1.前言
近年來，政府對環(huán)境工業(yè)的要求越來越嚴(yán)格，相繼出臺了各種規(guī)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，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(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控制系統(tǒng)保證生產(chǎn)設(shè)備安全、可靠、高效運行。自動化技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)不可分割的一部分，它為生產(chǎn)過程的正常高效運行提供了有力的保障。
2.自動化控制系統(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是一個由過程控制級和操作管理級組成的以工業(yè)總線通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計算機(jī)控制系統(tǒng)，它綜合了計算機(jī)、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)自動控制領(lǐng)域之中。
DCS系統(tǒng)控制焚燒線設(shè)備的運行，操作員在中控室通過上位計算機(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，運行數(shù)據(jù)通過控制計算機(jī)顯示并記錄，便于操作員觀測焚燒線的運行。DCS系統(tǒng)具有和廠級計算機(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)備運行管理數(shù)據(jù)報表可上傳至全廠總控制室。
控制系統(tǒng)由上位控制計算機(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)上位計算機(jī)3臺（數(shù)量可根據(jù)用戶需求增加或減少），其中2臺系統(tǒng)操作員站、1臺工程師/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)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制操作。除在操作臺上設(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)計要求，焚燒線前部、中部、尾部及輔助車間均設(shè)有工藝測點，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轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號反饋到DCS系統(tǒng)模擬輸入接口，DCS系統(tǒng)對信號進(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）實現(xiàn)對焚燒線各分系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。任何一個控制子站在DCS組態(tài)界面上都有獨立的顯示窗窗口，可方便的調(diào)開其中任何一個窗口對其各項工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，分析和修正錯誤。對焚燒線主要工況參數(shù)偏離正常運行范圍進(jìn)行報警。
3.工藝流程圖及系統(tǒng)實現(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，可以滿足各種運行工況的要求，確保焚燒系統(tǒng)安全、高效運行。
1) 數(shù)據(jù)采集（DAS）
DCS系統(tǒng)設(shè)計有監(jiān)測焚燒線設(shè)備運行的狀態(tài)包括每臺設(shè)備運行、停止、故障、備妥等信號、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速（變頻調(diào)速），DCS系統(tǒng)還監(jiān)測焚燒線運行的工藝數(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現(xiàn)。監(jiān)測信號經(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)場采集信號可在DCS系統(tǒng)控制計算機(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行的狀態(tài)，現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)在中控室計算機(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)運行數(shù)據(jù)可自動的實時記錄，數(shù)據(jù)記錄功能可由程序或運行人員指令控制, 數(shù)據(jù)庫中所具有的所有過程點可以記錄。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(shè)備運行記錄等形式。
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行人員指令控制, 數(shù)據(jù)庫中所具有的所有過程點可以記錄。
▪ 歷史數(shù)據(jù)的存儲和檢索
在DCS系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)以文件形式存儲在硬盤內(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現(xiàn)，歷史趨勢曲線時間軸可任意放大或縮小，便于操作員查詢過去的某一時段或時刻的運行數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)能存儲2560過程點。
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現(xiàn)或通過打印機(jī)打印出某時間段和某組（個）。
2) 模擬量控制（MCS）
在焚燒線自動運行的狀態(tài)下，很多設(shè)備需要根據(jù)系統(tǒng)運行的工況調(diào)節(jié)自身的運行狀態(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)計有可調(diào)節(jié)的執(zhí)行元件。
DCS系統(tǒng)根據(jù)焚燒線運行的實際工況，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)值自動計算出各調(diào)節(jié)量的應(yīng)當(dāng)?shù)目刂浦担ㄟ^系統(tǒng)模擬輸出通道輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號驅(qū)動執(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。
對于鍋爐水位控制或急冷塔噴水流量控制，除設(shè)計DCS系統(tǒng)自動控制外，還可手動調(diào)節(jié)，手動/自動控制可隨時選擇，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)計方法在設(shè)備調(diào)試或運行過程中，給操作帶來較高的便利性。手動/自動轉(zhuǎn)換可實現(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)備的運行聯(lián)鎖及故障聯(lián)鎖，設(shè)計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行過程中操作人員的誤操作，同時提高自動化控制程度，減化操作人員在工藝啟、停時的常規(guī)操作。運行人員在計算機(jī)人機(jī)界面上通過鍵盤或鼠標(biāo)進(jìn)行手動操作，在滿足安全的情況下修改順序或跳步。
SCS系統(tǒng)根據(jù)工藝條件分為幾個子控系統(tǒng)，每個子控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)、啟動許可條件、操作順序和運行方式均能在計算機(jī)組態(tài)畫面顯示。在計算機(jī)組態(tài)畫面中以圖形或文字方式提供操作指導(dǎo)，供操作員手動操作時參考。計算機(jī)根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)變化，在流程畫面上相應(yīng)的改變該設(shè)備的顏色。
焚燒線自動運行期間，當(dāng)出現(xiàn)故障或操作員手動中斷時，程序自動中斷并返回至安全狀態(tài)，同時計算機(jī)自動彈出報警畫面，通過文字或畫面顯示故障原因或運行人員指令。故障排除后，經(jīng)確認(rèn)后程序再進(jìn)行啟動。
操作人員可用鍵盤或鼠標(biāo)操作每一個被控制對象如風(fēng)機(jī)、水泵、電控閥門等對象。手動操作有組別和權(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；每個操作均有確認(rèn)過程，以防止運行人員誤操作。
順序控制系統(tǒng)在控制中設(shè)定優(yōu)先級別，設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有優(yōu)先級；手動指令比自動指令優(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，單獨設(shè)計緊急停車控制程序，對焚燒處理線生產(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)入一個預(yù)定義的安全停車工況，從而使危險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)程序自動控制進(jìn)行的，在焚燒處理線運行的過程中，DCS系統(tǒng)自動監(jiān)測及分析焚燒處理線的運行工況，一旦發(fā)現(xiàn)到危險情況，系統(tǒng)在輸出報警提示的同時，自動按照焚燒線相關(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行的安全性。 |
