隨著科技的進步,鉛鋅冶煉工藝與技術也得到快速發展,鉛鋅冶煉裝備大型化、自動化程度不斷提高,另一方面,全民環保意識不斷增強,傳統粗放型冶煉已經不能滿足現代工業環境友好與資源節約的要求。作為我國鉛鋅冶煉行業知名的國有控股企業,株洲冶煉集團股份有限公司(株冶)一直致力于發展鉛鋅聯合高效冶煉,以求實現清潔生產和廢水零排放,將廢水、氣、渣對環境的影響降為最低。隨著株冶工藝技術的改進,其配套的自動化控制系統也經歷了巨大的變遷,從最開始單純的檢測、計量和顯示功能,逐步提升為集檢測、分析和控制于一體的集成系統。同時,計量、檢測的精度也逐步提高,控制對象多元化,并逐步達到電儀一體控制,系統規模也從簡略到復雜、龐大,操作日趨簡易化、人性化。近幾年來,在國內經濟增速放緩、環保壓力驟增的大環境下,株冶一方面做好降低生產成本與提高生產效率工作;另一方面,加快結構調整,實施綠色冶煉和轉型升級,在自動控制方面走自主開發、創新發展的道路,不斷優化自動化系統,并初步建成了智能化的生產調度系統,為降本增效、綠色發展提供基礎條件。
20世紀80年代中期,株冶鉛冶煉系統首次引入了當時最為先進的美國貝利公司Network-90(N-90)控制系統,并一直自行摸索、研究,到1987年左右開始嘗試將其內部控制程序國產化。自動控制系統的引入所帶來的經濟效益和環保效益日益顯著,株冶人開始積極探索鉛鋅冶煉工藝自動控制系統的優化與升級,陸續引入了英國歐陸數據采集系統、美國I/A DCS(Distributed Control System,分布式控制系統)系統等。這個時期的控制系統容量小、功能單一,同時設備笨重、龐大,但已經從單一的過程監測進化到多點測量與分析。
隨著總線技術的快速發展,自動化系統構建成本更低,運行更穩定,模塊化結構使維護變得更簡單,株冶自動化控制技術從單一的引進、消化,進步到了自我創新與提高,開始嘗試實現單臺設備的自動控制。20世紀90年代中期,株冶人設計出了行業內第一套具備自動提升、自動清洗的pH檢測控制系統,引起強烈反響,并成為后來pH提升清洗設備的“始祖”。
2000年前后,第一套專為有色行業尤其是鉛鋅冶煉行業設計的自控系統——艾默生公司Delta V系統開始廣泛應用,這套系統因先進的FF(Foundation Fieldbus)總線通訊模式而容量更大,可承載的測點數目更多。2001年,為了更好地處理系統尾氣,響應國家環保要求而建設的株冶(濕觸法)WSA制酸項目選用的就是Delta V系統,完成了系統初始設計、搭建、組態和調試,對部分關鍵工序和設備開始采用西門子公司的S7-300可編程邏輯控制器(PLC)來實現自動控制。
2007年株冶開始啟動循環經濟建設,先后引進了世界先進的常壓富氧直接浸出煉鋅工藝(直浸)和基夫賽特直接煉鉛(直鉛)技術,傳統的粗放型生產漸漸轉變為精細的效益型生產,鉛鋅冶煉也逐步升級為環境友好型與資源節約型的鉛鋅聯合冶煉。隨著工藝配套引進的西門子PCS7給株冶的工業自動控制提供了全新、高效的控制理念,為清潔生產與高效冶煉的實現提供了基礎保障。
PCS7是基于Profibus通訊協議的完全無縫集成自動化系統,集成了不同廠家的多個設備,且設備可相互替換,大大增強了設備的互操作性;數字化的終端功能塊具有智能信息處理與故障預判功能,從而降低了設備安裝和維護成本,提高了對生產現場管理的有效性;系統控制精準到單獨的控制回路,控制更快、更準確。
直浸項目投產后,株冶自動控制技術人員持續對PCS7進行結構和程序上的優化,構建了更完整的閉環通訊網絡和更人性化的人機界面,使其充分發揮配置靈活、控制可靠、編程方便和可現場調試的優點,現在所有的在線設備包括儀表、電機、濃密機等大型設備均能通過總線系統與PCS7通訊,工藝人員能在主控室監測到任何一臺現場設備的運行狀態,并能隨時操控任意設備,調節工藝參數。直浸凈化利用三氧化二砷來除鈷的工藝避免了傳統黃酸除鈷所帶來的環境污染。但是,砷鹽除鈷也存在一定風險,比如砷鹽的制備、反應不完全時產生的砷化氫等,不僅會污染環境,還會危及生產人員的生命。PCS7的引入有效地規避了這些風險,臺站式通訊使得砷鹽制備的命令可以直接從主控室發出,制備過程在完全封閉的廠房中自動進行,各工藝參數的檢測精度和控制精度均達到克級;砷鹽的加入也是全自動進行,只要設定相應的工藝參數值就可以了。這不僅提高了工藝控制的準確性,降低了人力成本,更降低了資源的浪費;系統對有毒氣體砷化氫的檢測精度達到了ppb級,有效的保證了工藝生產的安全性與環保性。
在工藝生產穩定的情況下,PCS7系統下所有的工藝設備都能設定為自動運行。這就解放了重復機械勞動和大量數據計算,提高了工藝生產的安全性,降低了環境污染的風險。
2013年,株冶建成鉛鋅冶煉生產調度綜合信息系統,其理念是將鉛鋅冶煉工藝的如PCS7(直浸、直鉛)、ABB IFIX系統(10萬噸鋅冶煉系統)、橫河CS3000工控系統(5#沸騰爐、余熱鍋爐)等生產控制系統,以及SO2尾氣在線監測系統、外排水在線監測等重要環保數據一并納入調度系統,經營管理層可直接監測到現場實時生產數據、環保數據、部分能源數據和產品產量數據,下達相應的生產調度指令。至此,株冶鉛鋅冶煉真正實現了基礎自動化生產、過程自動化生產和管理自動化生產。生產調度系統投運后,株冶資源配置更加合理,勞動生產率提高,產能也進一步提升,環保指數上了一個新臺階。據統計,近年來株冶自動化維護人員下降超過了60%,外排水量下降了90%。以株冶作為國內最具代表性的鉛鋅冶煉企業,其自動化控制水平的進步,意味著整個鉛鋅冶煉行業的自動控制水平的提高,其先進的控制理念影響了越來越多的同行。
生產調度系統的建成是自動控制技術在株冶應用的里程碑式進步,是株冶鉛鋅冶煉“智能化工廠”的雛形。隨著工業控制的智能化、數字化,加上信息通信技術的迅速發展,鉛鋅冶煉生產調度系統必能形成集生產監控、制造執行、經營決策三個層面自上向下的閉環管理系統,進而最終實現整個工廠業務流程一體化運作的決策、執行的智能化,形成真正的鉛鋅冶煉“智能化工廠”。
(審核編輯: 智匯胡妮)
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