大豆制油廠溶劑庫(kù)存量自動(dòng)化計(jì)量應(yīng)用

左成兵

(中紡糧油(日照)有限公司，山東 日照 276826)

大豆制油廠溶劑庫(kù)存量計(jì)算方法通常有兩種：第一種是傳統(tǒng)手工打尺計(jì)算，即通過手工打尺，測(cè)量溶劑罐內(nèi)剩余溶劑的高度，然后通過人工查表法計(jì)算溶劑庫(kù)存量；第二種是采用自動(dòng)化儀表測(cè)量液位高度，然后人工查表的半手工方法，即在溶劑罐上部安裝液位傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量溶劑液位高度，通過人工查表的方法計(jì)算溶劑庫(kù)存量。本文介紹的計(jì)量方法是在第二種方法的基礎(chǔ)上，將液位傳感器信號(hào)作為高度變量，結(jié)合PLC編程，實(shí)現(xiàn)溶劑庫(kù)存量自動(dòng)計(jì)算，實(shí)時(shí)顯示溶劑庫(kù)存量數(shù)據(jù)，免于查表計(jì)算。

1 大豆制油廠溶劑儲(chǔ)存常用的3種罐體形式

大豆制油廠浸出車間溶劑儲(chǔ)存常用的罐體形式有臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐、臥式圓柱體儲(chǔ)罐、立式圓柱體拱頂罐，罐體形狀分別見圖1～圖3。

2 3種溶劑儲(chǔ)罐內(nèi)溶劑體積的計(jì)算公式

在生產(chǎn)中，操作人員常用容器內(nèi)物料的液面高度代表溶劑庫(kù)存量的多少，這樣非常不便。為了在原料供應(yīng)、產(chǎn)品銷售的計(jì)量和儲(chǔ)存等方面能直觀地顯示容器內(nèi)溶劑質(zhì)量，需要正確計(jì)算儲(chǔ)罐內(nèi)溶劑體積，就必須找出液面高度和體積的函數(shù)關(guān)系式。應(yīng)用高等數(shù)學(xué)的微積分方法，能精確地推導(dǎo)出臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐內(nèi)溶劑體積和液面高度的關(guān)系式，但是微積分公式無法通過PLC編寫程序的方法加以實(shí)現(xiàn)，因此采用近似的線性體積計(jì)算公式對(duì)微積分公式進(jìn)行線性化、標(biāo)準(zhǔn)化。實(shí)踐證明，這種線性化、標(biāo)準(zhǔn)化近似誤差是能滿足生產(chǎn)要求的。建立計(jì)算模型的原則為質(zhì)量=體積×密度。

圖1 臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐

圖2 臥式圓柱體儲(chǔ)罐

圖3 立式圓柱體拱頂罐

臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐溶劑體積計(jì)算公式如下：

V=[R2×arccos(1-h/R)-(R-h)×(2×R×h-h2)1/2]×L+πah2×[1-h/(3×R)]

臥式圓柱體諸罐溶劑體積計(jì)算公式如下：

V=[R2×arccos(1-h/R)-(R-h)×(2×R×h-h2)1/2]×L

立式圓柱體拱頂罐溶劑體積計(jì)算公式如下：

V=πR2×h

3 4 000 t/d大豆制油廠總的溶劑庫(kù)存量統(tǒng)計(jì)方法

為了便于展開介紹，以國(guó)內(nèi)某大型油脂企業(yè)4 000 t/d的大豆制油廠為例進(jìn)行論述。該企業(yè)浸出車間地下溶劑庫(kù)原有液位傳感器只是顯示液位高度，因?yàn)槿軇┕逓榕P式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，庫(kù)存溶劑體積計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算質(zhì)量也非常麻煩，不能直觀、實(shí)時(shí)地反映車間溶劑變化及消耗量。因此，提出根據(jù)溶劑罐液位傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)直接算出溶劑質(zhì)量并在上位機(jī)顯示，這樣能夠?qū)崟r(shí)掌握車間溶劑量變化情況。

該廠浸出車間容易計(jì)量的溶劑儲(chǔ)罐有地下溶劑庫(kù)(罐)4臺(tái)，是臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，工藝設(shè)備編號(hào)TK236-1、TK236-2、TK236-3、TK236-4；蒸發(fā)工段混合油罐1臺(tái)，是立式圓柱體拱頂罐，工藝設(shè)備編號(hào)TK206D；溶劑暫存罐1臺(tái)，是臥式圓柱體儲(chǔ)罐，工藝設(shè)備編號(hào)TK228。正常生產(chǎn)時(shí)，存在于其他設(shè)備的溶劑量變化不大，其庫(kù)存量可理解為定值常數(shù)，因此只要計(jì)算出可計(jì)量設(shè)備內(nèi)的溶劑量變化情況就能基本掌握整個(gè)車間溶劑庫(kù)存量變化情況。

4 利用PLC系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫(kù)存的實(shí)時(shí)顯示

利用PLC系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫(kù)存實(shí)時(shí)顯示的步驟：PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)(見圖4)、PLC程序編寫(見圖5)、優(yōu)化編譯、下載運(yùn)行。

程序編寫的主要思路是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、線性化后的計(jì)算公式計(jì)算體積，然后體積乘以溶劑密度計(jì)算溶劑質(zhì)量。溶劑高度是公式中的唯一變量，此高度數(shù)據(jù)由安裝在罐體上的液位傳感器傳輸而來。將所有庫(kù)存設(shè)備的數(shù)據(jù)按上述步驟進(jìn)行編程，并下載到CPU運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)溶劑庫(kù)存量的實(shí)時(shí)計(jì)算。

圖4 PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)

圖5 PLC編程原理

5 大豆制油廠溶劑庫(kù)存量PLC實(shí)時(shí)顯示應(yīng)用

上位機(jī)監(jiān)控畫面組態(tài)可實(shí)現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫(kù)存量的實(shí)時(shí)顯示。圖6為地下溶劑庫(kù)、溶劑暫存罐庫(kù)存量，圖7為混合油罐庫(kù)存量。改造完成之后經(jīng)過一年來與地磅單數(shù)對(duì)比，誤差在2%以內(nèi)(測(cè)量誤差和密度變化影響)。

改造后經(jīng)運(yùn)行證明，溶劑庫(kù)存量自動(dòng)化計(jì)量能直觀地反映溶劑消耗狀況以及溶劑的實(shí)際庫(kù)存量，便于根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃及時(shí)填報(bào)申購(gòu)數(shù)量，更具體地顯示車間溶劑循環(huán)量以及溶劑暫存罐、地下溶劑庫(kù)溶劑量變化情況,對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用非常明顯。

圖6 地下溶劑庫(kù)、溶劑暫存罐庫(kù)存量

圖7 混合油罐庫(kù)存量

6 結(jié)束語(yǔ)

PLC控制自動(dòng)化已經(jīng)廣泛用于大豆制油行業(yè)，將儀表自動(dòng)化和控制自動(dòng)化充分結(jié)合更加有利于生產(chǎn)控制。將液位傳感器信號(hào)作為高度變量，結(jié)合PLC編程，可實(shí)現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫(kù)存量自動(dòng)化計(jì)量。該應(yīng)用已經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，且在該企業(yè)一直運(yùn)行使用。不足之處是溶劑密度在計(jì)算過程中采用了常數(shù)，不能消除溶劑密度變化引起的計(jì)量誤差。存在于其他工序設(shè)備中的溶劑采用估算定值，也引起一定的誤差。改進(jìn)方向?yàn)槠渌O(shè)備中的溶劑量盡可能納入計(jì)量范圍，并繼續(xù)優(yōu)化程序。