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Prozeßleitsystem für die koksbehandlung und die kesselautomatsierung der anodenmassen-produktion im bratsker aluminiumwerk OAO "BRAZ"

Das PLS dient der Kontrolle, Steuerung und dem Havarieschutz des Koksglühprozesses und der Abgas-Utilisation.

Bestimmungszweck
Der Zweck der Wärme-Behandlung des Kokses besteht darin, den Koks zu entfeuchten, aus ihm flüchtige Bestandteile zu entfernen und seine physisch-chemischen Eigenschaften zu verbessern.

In der Wärmeabteilung befinden sich vier technologische Linien für die Koksbehandlung. Der Koks wird in den rotierenden Rohrofen (3 Meter im Durchmesser und 45 Meter lang) zum Glühen gebracht. Die Ofenleistung beträgt 8 bis 16 t/h in Abhängigkeit von der Kokssorte. Der Koks wird nach dem Gegenstromprinzip von Rohstoff und Gas wärmebehandelt, das sich im Ergebnis der Verbrennung von Brennstoff (Masut) bildet und aus flüchtigen Bestandteilen und Kohlenstoffen von Koks besteht. Zur Verbrennung des Brennstoffes wird mit Ofengebläsen Luft in die Feuerungsstelle geblasen. Die Glühöfen werden von den kontinuierlich arbeitenden Bandwaagen gespeist, die im Fern- oder Automatik-Betrieb gesteuert werden.

Die Utilisation der Abgase von den Glühöfen erfolgt in der Kesselabteilung, wo sich 4 Kesselaggregate des Typs BGM-35M (je ein Aggregat pro Glühofen) befinden. Die Kessel können sowohl im Betrieb der reinen Utilisation, d.h. nur mit Abgas-Verbrennung, als auch im Betrieb der Utilisation mit der Masut- Verdünnung arbeiten. Der Utilisations-Kesselraum gehört zur Betriebsklasse „G“ gemäß Normativ ONTP-24 86 und zur Raumklasse „P-2“, Feuerbeständigkeitsgrad – „II“ gemäß Elektronormen PUE.

Das Steuerobjekt besteht aus folgender technologischer Ausrüstung: Glühöfen, Kühlanlagen, Lüfter, Rauchabzüge, Materialzuführungen, Dosierbandwaagen, Schieber, Pumpen, elektrische Speisepumpen, Dampfreduzier- und kühlstationen usw.

Zur Realisierung des PLS wird sowohl Hardware als auch Software des Systems PCS7 v5.1 verwendet.

Glühofen

Struktur und Funktionen des PLS:

Struktur des PLS
Als Hardware für die Wärmebehandlung ist das Automatisierungssystem SIMATIC S7-400 mit redundanter CPU 417-4H und dezentralisierter Peripherie ET200M gewählt worden.

Von der Engineeringsstation (ES) werden sowohl die Automatisierungssysteme aller Ebenen als auch die Operatorstationen programmiert und projektiert.

Alle Automatisierungssysteme und Operatorstationen werden durch das lokale nichtredundante Leitungsnetz Industrial Ethernet verbunden.

Gesamtanzahl von PLS- Signalen:

Signals	Boiler chamber	Calcination chamber	Total
Analoge Eingänge	312	119	431
Analoge Ausgänge		4	4
Diskrete Eingänge	184	134	318
Diskrete Ausgänge	375	128	503
Frequenzeingänge		8	8
Wägesystem SIWAREX		4	4
Gesamtanzahl von ET200M	16	5	19

Das PLS gestattet es, alle Geber von den Automatisierungsystemen zyklisch abzufragen. Die Abfragezeit für diskrete Geber beträgt 300 ms, Durchfluß-, Druck-, und Füllstand-Geber 600 ms und für analoge Temperaturgeber 1200 ms.

Die maximale Zeit für die Erneuerung der Daten an den Operatorarbeitsplätzen beträgt 2 s.

Das System hat eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sowohl für die Hardware der örtlichen Schränke als auch für die Operatorarbeitsplätze der Dispatcherzentrale. Die Betriebsdauer der AS beträgt nicht weniger als 2 Stunden nach dem völligen Abschalten der Stromversorgung vom Netz.

Informationsdarstellung

Informationsdarstellung:
1. Die technologischen Daten werden auf dem Bildschirm auf Abfrage des Operators in folgender Art und Weise dargestellt:

Fließbilder mit verschiedenen Einzelheiten, wo die Information über den sich verändernden technologischen Prozeß und die Parameter dargestellt werden;

zusammengefasste und detaillierte Bildausschnitte von Havariezuständen des technologischen Prozesses und des PLS;

Bedienprotokolle (Stunden-, Schicht-, Tages-, Monatsprotokolle).
2. Das System signalisiert Havarie- und Warnzustände;
3. Die Aggregate werden vom Operator entsprechend dem technologischen Reglament gesteuert. Im Steuersystem sind Schutzfunktionen zur Vermeidung von Fehlbedienungen hinterlegt;
4. Mitteilungsprotokolle werden auf dem Bildschirm ausgegeben, z.B.: Bedienhandlungen (Quittieren, Abfragen, Löschen, Zustands-Änderungen von Stellorganen);
5. Auf dem Bildschirm werden unterschiedliche grafische Abläufe von technologischen Parametern dargestellt.

Fließbild Kessel №3
Regelsystem

Zur Stabilisierung der technologischen Parameter innerhalb vorgegebener Grenzen werden PID-Regler verwendet.
Hauptregelkreise:

Stabilisierung der Temperatur im Warmteil des Ofens mittels Durchflußregelung der Masut-Zuführung;

Regelung des Luft- und Dampf-Verbrauchs des Ofens proportional dem Masut-Verbrauch;

Unterdruck-Regelung hinter dem Kessel. Der Regler steuert die Leitelemente im Rauchabzug. Dadurch wird der Unterdruck hinter dem Kessel und gleichzeitig die Temperatur des Gases im Kaltteil des Ofens geregelt;

Speisereglung des Utilisations-Kessels. Das Kesseltrommel-Niveau wird über die Speisewasser-Zufuhr in die Kesseltrommel mit Durchflußkorrektur des überhitzten Dampfes geregelt;

Temperatur-Regelung des überhitzten Dampfes mit einer Korrektur in Abhängigkeit von der Temperatur-Änderung unmittelbar hinter dem Einspritz-Dampfkühler;

Druckregelung des überhitzten Dampfes;

Regelung der Wärmelast im Kessel. Der Dampfdruck in der Kesseltrommel wird über die Masut-Zuführung an die Düse geregelt;

Temperatur- und Druckregelung am Ausgang der Dampfreduzier- und -kühlstationen;

Niveau- und Druckreglung im Entgaser;

Niveaureglung in den Behältern mit chemisch gereinigtem Wasser (Chemische Wasseraufbereitung).

Frontansicht des Speisewasserreglers

Koksdosierung

Dosierbandwaage

Die Dosierung von Koks für die Glühöfen erfolgt mittels kontinuierlich arbeitender Dosierbandwaagen.
Funktionen der Dosierbandwaagen:

Gewichtsbestimmung des Materials, Gewichtskorrektur unter Berücksichtigung des Bandnaht-Gewichtes;

Geschwindigkeitsmessung des Förderbandes unter Berücksichtigung des Bandschlupfes, wobei die Signale von den Drehzahlgebern der angetriebenen und antreibenden Wellen ausgewertet werden;

Steuerung der Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der vorgegebenen Fördermenge;

Einstellung der Systemparameter und Regelgrößen für die Fördermenge;

Überwachung der Havariesituationen (Havarieabschaltung).

Eigendiagnose

Das PLS besteht aus Software- und Hardware-Elementen zur Eigendiagnose. Dadurch wird die Fehlersuche und -beseitigung erleichtert und die Anlagen-Zuverlässigkeit erhöht. Ausfälle von Hardware und Software werden in ein Fehlerprotokoll eingetragen und auf einem speziellen Bildschirm für Eigendiagnose dargestellt.

Fließbild Eigendiagnose mit Einzeldarstellung von Gerätefehlern

Ergebnisse des eingesetzten Prozeßleitsystems:

Erweiterung der Überwachungs- und Steuerfunktionen;

Verbesserung der Betriebseigenschaften des Speisewasserreglers;

Erhöhung der Zuverlässigkeit des Havarieschutzsystems;

Erhöhung der Qualität der Prozeßsteuerung;

Verminderung der Anzahl und Dauer von Produktionsausfällen infolge von Havariesituationen;

Vereinfachung der Systembedienung;

Verbesserung der Kontrolle des Bedienpersonals.

Einsatz des PLS:

Kesselabteilung – im April 2002,

Glühabteilung – im Oktober 2002.

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