较多。尤其是四、五级测温元件保护管磨损较快,需进一步加强对高温多灰条件下检测方法和手段研究。
(5)原料磨磨头、磨尾和窑尾电收尘出、入口等处,一次检测元件更换困难。原因是检测点太高,仪表专业传统上不进行高空作业。检测点不能进行变动,则设计时应考虑增设检修平台。
(6)新线投产后,所有自动调节回路基本上都未能投入运行,其原因很复杂,涉及到企业领导重视程度、维护人员技术素质、配套设备质量、自动化仪表备品备件供应、人们对自动控制重要性认识、检测难题等因素。对此笔者有个初浅想法,即目前情况下,自动调节回路数量确定,宜少而精原则,即重要是必须搞一些。此外,调度和运行过程中,应认真对待,予以重点保证。
(7)设计之初,已确定采用N-90系统后,厂方出于初次接触应用工业计算机,从运行维护上感到无甚把握,对其可靠性也持怀疑态度。,坚持要求搞备用二次仪表系统,院方只好接受了厂方意见。新线整个调试过程和近一年来运行情况来看,最初顾虑是多余。从N-90系统可靠性,从简化系统、节约投资角度来看,采用了N-90系统后,不应再搞后备二次仪表系统。
(8)电子皮带秤(德国SCHENCK公司技术)外控模拟量输入信号端为接系统,而PCU站AO模件4～20mA DC,输出端是非接系统,且有共模电压。设计时采用4～20mA DC信号制,来传递计算机对该电子皮带秤喂料控制信号是行不通,调试时改成1～5V DC信号制。
(9)窑头看火电视摄像头,投产后不久窑头正压喷火被烧坏。实际上该产品具有接受外控开关量信号,使其保护挡板自动下落对镜头实施保护附加功能。原设计没有考虑发挥此功能作用。厂内试图解决该问题,究竟是选取窑头负压检测信号,选取高温风机跳闸信号来作为保护动作条件,众说不一,有待探讨。
(10)国外进口设备安装施工设计,出图深度不够,谬误较多。看来应注意对国外进口设备技术资料消化和掌握上多下功夫。
5 设备选型一致性问题
同一类产品,不同子项工程中,所选厂家或型号不尽相同,缺乏一致性,给厂方订货造成困难。按设备表订货,则备品备件准备量很大,既不便于管理,也占用生产资金较多,维护人员外出培训安排也较麻烦。统一厂家订货,又会出现与施工图不相符问题,而有些设备变动,将引起数张数十张图纸修改,有还波及到计算机软件修改等,工作量是比较大!此事处理不妥,则导致现场施工扯皮,影响工程进度;更重要是工程竣工投产后,会诸如竣工图绘制、运行维护用图准确性和图纸资料移交等方面,留下许多难以协调解决问题。例如:
(1)直流电机用可控硅传动装置,设计选型分别为北京整流器厂KGSF21、KGSFA21、KGSFC21三种系列,生产年代不同,控制原理尽相同,其中有早已不生产了。厂内实际订货时,征院方同意,统一为KGSFA21系列产品。
(2)电流、电压等变换器,图纸上选用有上海、北京、天津等各厂家产品。还有需要用户购置电阻、电容等元器件组装,例如窑中主传动测速发电机电压变换器,图示电路太简单,没有隔离作用,对计算机AI(Analog Input)模件十分不利。而这种变换器本来就有标准系列产品,厂内已经选用并做了替换。
(3)电动执行器、伺服放大器产家多,外表、尺寸各异,而仪表柜是按天津仪表七厂架装变送器外形尺寸设计,致使安装杂乱。后来几乎将全部电动执行器和伺服放大器统一更换为该厂伯纳德执行器,投资很大。
产品厂家和型号离散,使备品备件准备和管理工作繁杂。这个问题从实质上来讲反映了专用电控设备综合配套设计尚有一定差距。对此问题笔者建议:设计院可否多条2000t/d新型干法生产线设计经验和多次参加现场调试到反馈信息,设计选型时,争取尽量统一产家和型号,并相关专业设备表上予以注明。
