陽(yáng)極泥處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制

黃 萍 左池舟

(銅陵有色稀貴金屬分公司， 安徽 銅陵 244021)

陽(yáng)極泥處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制

黃 萍 左池舟

(銅陵有色稀貴金屬分公司， 安徽 銅陵 244021)

通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)和典型控制回路的詳細(xì)介紹，論述了自動(dòng)控制系統(tǒng)在陽(yáng)極處理工藝中應(yīng)用是可行的，且可用于其它同類生產(chǎn)工藝中。

儀表; 控制; 自動(dòng)化; 典型控制回路

銅陽(yáng)極泥處理系統(tǒng)是在銅陽(yáng)極泥中提煉各種貴金屬和稀有金屬的工藝過(guò)程。該工藝有濕法或火法冶煉，也有濕法加火法冶煉。濕法冶煉處理量小，自動(dòng)化程度低，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，環(huán)境污染嚴(yán)重。2007年某公司選用了濕法加火法的冶煉工藝，自動(dòng)化程度高，處理量大幅增加，回收率有了很大提高，環(huán)境污染得到有效控制。主流程引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)工藝，主要由銅浸出、熔煉工序、煙氣處理、硒回收等工序組成。該工藝既有化工行業(yè)的特點(diǎn)，又有冶煉行業(yè)的特點(diǎn)?；A(chǔ)設(shè)計(jì)由國(guó)外某公司完成,生產(chǎn)自動(dòng)化程度高。生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)由檢測(cè)儀表和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，其使用各種檢測(cè)和控制儀表330多臺(tái)(件),各種I/O點(diǎn)1 300多個(gè)。主控制系統(tǒng)采用Freelance2000/AC800F產(chǎn)品，所有工藝參數(shù)顯示和電機(jī)控制均由DCS控制系統(tǒng)完成。

1 控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

DCS控制系統(tǒng)選用的是Freelance2000/AC800F控制系統(tǒng), 分為操作員級(jí)和過(guò)程級(jí)。操作員級(jí)具有操作、監(jiān)控、歸檔和記錄、趨勢(shì)和報(bào)警功能。開環(huán)和閉環(huán)控制功能在控制器上處理，由兩套獨(dú)立的過(guò)程控制器組成,非冗余系統(tǒng)。兩臺(tái)操作員站和一臺(tái)工程師站完成整個(gè)系統(tǒng)的操作和組態(tài)。PS1工作站通過(guò)Profibus DP總線與5組計(jì)53塊I/O模塊相連。PS2工作站通過(guò)Profibus DP總線與4組計(jì)47塊I/O模塊相連。并通過(guò)Profibus DP總線與稱重儀表、變頻器等現(xiàn)場(chǎng)儀表及設(shè)備進(jìn)行通信。所有電氣設(shè)備正常使用時(shí)均由DCS集中控制，實(shí)現(xiàn)電儀一體化。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 典型控制回路

2.1 泵和攪拌裝置的連鎖控制

所有泵和攪拌裝置的電機(jī)均在DCS操作員站上遠(yuǎn)程手動(dòng)啟/停，現(xiàn)場(chǎng)安裝隔離開關(guān), 檢修時(shí)，斷開隔離開關(guān)，即斷開電機(jī)電源主回路，可以確保維修人員的人身安全。各種循環(huán)槽排料泵，與音叉式液位開關(guān)連鎖，當(dāng)泵前管道及儲(chǔ)槽排空時(shí)，音叉開關(guān)會(huì)發(fā)出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)到DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)自動(dòng)停泵，這樣可以防止泵空轉(zhuǎn)，提高了泵的使用壽命。在泵送物料進(jìn)入壓濾機(jī)過(guò)程中，當(dāng)壓濾機(jī)進(jìn)口的壓力大于一定值時(shí)，DCS系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)自動(dòng)停泵。通過(guò)控制回路可以確保設(shè)備安全，延長(zhǎng)其使用壽命，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。電機(jī)典型接線及控制回路如圖2。

圖2 典型電機(jī)控制回路圖

2.2 熔煉爐運(yùn)行控制

熔煉爐爐體旋轉(zhuǎn)由電機(jī)傳動(dòng)，由兩臺(tái)變頻電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng),并繞縱軸旋轉(zhuǎn),其中一臺(tái)為主電機(jī)，另一臺(tái)為從電機(jī)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配備了兩臺(tái)ACS800變頻器用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度控制。爐子旋轉(zhuǎn)速度的控制為開環(huán)控制，由操作人員根據(jù)生產(chǎn)情況和爐子傾轉(zhuǎn)角度在操作臺(tái)上設(shè)定，設(shè)定信號(hào)經(jīng)過(guò)DCS系統(tǒng)與其它連鎖信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后控制爐子旋轉(zhuǎn)，確保爐子安全運(yùn)行。

爐子傾轉(zhuǎn)同樣由電機(jī)傳動(dòng),由1臺(tái)ACS800變頻器控制，傾轉(zhuǎn)電機(jī)配備了一個(gè)脈沖編碼器，用于測(cè)量爐子的實(shí)際傾轉(zhuǎn)角度。傾轉(zhuǎn)角度的控制不通過(guò)DCS系統(tǒng),而是通過(guò)操作臺(tái)上的操縱桿給出電信號(hào)遠(yuǎn)程控制變頻器，變頻器控制傾轉(zhuǎn)電機(jī)工作。

2.3 噴槍的控制

噴槍控制包括兩部分：一是噴槍設(shè)備本身的控制，另一個(gè)是進(jìn)入噴槍工藝介質(zhì)的控制。

噴槍分為燃燒和吹煉兩種，它們的移動(dòng)通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)控制。操作人員在操作臺(tái)上通過(guò)按鈕發(fā)出指令，經(jīng)過(guò)DCS系統(tǒng)與相關(guān)條件邏輯運(yùn)算后發(fā)出正確的控制命令，使噴槍運(yùn)行到要求的位置，如噴槍準(zhǔn)備插入爐中時(shí)，爐子的傾轉(zhuǎn)角度必須在要求的范圍內(nèi)，吹煉噴槍在插入爐中40%～60%時(shí)必須加入吹煉空氣等。否則，DCS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)阻止噴槍的移動(dòng)，防止噴槍被熔體堵塞或損壞噴槍，在這些連鎖條件下保證了設(shè)備的安全，延長(zhǎng)了噴槍的使用壽命。

燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制如圖3所示，燃燒噴槍主要使用天然氣和氧氣用于爐子保溫和加熱。在不同的熔煉周期中，為了控制爐溫，天然氣量和氧氣量是不同的。操作人員可以在DCS操作員站上根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)定天然氣量。天然氣和氧氣的使用量有一定的比例關(guān)系，由比值控制系統(tǒng)控制，一定量的天然氣就會(huì)伴隨一定量的氧氣自動(dòng)送入爐中。

圖3 天然氣與氧氣比值控制工藝儀表圖

圖4 閥門接線原理圖

為了保證生產(chǎn)安全，燃燒噴槍點(diǎn)火啟動(dòng)后，在一定時(shí)間內(nèi)操作人員必須確認(rèn)噴槍已經(jīng)點(diǎn)燃，超出設(shè)定時(shí)間時(shí)DCS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉天然氣、氧氣閥門，防止?fàn)t內(nèi)集聚過(guò)多未燃天然氣和氧氣而引起爆炸，消除安全隱患。

2.4 閥門控制

為保證控制準(zhǔn)確可靠，該工藝使用了近70臺(tái)氣動(dòng)閥，其中50多臺(tái)閥門處于惡劣環(huán)境中。為防止在該環(huán)境中腐蝕性氣體腐蝕常用的閥位反饋開關(guān)觸點(diǎn)，增加維護(hù)量，影響生產(chǎn)，故配置了電感式閥位反饋接近開關(guān)，在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該接近開關(guān)與I/O模塊連接時(shí)，有感應(yīng)電壓進(jìn)入控制系統(tǒng)，于是配備了中間繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)接隔離。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，使用5年多來(lái)，雖然初期投資比使用常用的機(jī)械式閥位開關(guān)大，但未發(fā)生閥位觸點(diǎn)因腐蝕故障而引起控制失誤，大幅減少了維護(hù)工作量和維修成本，也減少了故障停車時(shí)間。閥門接線見(jiàn)圖4、圖5。

3 檢測(cè)儀表

檢測(cè)儀表主要由溫度計(jì)、液位變送器、流量計(jì)、稱重系統(tǒng)、各種限位開關(guān)、速度開關(guān)、帶位置反饋的開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥等組成，檢測(cè)儀表的準(zhǔn)確可靠為控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供了保證。

圖5 電感式閥位限位開關(guān)接線圖

3.1 溫度計(jì)

選用一體化熱電阻溫度變送器，輸出4～20 mA DC電信號(hào)送控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示或?qū)崿F(xiàn)保護(hù)功能。因被檢測(cè)介質(zhì)一般是強(qiáng)腐蝕性液體，為了減少泄漏點(diǎn)，各種儲(chǔ)槽的溫度檢測(cè)均從槽頂向下插入，傳感器的長(zhǎng)度為槽深長(zhǎng)度，插入深度一般為3 400 mm左右。由于儲(chǔ)槽帶有攪拌器，槽內(nèi)介質(zhì)按照一定方向流動(dòng)，對(duì)保護(hù)管有很大的磨損作用，為此對(duì)所有槽內(nèi)溫度計(jì)都做了固定支架和保護(hù)套管,這樣可以延長(zhǎng)溫度傳感器的使用壽命。對(duì)一些腐蝕性較強(qiáng)，溫度在100 ℃以下的介質(zhì)，保護(hù)管采用SUS304L加外敷PTFE，對(duì)于高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)采用了鈦2(Ti2)保護(hù)套管，效果良好。

3.2 液位變送器

根據(jù)被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)不同,選用了不同工作原理的液位計(jì)20多臺(tái)套,根據(jù)不同的介質(zhì)、不同的儲(chǔ)槽選擇了不同的液位計(jì)，主要使用非接觸雷達(dá)液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、放射線液位計(jì)等。

由于高壓釜為密閉容器，安裝有攪拌器，槽內(nèi)加入了12 bar蒸汽和12 bar氧氣,釜內(nèi)介質(zhì)腐蝕性非常強(qiáng)，無(wú)法使用直接測(cè)量液位的方法,故選用了非接觸式的液位計(jì)- 放射線液位計(jì),使用效果較好。其測(cè)量原理是基于射線在穿透某種材料時(shí)其能量會(huì)被衰減。該液位計(jì)一次安裝，無(wú)需維護(hù)。

3.3 流量計(jì)

根據(jù)不同的測(cè)量介質(zhì)選用不同的流量計(jì),對(duì)于氣體選用了熱式質(zhì)量流量計(jì)；對(duì)于液體，選用了電磁流量計(jì)，使用效果好。

為了檢測(cè)進(jìn)入反應(yīng)釜內(nèi)陽(yáng)極泥的質(zhì)量，采用了流量計(jì)和密度計(jì)同時(shí)測(cè)量的方法。電磁流量計(jì)測(cè)出體積流量，放射性密度計(jì)測(cè)出漿液中含有陽(yáng)極泥的密度(其原理與放射線液位計(jì)相同)，體積流量乘以密度就得到質(zhì)量。據(jù)此可以了解進(jìn)入高壓釜的陽(yáng)極泥的數(shù)量，為生產(chǎn)金屬平衡的計(jì)算提供依據(jù)。

3.4 壓力測(cè)量

各種介質(zhì)的壓力測(cè)量均選用了現(xiàn)場(chǎng)壓力表和壓力變送器,在所有泵出口都安裝有壓力表,用于監(jiān)測(cè)泵的運(yùn)行情況。對(duì)于無(wú)腐蝕性的介質(zhì)安裝普通彈簧管壓力表,對(duì)于有腐蝕性的介質(zhì)則選用了隔膜壓力表，對(duì)于壓力波動(dòng)比較大的測(cè)點(diǎn)增加了緩沖管。壓力變送器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成DCS系統(tǒng)能夠接收的4～20 mA DC電信號(hào)用于顯示和控制。

3.5 配料系統(tǒng)

入爐的各種物料均采用靜態(tài)料斗秤計(jì)量，通過(guò)送料機(jī)倉(cāng)直接加入爐中，所有秤的信號(hào)均通過(guò)Profibus DP總線與控制系統(tǒng)連接。

4 安裝

施工質(zhì)量也是決定控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的重要標(biāo)志，在施工時(shí)考慮了抗干擾問(wèn)題，強(qiáng)電與弱電分開敷設(shè)，所有橋架均采用鋼制橋架。由于環(huán)境中存在氯離子，與鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生有毒氣體，影響身體健康，在施工時(shí)就選用了SUS304L不銹鋼材料，所有儀表信號(hào)電纜均選用單屏加總屏計(jì)算機(jī)電纜，控制系統(tǒng)做了單獨(dú)接地，其接地電阻滿足了小于1 Ω的要求。由于施工過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，雖然基建投資有所增加，但使用過(guò)程中未出現(xiàn)干擾和雷擊問(wèn)題，極大地減少了故障停車時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

陽(yáng)極泥處理工藝控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電儀一體化，充分體現(xiàn)了當(dāng)今控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，即控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)融合的發(fā)展趨勢(shì)。

實(shí)踐證明，該套控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)在陽(yáng)極泥處理工藝中應(yīng)用是可行的，也是可靠的。檢測(cè)儀表的正確選擇和應(yīng)用在陽(yáng)極泥處理工藝中不可忽略，以液位檢測(cè)為例，幾年來(lái)對(duì)儲(chǔ)槽液位測(cè)量進(jìn)行了多次改進(jìn)，不同的儲(chǔ)槽其測(cè)量方法不同，主要原因是測(cè)量介質(zhì)含有固體顆粒，粘附力和腐蝕性較強(qiáng)，有的槽內(nèi)裝有冷卻盤管、導(dǎo)流板、攪拌漿等設(shè)備，采用接觸式測(cè)量方法容易堵塞，非接觸方法測(cè)量空間不能滿足儀表測(cè)量要求，建議在儲(chǔ)槽設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員考慮液位計(jì)在槽體上的安裝方式和安裝位置以滿足儀表測(cè)量的要求。

Automatic Control of Anode Mud Treatment System

HUANG Ping, ZUO Chi-zhou

Through detailed description of the control system and typical control circuit, this paper expounds that the application of automatic control system in the treatment process of anode mud is feasible, and it can be used for similar production processes.

Instruments; control; automatic; typical control circuit

2014-08-13

黃萍(1964—)，女，江蘇揚(yáng)中人，大專，自動(dòng)化高級(jí)工程師，主要從事儀表自動(dòng)化技術(shù)管理。

TP272

A

1008-5122(2015)02-0033-04