黃其楊（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州　貴陽(yáng)　550081）

立式葉濾機(jī)聯(lián)鎖邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃其楊（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽(yáng)550081）

本文通過對(duì)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(cè)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(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)例。

立式葉濾機(jī)；聯(lián)鎖邏輯；時(shí)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(dòng)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(dòng)控制設(shè)計(jì)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(gè)過濾周期由進(jìn)料、過濾、泄壓、排泥四個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)幾秒后打開泄壓閥，再延時(shí)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(shí)高位槽內(nèi)作為蓄能的精液自上而下反向流動(dòng)，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(jì)

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(jì)外，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也很關(guān)鍵?？刂埔蟮奶岢龀艘獫M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(duì)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(shí)序控制

根據(jù)以上對(duì)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(shí)序設(shè)計(jì)，如圖2所示。

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

以上提供的時(shí)間范圍及設(shè)置僅供參考，實(shí)際操作時(shí)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(duì)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(dòng)閥，“打開”和“關(guān)閉”分別由2個(gè)電磁閥控制，同時(shí)采用2個(gè)限位開關(guān)來判斷氣動(dòng)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(gè)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(jì)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(shí)造成實(shí)際壓力波動(dòng)較大，濾餅由于壓力變化的作用會(huì)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(gè)限制壓力值進(jìn)行計(jì)算。調(diào)節(jié)回路圖如圖3所示。

圖2　立式葉濾機(jī)時(shí)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(cè)信號(hào)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(hào)送入控制系統(tǒng)。控制回路采用單回路PID控制，先設(shè)定壓力值為控制目標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的壓力信號(hào)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(bào)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(bào)警。當(dāng)液位高報(bào)警時(shí)，操作者決定增加葉濾機(jī)工作臺(tái)數(shù)或者增加葉濾機(jī)進(jìn)料流量，反之，當(dāng)液位低報(bào)警時(shí)，操作者決定減少葉濾機(jī)工作臺(tái)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(bào)警檢測(cè)，從泄壓閥限位開關(guān)開到位時(shí)開始計(jì)時(shí)直到低液位報(bào)警停止計(jì)時(shí)器，再用此計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)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(jì)時(shí)器時(shí)間大于設(shè)定值的情況，則可考慮濾布再生了。

對(duì)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(bào)警信號(hào)，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(cè)并設(shè)置高報(bào)警點(diǎn)（0.35MPa），壓力高報(bào)警發(fā)生時(shí)，操作者決定是否停止粗液泵。

3　自動(dòng)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(gè)電控氣動(dòng)閥和1臺(tái)變頻泵，參與控制的儀表檢測(cè)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(jì)有AI點(diǎn)5個(gè)，AO點(diǎn)1個(gè)，DI點(diǎn)15個(gè)，DO點(diǎn)11個(gè)?？刂埔?guī)模較小，所以采用羅克韋爾自動(dòng)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(dòng)控制。

4　結(jié)語(yǔ)

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(dòng)化程度高，可調(diào)參數(shù)設(shè)置合理。針對(duì)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(dòng)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

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1003-0492(2015)03-0090-02

TP273

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