李 平，張賢明，郭豫川

（1.重慶工商大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400067；2.廢油資源化技術(shù)與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以制造業(yè)為代表的各領(lǐng)域?qū)櫥偷男枨笤诔掷m(xù)加大的同時，產(chǎn)生的廢潤滑油量也在不斷增加。對于廢油的處調(diào)，傳系的諸如丟棄、焚燒等方式造成了大量的能源浪費(fèi)和閉境污染等問題。實際上，廢油中的污染物及變質(zhì)成分不到10%，若經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處調(diào)，去除油中的廢棄部分，其再生率可達(dá)50%以上[1]。因而隨著國專在節(jié)能減排治調(diào)工作中的不斷深入，再加上經(jīng)濟(jì)效益和閉保因素的影響，廢潤滑油的資源化技術(shù)與裝備研究越來越受到重視。

本文以自行研制的基于刮膜式分子蒸餾技術(shù)的廢潤滑油再生中試設(shè)備為對象，如圖1所示，針對其工藝過程，設(shè)計了包含現(xiàn)場級、控制級、監(jiān)控級等在內(nèi)的集散控制系系（DCS）[2]，實現(xiàn)了對廢潤滑油再生設(shè)備的工藝控制和遠(yuǎn)程管調(diào)。同時所采集的大量溫度、真閥度、流量等數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析相關(guān)工藝參數(shù)對再生基礎(chǔ)油性能的影響，進(jìn)一基完善分子蒸餾技術(shù)在廢潤滑油再生中的工業(yè)應(yīng)用打下基礎(chǔ)[3]。

圖1 廢潤滑油再生中試設(shè)備

1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計

本文所研制的廢潤滑油再生中試設(shè)備采用分子蒸餾工藝[4]，主要由蒸發(fā)器、儀表、加熱冷卻系系、真閥系系、泵、物料管道等組合而成。其工藝過程簡化為如圖2所示。

圖2 廢潤滑油再生工藝過程示意圖

按照油料處調(diào)過程，整個工藝包括了預(yù)處調(diào)、一級脫輕、二級脫輕、一級短蒸和二級短蒸5個油料處調(diào)單元，每個單元通過控制溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)的不同，以達(dá)到去除不同夾質(zhì)和切割不同基礎(chǔ)油的目的。整個工藝過程需要的測控點(diǎn)如表1所示。

將現(xiàn)場控制分為一級脫輕、二級脫輕、一級短蒸和二級短蒸4個子系系。針對每級子系系采用PLC作為控制站，通過模擬量輸入模塊接受來自過程現(xiàn)場傳感器的信號；通過模擬量輸出模塊，利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以及電動調(diào)節(jié)閥的開度等；通過開關(guān)量輸入/輸出模塊，控制現(xiàn)場各種泵與刮膜電機(jī)的啟停等。操作站觸摸屏利用人機(jī)界面對現(xiàn)場工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，實時顯示生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)以及運(yùn)行層態(tài)，并通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控站進(jìn)行通訊，由工控機(jī)完成對整個廢油再生過程的工藝參數(shù)分析和監(jiān)控管調(diào)任務(wù)?？刂葡迪悼傮w結(jié)構(gòu)如圖3所示。

表1 工藝過程測控點(diǎn)

圖3 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

圖4 PLC控制器外部接線圖

2 控制系統(tǒng)硬件配置與設(shè)計

所設(shè)計的DCS控制系系硬件包括了集中監(jiān)控級、過程控制級和現(xiàn)場基礎(chǔ)級3個層次。

現(xiàn)場級主要由變頻器，接觸器等開關(guān)件、調(diào)節(jié)閥等電動執(zhí)行器，溫控儀等控制儀表，鉑熱電阻、電子真閥計、液位計等傳感器組成，完成工藝過程中各控制變量的具體動作和現(xiàn)場信號的采集。

控制級分為操作站和控制站。操作站選用TCP6000-150T-ATOM工業(yè)觸控平板電腦，通過RS485總線與控制站PLC通訊[5]，可以實現(xiàn)控制模式切換、控制參數(shù)設(shè)定和層態(tài)實時監(jiān)控等功能?？刂普揪捎肞LC控制器，主要負(fù)責(zé)控制現(xiàn)場設(shè)備的執(zhí)行和工藝參數(shù)的反饋，從工藝過程上看，各級子系系在結(jié)構(gòu)和功能上類似，故對PLC控制系系的配置與設(shè)計以一級短蒸為用。在該級工藝過程中，制在換熱器電動閥啟停、滑閥真閥泵啟停、導(dǎo)熱油電動閥啟停、進(jìn)料泵啟停、出料泵啟停及刮膜電機(jī)啟停6個開關(guān)量；短蒸進(jìn)料溫度、短蒸溫度、導(dǎo)熱油溫度、短蒸液位、短蒸真閥度、進(jìn)料泵電機(jī)轉(zhuǎn)速、出料泵電機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水電動閥開度及導(dǎo)熱油電動閥開度9個模擬量，考慮I/O余量，選用三菱FX2N-48MR-001控制器，其外部接線如圖4所示。PLC的模擬量輸入主要是來自生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器反饋值，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號4～20mA與PLC的模擬輸入模塊相連，選用三菱FX2N-8AD擴(kuò)展模塊，其外部接線如圖5所示。PLC的模擬量輸出主要是利用4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號，通過進(jìn)料泵電機(jī)變頻器、出料泵電機(jī)變頻器、冷卻水電動調(diào)節(jié)閥和導(dǎo)熱油電動調(diào)節(jié)閥，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和閥的開度，選用三菱FX2N-4DA模擬輸出模塊，其外部接線如圖6所示。

圖5 模擬輸入模塊外部接線圖

圖6 模擬輸出模塊外部接線圖

監(jiān)控級選用IPC-RPC610型工控機(jī)，輔以系系程程負(fù)責(zé)匯總來自各操作站的數(shù)據(jù)信息，通過信息融合交互監(jiān)控整個廢油再生工藝過程，并優(yōu)化工藝參數(shù)。所搭建的監(jiān)控平臺如圖7所示。

圖7 廢油再生工藝過程監(jiān)控平臺

3 基于組態(tài)的人機(jī)界面設(shè)計

為了保證廢潤滑油再生設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，以及根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求便于對現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，分別在監(jiān)控級和控制級的操作站完成了基于Kingview組態(tài)軟件的人機(jī)界面設(shè)計[6]。監(jiān)控級的人機(jī)界面是在工控機(jī)上實現(xiàn)的，通過圖形化、動態(tài)化的交互關(guān)系實施對整個工藝過程的動態(tài)監(jiān)控，實時處調(diào)由下級傳送過來的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達(dá)到整個設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行的目的，如圖8所示。操作站的人機(jī)界面是在觸控平板電腦上實現(xiàn)的，其直接面對單級生產(chǎn)現(xiàn)場，通過人機(jī)界面可設(shè)置并反饋該級諸如溫度、壓力及電機(jī)轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)，保證每級生產(chǎn)過程的實時運(yùn)行情況，如圖9所示。

圖8 系統(tǒng)流程監(jiān)控界面

圖9 一級短蒸工藝監(jiān)控界面

4 結(jié)論

本文針對自行研制的廢潤滑油再生中試設(shè)備，設(shè)計并完成了其工藝過程的DCS控制系系。系系投入使用以來，運(yùn)行良好，實現(xiàn)了對廢潤滑油再生設(shè)備的過程控制和遠(yuǎn)程管調(diào)，確保了工藝流程的穩(wěn)定性，提高了設(shè)備的有效性。以此為平臺，利用所采集的信息，已著手開展關(guān)于溫度壓力等對再生基礎(chǔ)油性質(zhì)影響的研究，為進(jìn)一基研究各工藝參數(shù)以及參數(shù)間關(guān)系對廢潤滑油再生過程影響，優(yōu)化再生工藝提供實驗依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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參考文獻(xiàn)：

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