立式葉濾機(jī)聯(lián)鎖邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計

黃其楊（貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，貴州　貴陽　550081）

立式葉濾機(jī)聯(lián)鎖邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計

黃其楊（貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，貴州貴陽550081）

本文通過對立式葉濾機(jī)生產(chǎn)流程及其工作原理的分析, 討論分析葉濾機(jī)生產(chǎn)流程中的儀表檢測及控制方法，提出立式葉濾機(jī)的聯(lián)鎖邏輯控制策略以及基于PLC的自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)例。

立式葉濾機(jī)；聯(lián)鎖邏輯；時序控制；PID；PLC

在目前氧化鋁生產(chǎn)過程中，鋁酸鈉溶液粗液的控制過濾設(shè)備大多為所熟悉的新型立式葉濾機(jī)。該設(shè)備相比較其他過濾設(shè)備，具有過濾效率高、自動化程度高、占地面積少、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。本文就其自動控制設(shè)計予以分析探討。

1　立式葉濾機(jī)工作流程及原理

粗液槽中粗液由粗液泵打入葉濾機(jī)筒體內(nèi)，再借助粗液泵提供的一定壓力，粗液通過濾袋即形成精液，精液沿導(dǎo)流管流入聚液器，然后進(jìn)入機(jī)筒外部的精液總管，最后進(jìn)入精液槽；未通過濾袋的濾渣在濾袋外部形成濾餅，通過葉濾機(jī)筒體底部排泥閥進(jìn)入濾餅槽。立式葉濾機(jī)一個過濾周期由進(jìn)料、過濾、泄壓、排泥四個過程組成。如圖1所示。

初次進(jìn)料階段：（適用于初次使用，或排空料后再次重新開機(jī)）開啟粗液泵，打開進(jìn)料閥和循環(huán)閥，粗液進(jìn)入葉濾機(jī)內(nèi)。

濾布掛泥階段：此時透過濾布的濾液為渾濁液，經(jīng)循環(huán)閥返回粗液槽，在此循環(huán)過程中，濾布表面逐漸形成均勻的涂層，當(dāng)渾濁液變清后，關(guān)閉循環(huán)閥，進(jìn)入正常過濾階段。

正常過濾階段：此時僅進(jìn)料閥開啟，粗液中浮游物被隔離在濾布表面形成濾餅，濾后精液經(jīng)外部組管排放到高于葉濾機(jī)頂部的高位槽后進(jìn)入精液槽。

泄壓反沖排泥：關(guān)閉進(jìn)料閥延時幾秒后打開泄壓閥，再延時幾秒后再打開排泥閥，排出上一循環(huán)沉降濃縮于筒體錐底的濾餅。此時高位槽內(nèi)作為蓄能的精液自上而下反向流動，新鮮濾餅被精液反沖后脫落于懸浮液中，向筒體錐底部沉積。

液面調(diào)整及循環(huán)：關(guān)閉排泥閥，開啟液面調(diào)整閥，重新調(diào)整液位，調(diào)整完畢后關(guān)閉液面調(diào)整閥和泄壓閥，打開進(jìn)料閥和循環(huán)閥，在機(jī)體內(nèi)頂部重新建立氣墊。從第2階段開始重新進(jìn)入下一輪循環(huán)。

2　立式葉濾機(jī)聯(lián)鎖邏輯控制設(shè)計

立式葉濾機(jī)是否可以高效穩(wěn)定運(yùn)行，除機(jī)械系統(tǒng)的可靠性設(shè)計外，控制系統(tǒng)設(shè)計也很關(guān)鍵。控制要求的提出除了要滿足設(shè)備的工作原理以外，還要符合生產(chǎn)工藝的要求，為了增強(qiáng)控制系統(tǒng)對不同工況物料的適應(yīng)性，還希望可以通過細(xì)化控制參數(shù)設(shè)定的方法來實(shí)現(xiàn)。

2.1時序控制

根據(jù)以上對葉濾機(jī)工作流程及工作原理的分析，可以得出，葉濾機(jī)每循環(huán)中進(jìn)料閥、泄壓閥、排泥閥、液面調(diào)整閥以及循環(huán)閥的開閉時序設(shè)計，如圖2所示。

參數(shù)說明：T表示一個循環(huán)周期總時間，范圍5～120min，通常60min；t0=T/N表示卸料頻率，由系統(tǒng)計算，N表示正在工作的葉濾機(jī)臺數(shù)（多臺葉濾機(jī)并行使用情況）；t1表示液位調(diào)整延時時間，范圍20～30sec，通常25sec；t2表示液位調(diào)整時間，范圍0～10sec，通常0sec；t3表示氣墊釋放時間，范圍0～10sec，通常5sec；t4表示泄壓時間，范圍40～120sec，通常55sec；t5表示排泥時間，范圍4～10sec，通常7sec；t6表示液位調(diào)整延時時間，范圍0～10sec，通常5sec；t7表示回收時間，0～4min，通常2min。

以上提供的時間范圍及設(shè)置僅供參考，實(shí)際操作時應(yīng)根據(jù)所用工序的物料性質(zhì)、工藝要求及設(shè)備（主要是粗液泵和濾布）的使用情況，具體問題具體對待。

進(jìn)料閥、泄壓閥、排泥閥、液面調(diào)整閥以及循環(huán)閥均采用雙控氣動閥，“打開”和“關(guān)閉”分別由2個電磁閥控制，同時采用2個限位開關(guān)來判斷氣動閥的開閉位置狀態(tài)。

2.2進(jìn)料壓力控制

葉濾機(jī)的過濾能力是靠葉濾機(jī)筒體允許的最大工作壓力（即進(jìn)料壓力）來限定的，這個壓力可通過葉濾機(jī)進(jìn)料粗液泵用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)控制。在過濾階段，希望泵的轉(zhuǎn)速能夠保證在殼體壓力不發(fā)生激烈變化的情況下設(shè)計壓力與設(shè)定壓力間的偏差盡量小，因?yàn)槿绻谡{(diào)節(jié)壓力時造成實(shí)際壓力波動較大，濾餅由于壓力變化的作用會發(fā)生變化，影響過濾效果。

如果操作者提高粗液泵的設(shè)定壓力值，葉濾機(jī)的產(chǎn)能將增加。該立式葉濾機(jī)的工作壓力設(shè)定范圍為0.05MPa≤P≤0.39MPa，粗液泵的調(diào)速范圍將按最小0.05MPa和最大0.39Mpa兩個限制壓力值進(jìn)行計算。調(diào)節(jié)回路圖如圖3所示。

圖2　立式葉濾機(jī)時序控制原理

圖3　立式葉濾機(jī)進(jìn)料壓力控制原理

粗液泵出口設(shè)壓力變送器，該壓力檢測信號送入控制系統(tǒng)。粗液泵選用變頻調(diào)速，狀態(tài)及控制信號送入控制系統(tǒng)?？刂苹芈凡捎脝位芈稰ID控制，先設(shè)定壓力值為控制目標(biāo)，現(xiàn)場檢測的壓力信號通過PID控制器的運(yùn)算輸出來調(diào)節(jié)變頻器的頻率，致使粗液泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度變化，從而導(dǎo)致粗液泵出口壓力相應(yīng)的變化，以達(dá)到事先設(shè)定的目標(biāo)值。

2.3報警系統(tǒng)

為了適應(yīng)產(chǎn)能的變化需求，粗液槽液位需保持在一定的液位，并設(shè)置高液位、低液位報警。當(dāng)液位高報警時，操作者決定增加葉濾機(jī)工作臺數(shù)或者增加葉濾機(jī)進(jìn)料流量，反之，當(dāng)液位低報警時，操作者決定減少葉濾機(jī)工作臺數(shù)或者減小葉濾機(jī)進(jìn)料流量。

高位槽設(shè)置低液位報警檢測，從泄壓閥限位開關(guān)開到位時開始計時直到低液位報警停止計時器，再用此計時器的計時時間與設(shè)定值（通常在10～15sec）比較，如果連續(xù)出現(xiàn)3次以上計時器時間大于設(shè)定值的情況，則可考慮濾布再生了。

對于進(jìn)料閥、泄壓閥、排泥閥、循環(huán)閥以及液面調(diào)整閥，如果在執(zhí)行開命令3秒后仍未開到位，或者在執(zhí)行關(guān)命令3秒后仍未關(guān)到位，則給予操作者報警信號，操作者決定是否終止過濾進(jìn)程。

葉濾機(jī)筒體頂部設(shè)置壓力檢測并設(shè)置高報警點(diǎn)（0.35MPa），壓力高報警發(fā)生時，操作者決定是否停止粗液泵。

3　自動控制系統(tǒng)

通過以上的介紹和分析可以看出，葉濾機(jī)控制系統(tǒng)需要控制的設(shè)備主要有5個電控氣動閥和1臺變頻泵，參與控制的儀表檢測點(diǎn)有粗液泵出口壓力、流量、葉濾機(jī)頂部壓力及高位槽低液位。統(tǒng)計有AI點(diǎn)5個，AO點(diǎn)1個，DI點(diǎn)15個，DO點(diǎn)11個?？刂埔?guī)模較小，所以采用羅克韋爾自動化的SLC500，上位機(jī)軟件采用Rsview SE。有了上述控制策略的詳細(xì)描述，很容易編程調(diào)試完成此控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動控制。

4　結(jié)語

該自控系統(tǒng)已成功應(yīng)用在多家氧化鋁廠，在生產(chǎn)過程中運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，自動化程度高，可調(diào)參數(shù)設(shè)置合理。針對不同介質(zhì)，只要根據(jù)不同介質(zhì)物性調(diào)整設(shè)置不同的參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)葉濾機(jī)的全自動控制。

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Design of Interlock and Logic Control System for Vertical Leaf Filter

This paper analyses the production workflow and principle of vertical leaf filter, discusses its instrument measurement and control methodsand proposes the logic control strategy with interlock and the example for automatic control system based on PLC.

Vertical leaf filter; Interlock and logic; Schedule control; PID; PLC

圖1立式葉濾機(jī)工藝流程

B

1003-0492(2015)03-0090-02

TP273

黃其楊（1975-），男，高級工程師，工學(xué)碩士，現(xiàn)就職于貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，主要從事工業(yè)自動化及儀器儀表研究。