1、概述
煉焦化學(xué)工業(yè)是鋼鐵工業(yè)的一個重要部分，焦炭可用作高爐冶煉的燃料，也可用于鑄造、有色金屬冶煉、制造水煤氣；可用于制造生產(chǎn)合成氨的發(fā)生爐煤氣，也可用來制造電石，以獲得有機合成工業(yè)的原料。
UW500集散控制系統(tǒng)是杭州優(yōu)穩(wěn)與浙江大學(xué)工業(yè)自動化國家工程研究中心聯(lián)合開發(fā)，經(jīng)過不斷分析總結(jié)、開發(fā)創(chuàng)新、測試改進(jìn)與考核完善，推出的新一代集散控制系統(tǒng)。具有可靠性高、系統(tǒng)開放、功能強大、維護(hù)簡單等眾多優(yōu)點，能夠?qū)够a(chǎn)提供高效優(yōu)質(zhì)的監(jiān)控，提高控制的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成品并提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升產(chǎn)品市場競爭力。
2、工藝簡介
現(xiàn)代焦?fàn)t爐體最上部是爐頂，爐頂之下為相間配置的燃燒室和炭化室，爐體下部有蓄熱室和連接蓄熱室與燃燒室的斜道區(qū)。在煉焦生產(chǎn)過程中，煤料從煤塔卸到煤車分別送至各碳化室裝爐再將一定量的煤氣和適當(dāng)比例的空氣經(jīng)蓄熱室預(yù)熱后，送至燃燒室混合燃燒，煤在炭化室內(nèi)由兩側(cè)燃燒室經(jīng)硅磚壁傳熱進(jìn)行單向供熱干餾。炭化室內(nèi)的煤在干餾過程中產(chǎn)生大量的荒煤氣，荒煤氣通過集氣管流往回收作業(yè)區(qū)進(jìn)行凈化與重利用。整個結(jié)焦周期一般為18.5h~23h，然后由推焦機把焦炭推出，并用惰性氣體進(jìn)行干熄焦。
圖1 焦化工藝流程圖
3、控制策略
焦化生產(chǎn)的整體控制方案主要分為：
1. 順序控制系統(tǒng)
主要包括焦?fàn)t換向、備煤、（配煤）篩焦、干熄焦（濕熄焦）等順序控制系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對設(shè)備的順序啟停、順序控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。
2. 聯(lián)鎖系統(tǒng)
主要包括鼓風(fēng)機和電捕塔（電捕焦油器）的運行聯(lián)鎖、焦?fàn)t三大車或四大車（部分焦?fàn)t有除塵車）聯(lián)鎖及鼓風(fēng)機\油泵和電捕塔(電捕焦油器)的運行連鎖等。
3.車聯(lián)鎖
通過在推焦車、攔焦車和熄焦車上設(shè)置的爐號識別裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、無線數(shù)據(jù)傳輸裝置等，進(jìn)行各車輛位置識別和工作狀態(tài)的自動采集，通過數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)雙向傳送，完成車輛間的信息傳遞和交換，實現(xiàn)推焦車、攔焦車、熄焦車聯(lián)鎖和操作管理功能。
鼓風(fēng)機聯(lián)鎖
焦?fàn)t荒煤氣系統(tǒng)主要的控制設(shè)備為鼓風(fēng)機，離心鼓風(fēng)機的喘振控制通過煤氣小循環(huán)手動閥控制（一般不引入系統(tǒng)），煤氣總管吸力通過煤氣大循環(huán)或鼓風(fēng)機調(diào)速控制實現(xiàn)；控制對象主要是∏形管后蝶閥，機前蝶閥，風(fēng)機變頻器或液力偶合器?？刂葡到y(tǒng)主要實現(xiàn)監(jiān)控和風(fēng)機系統(tǒng)的聯(lián)鎖和聯(lián)鎖記錄。
圖2 鼓風(fēng)機聯(lián)鎖圖
4.油泵聯(lián)鎖
油壓低時，自動啟動油泵聯(lián)鎖保護(hù)。
5.電捕箱聯(lián)鎖
圖3電捕箱聯(lián)鎖圖
3.模擬量控制系統(tǒng)
主要包括集氣管壓力控制系統(tǒng)、焦?fàn)t加熱系統(tǒng)（包含分煙道壓力控制、主煤氣流量控制等）、氣液分離器液位控制等。
集氣管壓力控制
焦?fàn)t集氣管壓力控制是焦?fàn)t控制的關(guān)鍵之一。采用先進(jìn)控制手段，對焦?fàn)t焦氣管壓力進(jìn)行長期穩(wěn)定控制，對于改善環(huán)境、提高煤氣回收量和質(zhì)量以及焦?fàn)t輔助產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，具有重要的意義。
分煙道壓力控制
分煙道壓力控制的目的是保證煙道的吸力穩(wěn)定，達(dá)到合理的空氣過剩系數(shù)，從而減少熱損失，提高熱效率。根據(jù)分煙道壓力變化自動調(diào)節(jié)煙道翻板的開度，穩(wěn)定分煙道壓力。燃燒控制系統(tǒng)采用以加熱煤氣量作為前饋參數(shù)調(diào)節(jié)煙道吸力的方案，考慮到廢氣含氧量受諸多方面因素影響。
主煤氣流量控制
加熱系統(tǒng)控制采用前饋控制結(jié)合焦?fàn)t爐溫自動管理算法修正的方案，即將影響焦?fàn)t加熱的主要因素如加熱煤氣特性、配合煤的特性和焦?fàn)t操作等納入流量控制模塊。加熱控制采用前-反饋相結(jié)合的方式，根據(jù)實測的火道溫度反饋調(diào)節(jié)加熱煤氣流量；根據(jù)煤氣流量的變化前饋調(diào)節(jié)分煙道吸力的大小。
由于火道溫度的多模式模糊控制單元中包含了影響焦?fàn)t加熱穩(wěn)定的主要參數(shù)，以此為基礎(chǔ)的控制模式能正確反映焦?fàn)t加熱需求，具有很強的實用性，而且該模式還能夠?qū)範(fàn)t操作的狀態(tài)做出積極反應(yīng)，使調(diào)火和操作管理相結(jié)合。
另外，對整個生產(chǎn)過程特別是點火階段，我們充分利用DCS信息共享、歷史數(shù)據(jù)查詢及簡便的自定義控制算法編制等優(yōu)勢，根據(jù)現(xiàn)場具體的工藝情況編制了控制程序。不但提高了控制水平，使產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定和增強。
4、控制工程
焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)作為一種強耦合、強干擾、嚴(yán)重非線性的控制對象，一直是焦化生產(chǎn)的控制難點，通過多年的經(jīng)驗積累和轉(zhuǎn)向的技術(shù)攻關(guān)，浙大優(yōu)穩(wěn)已經(jīng)開發(fā)了具有特色的焦?fàn)t集氣管壓力控制解決方案，既有效提高了集氣管壓力調(diào)節(jié)精度，有保證了系統(tǒng)的安全可靠運行。
圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖5 集氣管
5、小結(jié)
UW500集散控制系統(tǒng)——冗余設(shè)計方面采用雙重化冗余，零切換時間，保證連續(xù)控制性；系統(tǒng)內(nèi)置輸入輸出表決、自檢和故障報告機制，無需用戶編程，只要組態(tài)配置即可自動實現(xiàn)冗余設(shè)計。高可靠I/O模塊：點點隔離、點點配電、在線點點更換。UW500集散控制系統(tǒng)集可靠性高、維護(hù)方便、配置靈活、功能強大等優(yōu)點。
焦化生產(chǎn)在使用了UW500集散控制系統(tǒng)之后，能夠明顯改善工人的工作強度，生產(chǎn)自動化水平得以實現(xiàn)，利用DCS強大集散控制能力，對現(xiàn)場儀表進(jìn)行協(xié)調(diào)運行。產(chǎn)量和質(zhì)量得到明顯提升，DCS特有的聯(lián)鎖控制也提高了焦化生產(chǎn)安全性，UW500集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也使得生產(chǎn)過程安全可靠。
