钛白粉厂自动控制设计思路论文
1 工程概述
某地区新建了6万吨/年硫酸法钛白粉工程, 其生产由以下工序组成:原矿粉碎、酸解沉降、控制过滤、转台过滤、浓缩、钛液水解、一次水洗、漂白、二次水洗、盐处理、煅烧、中间粉碎、表面处理、后处理和成品包装。用电设备有风扫磨、压滤机、煅烧窑、风机、空压机、锅炉、除尘器、泵等。
硫酸法钛白粉生产的特点是:流程长, 间隙操作岗位多, 因此很难实现全系统DCS控制和管理。根据生产特点和岗位的重要性, 设计考虑关键工序过滤-水解工序、煅烧及中间粉碎工序, 后处理工序采用罗克韦尔的AB系列的PLC控制系统。
2 系统组成
本系统采用PLC+本地系统上位机控制方式。PLC系统采用冗余配置:CPU、电源模块、通讯单元采用双机热备冗余配置。CPU采用双机冗余后, 当一台CPU故障时, 系统可自动无间断地切换至另一台CPU运行, 当一路通讯故障时, 系统可自动切换至另一路网络通讯, 当主机电源故障时系统可自动切换至备用单元, 可保证系统继续运行。冗余系统的采用保证了系统的稳定可靠运行。罗克韦尔AB Logix5000 PLC保证完成系统所有数据的采集、处理及逻辑程序控制。系统选用DELL SC420计算机, 并配21寸液晶显示屏, 实现对PLC程序的编制和上位机画面的组态、调试、操作, 在上位机安装了两块1O/1OOM的自适应以太网卡, 控制室配备了两台TP-LINK, 型号为TP 1016的交换机实现与PLC通讯。该交换机还提供了与DCS交换机的接口, 保证与DCS系统的正常通讯。上位机上安装了Intouch9.0无限点监控软件, 实现对现场设备的操作、数据的采集及监控。
系统共由660个开关量输入、578个开关量输出、136个模拟量输入、23个模拟量输出组成。
2.1 硬件组成
系统选用罗克韦尔AB Logix5000 PLC产品, 系统硬件由两个主机架, 七个远程机架组成。主机架和远程机架通过Control Net网络通讯。
系统硬件的型号及数量如下表。
2.2 软件组成
PLC编程软件采用AB RSLogix5000, 以太网Ether Net通讯软件为RSlinx2.5, Control Net网络通讯软件为RSNet Worx for Control Net7.0, 软件可进行程序的编制、调试, 在线显示PLC的组态情况。
组态软件选用美国Wonderware公司的Intouch9.0上位机监控软件, 它是基于WINDOWS NT/2000/XP平台上的功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案。Window Maker是In Touch的开发环境。Window Maker图形用户界面符合Windows2000与Windows NT GUI标准。Window Maker支持浮动和固定工具栏;在整个程序中到处都有提供鼠标右键菜单, 供快速访问常用命令;提供支持1.67千万种颜色的可自定义调色板 (颜色支持仅受显卡性能的限制) 。“标记名字典” (运行时数据库) 是In Touch的核心。在运行时, 数据库包含数据库中所有项目的当前值。为了创建运行时数据库, In Touch需要了解所有要创建的变量的有关信息。创建时要求给每个变量指定标记名和类型。编写In Touch脚本是In Touch应用程序最强大的功能之一。“应用程序脚本”是与整个应用程序链接的。可以使用应用程序脚本来启动其它一些应用程序、创建过程模拟以及计算变量等。
3 控制功能的实现
3.1 统控制功能及要求
该系统要求是能自动进行过滤-水解工序、煅烧及中间粉碎工序、后处理工序投运、停运的自动过程及根据温度、压力、物位等介质进行自动控制调节。
过滤-水解工段:通过调节阀调节进浓钛液预热器蒸汽流量, 控制浓钛液热器槽温度为给定值;通过调节阀调节进浓缩蒸汽流量, 控制浓缩蒸汽压力为给定值;通过调节阀调节进水预热槽工艺水流量, 控制水预热槽液位为给定值;通过调节阀调节进结晶器进料流量为给定值, 当本次累计流量达到给定的批量值时, 关闭阀门等。
煅烧及中间粉碎工序:通过变频调节二次风机频率, 控制二次风流量控制窑尾罩温度;当废水复喷洗涤器进口温度高或废酸喷淋管压力低时联锁打开工艺水开关阀, 用工艺水补充喷淋。通过变频调节偏钛酸泵电机频率控制偏钛酸泵出料管压力;通过变频调节出料泵电机频率控制分散槽液位, 由辊压磨系统实施;通过调节阀控制进分散槽脱盐水流量, 来控制分散槽密度;通过调节阀控制进分散槽润湿剂流量, 使润湿剂与脱盐水按固定比值进分散剂槽;根据辊压磨前料仓的重量, 通过变频调节辊压磨主电机频率, 保证出料产品质量。
后处理工段:通过调节阀调节进硫酸锆制备槽蒸汽流量, 控制硫酸锆制备槽温度为给定值;通过变频器调节进闪干机进料螺旋的进料速度, 控制闪蒸干燥机出口温度为给定值;通过调节阀调节进低压空气贮气罐空气流量, 控制低压空气贮气罐压力为给定值;通过调节阀调节进三洗中洗水槽脱盐水流量, 控制三洗中洗水槽液位为给定值;通过调节阀调节进试剂脱盐水瞬时流量, 控制进试剂脱盐水的瞬时流量为定值, 当本批次累计流量值达到给定值时, 关闭调节阀等。
在主控制室上位机画面上可观察现场的数据参数、进行设备的自动控制的操作。
系统的功能如下:
(1) 设备控制:在画面上对设备进行手动、半自动、自动操作。
(2) 显示功能:画面上能观察现场设备的运行状态、监视仪表的实时数据、报警情况及实时趋势。
(3) 查询功能:画面上能查询数据的历史趋势、历史报警记录、历史报表。
(4) 趋势功能:画面上能实时的显示设备的实时趋势、查询历史趋势, 并可对趋势进行打印。
(5) 报警功能:当设备出现运行故障或者仪表测量量值超出范围时, 可根据情况发出报警。对一些重要参数 (如温度、水位、流量、压力、差压) 会发出声音或红色闪烁报警进行提示, 引起运行人员的注意。
(6) 打印功能:本系统能实现手动或自动生成报表, 并根据需要对报表进行打印。
3.2 PLC程序的结构
本系统采用模块化的编程风格, 将程序分成过滤-水解、煅烧及中间粉碎、后处理部分;在每部分中包含阀门控制、水泵及风机等控制、自动调节、步序逻辑、时间设定、流量变换及累积、PID调节等, 在主程序中调用相应块。模块化的编程方式使得控制思路清晰, 程序可读性强, 有利于整套控制系统调试和维护。最后形成编程软件的界面。
4 结束语
本套控制系统自调试运行后, 现场运行操作人员对系统提出了一些修改意见, 并根据工艺人员的建议对程序逻辑和监控画面作了进一步的修改、完善。在温度、水位、流量、压力、差压、电动阀等仪表调试完成后, 经一段时间观察及手动测量对比, 仪表测量准确可靠以后, 系统可以自动运行。自系统自动运行以来, 系统运行稳定、可靠, 极大地节省了人力, 降低了运行操作人员的劳动强度, 达到了设计的要求。