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| 石膏粉生產(chǎn)線稱重配料系統(tǒng) | 2020-03-11 |
| 摘要：稱重配料系統(tǒng)應(yīng)用在石膏粉生產(chǎn)線上。采用DCS總線型兩層結(jié)構(gòu),系統(tǒng)分成原料破碎、α粉車間、β粉車間三個子系統(tǒng)來分別控制，并提出了相應(yīng)的邏輯控制和回路調(diào)節(jié)控制策略，著重闡述了柱磨機喂料定量PID控制回路和b粉炒制系統(tǒng)的串級控制方案。 1引言 石膏是五大凝膠材料之一，廣泛用于陶瓷模具、建筑材料、精密鑄造、工藝美術(shù)等行業(yè)。但目前石膏粉生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)線自動化水平不高，還多半處于手工操作或半自動化水平，石膏粉產(chǎn)品質(zhì)量長期處于一種低水平、低質(zhì)量的狀態(tài)中。尤其在中國加入WTO以后，將直接面對國外高質(zhì)量產(chǎn)品和技術(shù)的競爭，對我國的石膏粉生產(chǎn)也將極為不利。因此應(yīng)用*的自動化生產(chǎn)技術(shù)是非常必要的。DCS系統(tǒng)是目前*的配料系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是：可靠性高、危險分散、易于擴展、控制功能強、組態(tài)靈活、操作管理集中以及人機界面友好。在石化、電力、建材等行業(yè)已經(jīng)成功應(yīng)用。就我們在山東某石膏粉生產(chǎn)廠家4萬噸系列石膏粉生產(chǎn)線應(yīng)用為例，來介紹一下DCS應(yīng)用情況。 2配料系統(tǒng)的構(gòu)成和功能 2．1石膏粉生產(chǎn)工藝石膏粉生產(chǎn)主要工藝流程 (1)石膏塊粗破、均化、細破：主要完成原材料的破碎，石膏塊由粗鄂式破碎機進行初次破碎，在卸料場分區(qū)均化布置，再由細鄂式破碎機二次破碎，進入料倉。這一過程中，粗鄂式破碎機嚴禁帶負荷啟動，停車時要有報警信號；卸料場分為兩個卸料區(qū)，卸料車要在兩個區(qū)內(nèi)自由切換，均勻布料。 (2)預(yù)粉磨環(huán)節(jié)：料倉出來的石膏粉經(jīng)螺旋稱、皮帶機進入柱磨機進一步研磨，再由選粉機選級分離，合格的物料通過轉(zhuǎn)角螺旋輸送機、垂直斗提機、倉頂螺旋輸送機輸送到生粉倉。在這一過程中，螺旋稱要定值計量并要求計算累加產(chǎn)量；柱磨機同樣不能帶負荷啟動，而且需檢測電流；由料位信號來選擇倉加料。 (3)a粉反應(yīng)車間把二水石膏進行蒸壓、排水一系列物理化學(xué)處理，經(jīng)過細磨系統(tǒng)和選粉，半成品進入混合倉。這一過程非常復(fù)雜，配料系統(tǒng)復(fù)雜，回路控制參數(shù)多，排水的工藝和設(shè)備是α半水高強石膏粉質(zhì)量的關(guān)鍵，弄不好又轉(zhuǎn)化成β型普通石膏。國內(nèi)設(shè)備很難達不到工藝要求，設(shè)備多引進國外的，配料系統(tǒng)由廠家提供。 (4)在b粉車間石膏粉經(jīng)過炒制變成半水石膏，后經(jīng)細磨系統(tǒng)與選粉以后，半成品也進入混合倉。為了做到石膏脫水過程的精密控制，除了必須嚴格地控制炒制溫度、出料溫度及煅燒時間外，還必須嚴格控制物料進炒鍋的進料量或進料的連續(xù)穩(wěn)定性，尤其對于間歇式設(shè)備，必須嚴格地控制每一次的進料量（波動范圍不能超過±100kg），并盡可能地縮短進料時間和出料時間。炒制過程中的每一個步驟都可能影響到產(chǎn)品質(zhì)量，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量及質(zhì)量的穩(wěn)定性，必須嚴格、精確地控制該過程中的每一個工藝參數(shù)。b粉炒制環(huán)節(jié)控制要求復(fù)雜，炒鍋喂料稱要定值給定，需檢測鍋內(nèi)、爐膛、入口、尾氣溫度，風(fēng)壓、風(fēng)流量，都是4~20mA的標(biāo)準信號。(5)混合倉是石膏制品的深加工環(huán)節(jié)，不在本配料系統(tǒng)內(nèi)。2.2、系統(tǒng)硬件的設(shè)計本系統(tǒng)采用了ABBIndustrialFreelance2000配料系統(tǒng)，該配料系統(tǒng)是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統(tǒng)。 2.2.1、DCS體系配料結(jié)構(gòu) 根據(jù)配料系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝特點及現(xiàn)場設(shè)備分布情況，設(shè)置DCS體系配料結(jié)構(gòu)。 DCS體系配料結(jié)構(gòu)分為現(xiàn)場層I/O站、過程控制級和操作監(jiān)控級。配料系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)把各層連接在一起，完成數(shù)據(jù)采集和控制信息的傳遞。 2.2.2、配料系統(tǒng)硬件配置 （1）過程控制站 過程控制站分為現(xiàn)場控制器和輸入/輸出站，現(xiàn)場控制器采用ABB稱重，內(nèi)嵌32位RISCCPU。3個I/O站，其中I號I/O站：原料破碎；II號I/O站：a粉車間；III號I/O站：b粉車間，完成現(xiàn)場信號采集和A/D、D/A轉(zhuǎn)換等功能。 2DCS體系配料結(jié)構(gòu)（2）操作員站（OS） 本配料系統(tǒng)安裝了3臺操作員站。操作員站選用適合工業(yè)現(xiàn)場的DELL工控機，硬件配置RAM256MB,硬盤40GB，19″彩色CRT；操作員可通過鍵盤與CRT與系統(tǒng)進行人機對話，完成對設(shè)備啟、停、閥門調(diào)節(jié)，速度調(diào)節(jié)，過程參數(shù)設(shè)定，監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備運行和顯示過程參數(shù)、打印報表等。 （3）工程師站(ES) 該配料系統(tǒng)設(shè)置1臺工程師站與1臺操作員站兼用。工程師站可以實現(xiàn)硬件編輯、現(xiàn)場過程站編程、現(xiàn)場總線智能稱重儀表組態(tài)、操作員站組態(tài)一體化編程及調(diào)試。 工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制器和I/O站都安裝在中控室。 (4）通訊網(wǎng)絡(luò) 配料系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)為兩層：層為現(xiàn)場控制層，實現(xiàn)控制器與I/O模件及智能稱重儀表的通信，采用ProfiBus現(xiàn)場總線通訊協(xié)議,傳輸介質(zhì)采用標(biāo)準雙絞線，現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息和模擬量信號通過該層網(wǎng)絡(luò)實時地傳給控制器；第二層為監(jiān)控層，實現(xiàn)控制器與操作員站、工程師站的通信，系統(tǒng)通信采用TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng),傳輸介質(zhì)為同軸電纜,通信速率為10MB/S,傳輸距離可達1公里以上，抗力強。 異種系統(tǒng)之間的通訊：在石膏粉生產(chǎn)線中，除了DCS外，還有其他的配料系統(tǒng)，如細磨機配料系統(tǒng)用的是三菱的PLC(FXON-16EX),反應(yīng)車間的德國配料系統(tǒng)用的是西門子的S5-400PLC，DCS系統(tǒng)和這些系統(tǒng)之間要進行信息傳遞和交換。DCS和PLC之間互聯(lián)的辦法用硬線連接，遵循Modbus協(xié)議RS-485串行通訊。 2.3、系統(tǒng)的軟件ABBIndustrialFreelance2000提供了豐富的系統(tǒng)軟件，能夠完成多種功能。本系統(tǒng)工程師站安裝了DigiTool6.1版本軟件，運行在WindowsNT4.0系統(tǒng)上。編程語言采用國際標(biāo)準IEC1131-3圖形化編程語言，利用功能塊圖FBD、梯形圖LD、指令表IL和順控圖SFC等工具，不僅可以完成控制過程的組態(tài)，而且還能進行工程調(diào)試和診斷功能；完成后的組態(tài)結(jié)果由工程師站通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)下載至相應(yīng)的PS、FC及操作站OS中。操作員站安裝了操作監(jiān)控軟件DigiVis6.1版本軟件，操作界面及菜單為中文，運行在WindowsNT4.0Workstation操作系統(tǒng)上。主要功能包括圖形顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)視、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、趨勢歸檔、記錄、過程及系統(tǒng)報警、控制操作、系統(tǒng)診斷等。 3、控制策略石膏粉廠整個生產(chǎn)線可分為原料破碎、a粉生產(chǎn)車間、b粉生產(chǎn)車間三個區(qū)域，每個區(qū)域分為幾個組分別來控制。整個配料系統(tǒng)分為粗破組、細破組、預(yù)粉磨組，這是原料破碎系統(tǒng)分組情況；在a粉生產(chǎn)車間分為a粉反應(yīng)車間供料組、a粉貯藏、a粉精磨喂料組及a粉精磨組；在b粉生產(chǎn)車間分為炒鍋喂料組、b粉貯藏、混合車間、b粉細磨喂料和b粉精細磨組。各組配料系統(tǒng)保持相對獨立，當(dāng)一部分出現(xiàn)故障時，不會影響其他部分的工作，這就體現(xiàn)了DCS系統(tǒng)危險分散的優(yōu)點。 （1）邏輯控制石膏粉生產(chǎn)中各部分設(shè)備需要按一定順序的動作。電動機啟停和閥門開閉有著一定的順序與連鎖關(guān)系。為了保證生常過程正常運行和設(shè)備的安全，必須嚴格遵照這些關(guān)系。稱重控制器提供了這種順序啟動的“自動控制”思想。在控制室，操作員通過鍵盤，就能順序啟動和停止某組設(shè)備，中間不需要人的干預(yù)。生產(chǎn)過程中，某一設(shè)備出現(xiàn)故障時，控制器的連鎖保護，使相關(guān)的設(shè)備停止工作。IndustrialIT編程采用IEC61131-3標(biāo)準，支持邏輯梯形圖（LD），用LD語言編程可很好地實現(xiàn)上面的控制功能。以細破組為例，具體說明這一控制思想。細破組有4臺設(shè)備，分別是1—電震喂料機、2—細鄂式破碎機、3—斗式提升機、4—倉頂分料器。正常啟動、停止順序如圖3示： 用LD語言編程時，配料系統(tǒng)運行返回信號的常開觸點作為設(shè)備啟動條件，配料設(shè)備的運行返回信號的常開觸點作為稱重設(shè)備的啟動條件，配料設(shè)備和配料系統(tǒng)之間也是同樣的關(guān)系，從而這4臺設(shè)備有著連鎖關(guān)系和啟動順序。組態(tài)時細破組有4個寫變量，記為STA1、STA2、STA3、STA4，分別作為設(shè)備4、3、2、1的啟動條件，STA1、STA2、STA3、STA4的常開觸點依次延時5s動作，也保證了設(shè)備的順序啟動，而且也能滿足設(shè)備電機啟動要求；組態(tài)時有另外4個寫變量，記為STP1、STP2、STP3、STP4，分別作為設(shè)備1、2、3、4的停止條件，STP1、STP2、STP3、STP4的常閉觸點依次延時5s動作，當(dāng)停車時，停止設(shè)備1后，就能自動延時停止設(shè)備2、3、4。（2）計量系統(tǒng)控制對于累計、計量計算問題，系統(tǒng)提供了功能塊，通過組態(tài)可以完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算。運用乘法、對數(shù)、信號選擇、邏輯運算、模擬量累計輸入模塊等功能塊，完成以下運算公式： W=∑KLN(UI/U0)VT其中：W—物料累計量；K—物料標(biāo)定系數(shù)；T—機器運行時間；Ui—有物料時輸出信號；U0—無物料時輸出信號；V—輸送機速度；N—計算次數(shù) 以上功能塊完成的運算可以實現(xiàn)定量控制、配比、班產(chǎn)量計算，實現(xiàn)定量管理。 | |
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