黃 萍 左池舟

(銅陵有色稀貴金屬分公司， 安徽 銅陵 244021)

陽極泥處理系統(tǒng)的自動控制

黃 萍 左池舟

(銅陵有色稀貴金屬分公司， 安徽 銅陵 244021)

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

儀表; 控制; 自動化; 典型控制回路

銅陽極泥處理系統(tǒng)是在銅陽極泥中提煉各種貴金屬和稀有金屬的工藝過程。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，自動化程度低，勞動生產(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，又有冶煉行業(yè)的特點?；A(chǔ)設(shè)計由國外某公司完成,生產(chǎn)自動化程度高。生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)由檢測儀表和計算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，其使用各種檢測和控制儀表330多臺(件),各種I/O點1 300多個。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

DCS控制系統(tǒng)選用的是Freelance2000/AC800F控制系統(tǒng), 分為操作員級和過程級。操作員級具有操作、監(jiān)控、歸檔和記錄、趨勢和報警功能。開環(huán)和閉環(huán)控制功能在控制器上處理，由兩套獨立的過程控制器組成,非冗余系統(tǒng)。兩臺操作員站和一臺工程師站完成整個系統(tǒng)的操作和組態(tài)。PS1工作站通過Profibus DP總線與5組計53塊I/O模塊相連。PS2工作站通過Profibus DP總線與4組計47塊I/O模塊相連。并通過Profibus DP總線與稱重儀表、變頻器等現(xiàn)場儀表及設(shè)備進(jìn)行通信。所有電氣設(shè)備正常使用時均由DCS集中控制，實現(xiàn)電儀一體化?？刂葡到y(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)程手動啟/停，現(xiàn)場安裝隔離開關(guān), 檢修時，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)泵前管道及儲槽排空時，音叉開關(guān)會發(fā)出一個開關(guān)量信號到DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)自動停泵，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)過程中，當(dāng)壓濾機(jī)進(jìn)口的壓力大于一定值時，DCS系統(tǒng)發(fā)出信號自動停泵。通過控制回路可以確保設(shè)備安全，延長其使用壽命，降低操作人員的勞動強(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 熔煉爐運行控制

熔煉爐爐體旋轉(zhuǎn)由電機(jī)傳動，由兩臺變頻電機(jī)同時驅(qū)動,并繞縱軸旋轉(zhuǎn),其中一臺為主電機(jī)，另一臺為從電機(jī)。驅(qū)動系統(tǒng)配備了兩臺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)角度在操作臺上設(shè)定，設(shè)定信號經(jīng)過DCS系統(tǒng)與其它連鎖信號經(jīng)過邏輯運算后控制爐子旋轉(zhuǎn)，確保爐子安全運行。

爐子傾轉(zhuǎn)同樣由電機(jī)傳動,由1臺ACS800變頻器控制，傾轉(zhuǎn)電機(jī)配備了一個脈沖編碼器，用于測量爐子的實際傾轉(zhuǎn)角度。傾轉(zhuǎn)角度的控制不通過DCS系統(tǒng),而是通過操作臺上的操縱桿給出電信號遠(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，它們的移動通過液壓系統(tǒng)來控制。操作人員在操作臺上通過按鈕發(fā)出指令，經(jīng)過DCS系統(tǒng)與相關(guān)條件邏輯運算后發(fā)出正確的控制命令，使噴槍運行到要求的位置，如噴槍準(zhǔn)備插入爐中時，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%時必須加入吹煉空氣等。否則，DCS系統(tǒng)會自動阻止噴槍的移動，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，延長了噴槍的使用壽命。

燃燒系統(tǒng)的自動控制如圖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伴隨一定量的氧氣自動送入爐中。

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，燃燒噴槍點火啟動后，在一定時間內(nèi)操作人員必須確認(rèn)噴槍已經(jīng)點燃，超出設(shè)定時間時DCS系統(tǒng)會自動關(guān)閉天然氣、氧氣閥門，防止?fàn)t內(nèi)集聚過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臺氣動閥，其中50多臺閥門處于惡劣環(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，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)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)該接近開關(guān)與I/O模塊連接時，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。實踐經(jīng)驗證明，使用5年多來，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間。閥門接線見圖4、圖5。

3 檢測儀表

檢測儀表主要由溫度計、液位變送器、流量計、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，檢測儀表的準(zhǔn)確可靠為控制系統(tǒng)可靠運行提供了保證。

圖5 電感式閥位限位開關(guān)接線圖

3.1 溫度計

選用一體化熱電阻溫度變送器，輸出4～20 mA DC電信號送控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示或?qū)崿F(xiàn)保護(hù)功能。因被檢測介質(zhì)一般是強(qiáng)腐蝕性液體，為了減少泄漏點，各種儲槽的溫度檢測均從槽頂向下插入，傳感器的長度為槽深長度，插入深度一般為3 400 mm左右。由于儲槽帶有攪拌器，槽內(nèi)介質(zhì)按照一定方向流動，對保護(hù)管有很大的磨損作用，為此對所有槽內(nèi)溫度計都做了固定支架和保護(hù)套管,這樣可以延長溫度傳感器的使用壽命。對一些腐蝕性較強(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)被測介質(zhì)性質(zhì)不同,選用了不同工作原理的液位計20多臺套,根據(jù)不同的介質(zhì)、不同的儲槽選擇了不同的液位計，主要使用非接觸雷達(dá)液位計、導(dǎo)波雷達(dá)液位計、超聲波液位計、放射線液位計等。

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)，無法使用直接測量液位的方法,故選用了非接觸式的液位計- 放射線液位計,使用效果較好。其測量原理是基于射線在穿透某種材料時其能量會被衰減。該液位計一次安裝，無需維護(hù)。

3.3 流量計

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

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

3.4 壓力測量

各種介質(zhì)的壓力測量均選用了現(xiàn)場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)測泵的運行情況。對于無腐蝕性的介質(zhì)安裝普通彈簧管壓力表,對于有腐蝕性的介質(zhì)則選用了隔膜壓力表，對于壓力波動比較大的測點增加了緩沖管。壓力變送器將壓力信號轉(zhuǎn)換成DCS系統(tǒng)能夠接收的4～20 mA DC電信號用于顯示和控制。

3.5 配料系統(tǒng)

入爐的各種物料均采用靜態(tài)料斗秤計量，通過送料機(jī)倉直接加入爐中，所有秤的信號均通過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)能否正常運行的重要標(biāo)志，在施工時考慮了抗干擾問題，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，在施工時就選用了SUS304L不銹鋼材料，所有儀表信號電纜均選用單屏加總屏計算機(jī)電纜，控制系統(tǒng)做了單獨接地，其接地電阻滿足了小于1 Ω的要求。由于施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，雖然基建投資有所增加，但使用過程中未出現(xiàn)干擾和雷擊問題，極大地減少了故障停車時間。

5 結(jié)束語

陽極泥處理工藝控制系統(tǒng)實現(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，即控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)融合的發(fā)展趨勢。

實踐證明，該套控制系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)在陽極泥處理工藝中應(yīng)用是可行的，也是可靠的。檢測儀表的正確選擇和應(yīng)用在陽極泥處理工藝中不可忽略，以液位檢測為例，幾年來對儲槽液位測量進(jìn)行了多次改進(jìn)，不同的儲槽其測量方法不同，主要原因是測量介質(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，采用接觸式測量方法容易堵塞，非接觸方法測量空間不能滿足儀表測量要求，建議在儲槽設(shè)計時設(shè)計人員考慮液位計在槽體上的安裝方式和安裝位置以滿足儀表測量的要求。

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，江蘇揚中人，大專，自動化高級工程師，主要從事儀表自動化技術(shù)管理。

TP272

A

1008-5122(2015)02-0033-04