| 石膏粉生產線稱重配料系統 | 2020-03-11 |
| 摘要：稱重配料系統應用在石膏粉生產線上。采用DCS總線型兩層結構,系統分成原料破碎、α粉車間、β粉車間三個子系統來分別控制，并提出了相應的邏輯控制和回路調節控制策略，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、工藝美術等行業。但目前石膏粉生產工藝和生產線自動化水平不高，還多半處于手工操作或半自動化水平，石膏粉產品質量長期處于一種低水平、低質量的狀態中。尤其在中國加入WTO以后，將直接面對國外高質量產品和技術的競爭，對我國的石膏粉生產也將極為不利。因此應用的自動化生產技術是非常必要的。DCS系統是目前的配料系統，其主要優點是：可靠性高、危險分散、易于擴展、控制功能強、組態靈活、操作管理集中以及人機界面友好。在石化、電力、建材等行業已經成功應用。就我們在山東某石膏粉生產廠家4萬噸系列石膏粉生產線應用為例，來介紹一下DCS應用情況。 2配料系統的構成和功能 2．1石膏粉生產工藝石膏粉生產主要工藝流程 (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，卸料車要在兩個區內自由切換，均勻布料。 (2)預粉磨環節：料倉出來的石膏粉經螺旋稱、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粉反應車間把二水石膏進行蒸壓、排水一系列物理化學處理，經過細磨系統和選粉，半成品進入混合倉。這一過程非常復雜，配料系統復雜，回路控制參數多，排水的工藝和設備是α半水高強石膏粉質量的關鍵，弄不好又轉化成β型普通石膏。國內設備很難達不到工藝要求，設備多引進國外的，配料系統由廠家提供。 (4)在b粉車間石膏粉經過炒制變成半水石膏，后經細磨系統與選粉以后，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穩定性，尤其對于間歇式設備，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品質量，為了保證產品的質量及質量的穩定性，必須嚴格、精確地控制該過程中的每一個工藝參數。b粉炒制環節控制要求復雜，炒鍋喂料稱要定值給定，需檢測鍋內、爐膛、入口、尾氣溫度，風壓、風流量，都是4~20mA的標準信號。(5)混合倉是石膏制品的深加工環節，不在本配料系統內。2.2、系統硬件的設計本系統采用了ABBIndustrialFreelance2000配料系統，該配料系統是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統。 2.2.1、DCS體系配料結構 根據配料系統的生產工藝特點及現場設備分布情況，設置DCS體系配料結構。 DCS體系配料結構分為現場層I/O站、過程控制級和操作監控級。配料系統通過計算機網絡把各層連接在一起，完成數據采集和控制信息的傳遞。 2.2.2、配料系統硬件配置 （1）過程控制站 過程控制站分為現場控制器和輸入/輸出站，現場控制器采用ABB稱重，內嵌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，完成現場信號采集和A/D、D/A轉換等功能。 2DCS體系配料結構（2）操作員站（OS） 本配料系統安裝了3臺操作員站。操作員站選用適合工業現場的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與系統進行人機對話，完成對設備啟、停、閥門調節，速度調節，過程參數設定，監視現場設備運行和顯示過程參數、打印報表等。 （3）工程師站(ES) 該配料系統設置1臺工程師站與1臺操作員站兼用。工程師站可以實現硬件編輯、現場過程站編程、現場總線智能稱重儀表組態、操作員站組態一體化編程及調試。 工程師站、操作員站、現場控制器和I/O站都安裝在中控室。 (4）通訊網絡 配料系統通訊結構為兩層：層為現場控制層，實現控制器與I/O模件及智能稱重儀表的通信，采用ProfiBus現場總線通訊協議,傳輸介質采用標準雙絞線，現場設備狀態信息和模擬量信號通過該層網絡實時地傳給控制器；第二層為監控層，實現控制器與操作員站、工程師站的通信，系統通信采用TCP/IP協議以太網,傳輸介質為同軸電纜,通信速率為10MB/S,傳輸距離可達1公里以上，抗干擾能力強。 異種系統之間的通訊：在石膏粉生產線中，除了DCS外，還有其他的配料系統，如細磨機配料系統用的是三菱的PLC(FXON-16EX),反應車間的德國配料系統用的是西門子的S5-400PLC，DCS系統和這些系統之間要進行信息傳遞和交換。DCS和PLC之間互聯的辦法用硬線連接，遵循Modbus協議RS-485串行通訊。 2.3、系統的軟件ABBIndustrialFreelance2000提供了豐富的系統軟件，能夠完成多種功能。本系統工程師站安裝了DigiTool6.1版本軟件，運行在WindowsNT4.0系統上。編程語言采用國際標準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，而且還能進行工程調試和診斷功能；完成后的組態結果由工程師站通過系統網絡下載至相應的PS、FC及操作站OS中。操作員站安裝了操作監控軟件DigiVis6.1版本軟件，操作界面及菜單為中文，運行在WindowsNT4.0Workstation操作系統上。主要功能包括圖形顯示、數據監視、系統狀態顯示、趨勢歸檔、記錄、過程及系統報警、控制操作、系統診斷等。 3、控制策略石膏粉廠整個生產線可分為原料破碎、a粉生產車間、b粉生產車間三個區域，每個區域分為幾個組分別來控制。整個配料系統分為粗破組、細破組、預粉磨組，這是原料破碎系統分組情況；在a粉生產車間分為a粉反應車間供料組、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。各組配料系統保持相對獨立，當一部分出現故障時，不會影響其他部分的工作，這就體現了DCS系統危險分散的優點。 （1）邏輯控制石膏粉生產中各部分設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系。為了保證生常過程正常運行和設備的安全，必須嚴格遵照這些關系。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備，中間不需要人的干預。生產過程中，某一設備出現故障時，控制器的連鎖保護，使相關的設備停止工作。IndustrialIT編程采用IEC61131-3標準，支持邏輯梯形圖（LD），用LD語言編程可很好地實現上面的控制功能。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，配料系統運行返回信號的常開觸點作為設備啟動條件，配料設備的運行返回信號的常開觸點作為稱重設備的啟動條件，配料設備和配料系統之間也是同樣的關系，從而這4臺設備有著連鎖關系和啟動順序。組態時細破組有4個寫變量，記為STA1、STA2、STA3、STA4，分別作為設備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，也保證了設備的順序啟動，而且也能滿足設備電機啟動要求；組態時有另外4個寫變量，記為STP1、STP2、STP3、STP4，分別作為設備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，當停車時，停止設備1后，就能自動延時停止設備2、3、4。（2）計量系統控制對于累計、計量計算問題，系統提供了功能塊，通過組態可以完成復雜的數學運算。運用乘法、對數、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—物料標定系數；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 以上功能塊完成的運算可以實現定量控制、配比、班產量計算，實現定量管理。 | |
