乐安胜， 谢红辉

(1.大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北 黄石 435005； 2.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

DCS控制系统在铜电解生产中的应用

乐安胜1， 谢红辉2

(1.大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北 黄石 435005； 2.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

本文介绍了DCS系统在大冶有色30万t电解项目的具体应用，叙述了铜电解仪表的选型、DCS系统的配置、网络结构的设计、生产工艺的监控等。在主控室操作员站可以实现对工艺设备的启停、顺序和逻辑控制、运行参数和故障的监视、生产过程的集中监控、各种自动数据处理，从而实现生产过程的稳定、高效、可靠运行。

DCS； 铜电解； 永久阴极法

DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System),在国内自控行业又称之为集散控制系统，即所谓的分布式控制系统或集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便[1-5]。

1 项目简介

大冶有色是国有控股的大型铜冶炼企业，主要

产品是高纯阴极铜和工业硫酸，年生产能力分别为70万t和120万t。30万t电解项目于2012年10月竣工投产，采用不锈钢永久阴极法,包括铜电解精炼、电解液净化、循环水、道路及管网等。该项目采用先进的工艺流程和设备，自动控制方面采用先进的控制策略和控制设备，自动化水平优于国内同行业先进水平[6],工艺流程图见图1。生产控制系统采用了DCS控制系统进行监控，提升了生产自动化水平，提高了生产效率，为企业更好更快发展打下了基础。

图1 工艺流程图

2 DCS系统设计

2.1 仪表选型

铜电解中介质一般都具有腐蚀性，现场环境也较为恶劣。温度检测仪表采用热电阻和分体式温度变送器，要求温度变送器带现场数字显示。电解液为腐蚀性介质，采用防腐热电阻。压力检测仪表根据不同要求，分别选用压力表、智能压力变送器、法兰隔膜压力变送器。液位检测仪表根据不同工况，分别选用雷达液位计、超声波液位计、电容液位计、音叉液位开关等。流量检测仪表根据不同介质，分别选用电磁流量计、威力巴流量计等。分析检测仪表根据不同要求，分别选用pH计、电导率分析仪等。执行机构采用气动执行器、气动调节阀、气动切断阀。

2.2 DCS系统配置

电解工艺过程控制采用技术先进的分散控制系统(DCS)。DCS 控制系统采用集中控制方式，仪控和电控共用一个控制系统，所有检测的工艺参数和电动设备的运行状态、故障状态均进入控制系统。DCS系统实现了数据采集、模拟量控制、顺序控制、联锁保护和与PLC的通讯等功能。

2.3 网络结构的设计

本系统主要对电解厂房、硫酸铜厂房、一二段脱铜厂房和空压机站等进行控制。网络结构图如图2所示。

图2 系统网络结构图

系统网络结构分为两层。第一层为工厂级网络，采用的是工业以太网，连接工程师站、操作员站以及各控制站。第二层网络为控制网络，连接控制站与现场仪表及设备。在第二层网络中，电解厂房采用的是FF总线仪表，为现场总线控制方式。硫酸铜厂房、一二段脱铜厂房及空压机站采用的是带HART协议的仪表，采用硬接线的方式。

2.4 DCS与第三方设备通讯

2.4.1 精密过滤机

精密过滤机在铜电解中主要是过滤电解液中大部分悬浮杂质，确保阴极铜的质量。精密过滤机有一套独立的DCS控制系统,将数据接入电解工艺流程的DCS系统，点击分工艺流程的精密过滤机显示出为控制界面，设置运行情况界面按钮，方便调出具体的运行情况工艺参数。精密过滤机运行界面在工艺流程的DCS的显示图见图3。

图3 精密过滤机运行界面在工艺流程的DCS的显示图

2.4.2 硫酸铜真空蒸发系统

硫酸铜真空蒸发系统是一套独立的DCS控制系统，将其生产和运行情况数据传递到主控室，接入电解的工艺流程的DCS系统，电解液的进出量和蒸汽耗量在线显示，便于整个电解车间协调生产的运行。硫酸铜系统运行界面在工艺流程的DCS的显示面图见图4。

3 在生产工艺控制的应用

在铜电解的工艺控制中，主要监控电解液的温度、各种贮槽液位、各种工艺介质的转运量和设备的运行状态和工艺数据处理等。

3.1 钛板加热器温度控制

在铜电解过程中，一般电解液温度控制在60～65 ℃，通过钛板换热器使用蒸气对电解液进行加热，每台钛板换热器设置一套单回路温度控制系统。用热电偶测量分液缸出口的电解液温度，通过DCS的PID控制模块进行PID运算，自动调节入口蒸汽阀门开度，使加热器出口电解液温度稳定在设定值上。实现电解液温度自动调节，确保阴极铜质量。

3.2 液位监控

在整个电解系统，根据现场环境，所有贮槽选用超声波和雷达液位计测量液位。在铜电解生产中，为了确保阴极铜的质量，需要连续向电解液中加入骨胶、硫脲、阿维酮及盐酸等添加剂。一般是人工配制好的一罐添加剂溶液在规定的时间周期里均匀地加入。以前采用浮筒判别加入的速度，误差非常大，现在通过观察液位线趋势，很精确的知道加入速度，及时调整速度。阳极泥地坑在电解槽下，过去由操作人员到现场开停泵来管理液位，现在采用雷达液位计来控制搅拌机及出液泵的开停，实现液位自动控制，降低了工人的劳动强度。在电解过程中电解液循环流动，当低位槽和高位槽液位过低时气泡就会夹杂在电解液中影响电解铜质量，过高会漫液，容易造成严重的环保事故。用超声波液位计测量高低位槽液位，并设置高低位禁戒线和高低位报警线，当液位出现异常，系统自动报警提示，提醒操作人员操作。转液贮槽液位监控，在电解系统每天大量的电解液从一个贮槽转输到另一贮槽，以前是人员守在贮槽边，通过观察浮筒判断贮槽里的液量，经常因为疏忽发生漫液事故。现在用超声波测量液位，在DCS系统设置高液位预警线和报警线，实现远程监控液位[7-8]。

3.3 计量和测量

在铜电解中大量的工艺介质需要精确计量，方便生产统计。在所有需要计量的工艺介质管道上安装流量计，并将数据实时传入DCS控制系统。电解液的转运量较大，为系统铜酸的平衡，需要对系统进出液量进行计量。原先用浮筒测量，现在可以时刻监控电解液的进出量。电解系统使用的蒸气和压缩风，原先是在管道上安装压力表，人工现场读取读数，现在管道安装在线检测压力表，实时传输数据，DCS界面实时显示,并设置高低报警线，当出现异常，主控系统自动发出提示，使生产能及时快速作出调整。

3.4 设备控制

电解车间所有泵所配置的控制柜可以实现手动按钮操作和上位机HMI操作两种模式，为了能使泵具有双控功能，既能本地操作，又能通过远程操作。需要在低压电气柜上增加一个两位旋钮开关，为本地控制和远程控制提供切换控制点。在DCS系统设置各种设备运行正常时的电流大小和变频参数，当出现异常时，系统出现异常提示或者设备自动停止运行，其中循环水系统操作界面如图5。

图5 循环水系统操作面板

3.5 生产数据处理

在铜电解过程中，大量的数据需要进行收集、统计和分析，以便后期的生产调整和生产成本核算。原先需要人工统计转液量、蒸气消耗、水和压缩风等能耗，进行每日累加，汇总分析，制作各种生产报表，精确性和及时性较差。现在DCS系统实时显示各种转液量和各种能耗，编制自动生产报表程序，电脑生成每日、每周和每月的各种生产报表，精确、快捷和及时获得生产数据。

4 结语

大冶有色30万t铜电解项目工艺过程控制DCS系统，自2012年10月投产以来，运作正常平稳。铜电解用DCS工艺过程集中监测后，各种生产数据能及时的反应生产运行情况及设备的运转状态。主控室对各个设备进行启停操作和相关运行参数的监测，并能方便的发现故障问题的发生，提升了设备的管理和维护水平。运用工艺过程控制DCS系统，提高了生产效率，同时节省了人力和物力，降低了生产成本，提高了企业的经济效益。

[1] 凌志浩.DCS与现场总线控制系统[M].上海;华东理工大学出版社,2008.

[2] 王常力,罗安.分布式控制系统(DCS)设计与应用实例[M].电子工业出版社,2005．

[3] 君红等.免疫智能控制算法在JX-300DCS中的应用[J].化工自动化及仪表,2009，36(3):73-75.

[4] 吴锡祺等.多级分布式控制与集散系统[M].北京:中国计量出版社,2001．

[5] 邱华云．DCS动态流程图画面的设计及组态[J].石油化工自动化,2004，(1):48-50．

[6] 乐安胜等.大冶有色300 kt/a铜电解设计与生产实践[J].中国有色冶金,2015, (4)：7-9.

[7] 肖学武等.铜电解过程控制及优化[C].2005第四届全国石油和化学工业仪表及自动化技术交流研讨会论文集,2005.

[8] 张则军等.浅析DCS温度调节回路故障对生产影响的改进思路[J].化工自动化及仪表,2008,35(4):84-86.

美国FPL计划新增八座光伏电站共计600 MW

美国佛罗里达州Florida Power&Light(FPL)宣布扩大其近期太阳能发电新计划。FPL目前计划在2018年初在八个站点建造新的太阳能光伏厂，包括使用超过250万块太阳能电池板。这八座太阳能光伏电站每一个规模都是74.5 MW，总共近600 MW，足以为大约12万个家庭供电。这些工厂将位于佛罗里达州的各个地点。FPL目前运营超过335 MW的太阳能发电能力，足以为60 000个家庭供电。

DCS application in copper electrolysis production

YUE An-sheng, XIE Hong-hui

This paper introduces the application of DCS in Daye Nonferrous’s 300 kt/a electrolytic refining project and describes the copper electrolysis instrument selection, DCS configuration, network structure design and production process monitoring. The operator station can realize process equipment start-stop, sequence and logic control, operation parameters and fault monitoring, the centralized monitoring of production process as well as automatic data processing in central control room so as to achieve the goal of stable, efficient and reliable operation.

DCS; copper electrolysis; permanent cathode electrolysis

乐安胜(1983—)，男，湖北大冶人，冶金工程师，从事冶金生产技术工作。

2016-- 01-- 13

TF811； TF355.4

B

1672-- 6103(2017)02-- 0045-- 04