左成兵

(中紡糧油(日照)有限公司，山東 日照 276826)

大豆制油廠溶劑庫存量計算方法通常有兩種：第一種是傳統(tǒng)手工打尺計算，即通過手工打尺，測量溶劑罐內(nèi)剩余溶劑的高度，然后通過人工查表法計算溶劑庫存量；第二種是采用自動化儀表測量液位高度，然后人工查表的半手工方法，即在溶劑罐上部安裝液位傳感器實時測量溶劑液位高度，通過人工查表的方法計算溶劑庫存量。本文介紹的計量方法是在第二種方法的基礎(chǔ)上，將液位傳感器信號作為高度變量，結(jié)合PLC編程，實現(xiàn)溶劑庫存量自動計算，實時顯示溶劑庫存量數(shù)據(jù)，免于查表計算。

1 大豆制油廠溶劑儲存常用的3種罐體形式

大豆制油廠浸出車間溶劑儲存常用的罐體形式有臥式橢圓形封頭儲罐、臥式圓柱體儲罐、立式圓柱體拱頂罐，罐體形狀分別見圖1～圖3。

2 3種溶劑儲罐內(nèi)溶劑體積的計算公式

在生產(chǎn)中，操作人員常用容器內(nèi)物料的液面高度代表溶劑庫存量的多少，這樣非常不便。為了在原料供應(yīng)、產(chǎn)品銷售的計量和儲存等方面能直觀地顯示容器內(nèi)溶劑質(zhì)量，需要正確計算儲罐內(nèi)溶劑體積，就必須找出液面高度和體積的函數(shù)關(guān)系式。應(yīng)用高等數(shù)學(xué)的微積分方法，能精確地推導(dǎo)出臥式橢圓形封頭儲罐內(nèi)溶劑體積和液面高度的關(guān)系式，但是微積分公式無法通過PLC編寫程序的方法加以實現(xiàn)，因此采用近似的線性體積計算公式對微積分公式進行線性化、標(biāo)準(zhǔn)化。實踐證明，這種線性化、標(biāo)準(zhǔn)化近似誤差是能滿足生產(chǎn)要求的。建立計算模型的原則為質(zhì)量=體積×密度。

圖1 臥式橢圓形封頭儲罐

圖2 臥式圓柱體儲罐

圖3 立式圓柱體拱頂罐

臥式橢圓形封頭儲罐溶劑體積計算公式如下：

V=[R2×arccos(1-h/R)-(R-h)×(2×R×h-h2)1/2]×L+πah2×[1-h/(3×R)]

臥式圓柱體諸罐溶劑體積計算公式如下：

V=[R2×arccos(1-h/R)-(R-h)×(2×R×h-h2)1/2]×L

立式圓柱體拱頂罐溶劑體積計算公式如下：

V=πR2×h

3 4 000 t/d大豆制油廠總的溶劑庫存量統(tǒng)計方法

為了便于展開介紹，以國內(nèi)某大型油脂企業(yè)4 000 t/d的大豆制油廠為例進行論述。該企業(yè)浸出車間地下溶劑庫原有液位傳感器只是顯示液位高度，因為溶劑罐為臥式橢圓形封頭儲罐，庫存溶劑體積計算復(fù)雜，計算質(zhì)量也非常麻煩，不能直觀、實時地反映車間溶劑變化及消耗量。因此，提出根據(jù)溶劑罐液位傳感器信號數(shù)據(jù)直接算出溶劑質(zhì)量并在上位機顯示，這樣能夠?qū)崟r掌握車間溶劑量變化情況。

該廠浸出車間容易計量的溶劑儲罐有地下溶劑庫(罐)4臺，是臥式橢圓形封頭儲罐，工藝設(shè)備編號TK236-1、TK236-2、TK236-3、TK236-4；蒸發(fā)工段混合油罐1臺，是立式圓柱體拱頂罐，工藝設(shè)備編號TK206D；溶劑暫存罐1臺，是臥式圓柱體儲罐，工藝設(shè)備編號TK228。正常生產(chǎn)時，存在于其他設(shè)備的溶劑量變化不大，其庫存量可理解為定值常數(shù)，因此只要計算出可計量設(shè)備內(nèi)的溶劑量變化情況就能基本掌握整個車間溶劑庫存量變化情況。

4 利用PLC系統(tǒng)編程實現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫存的實時顯示

利用PLC系統(tǒng)編程實現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫存實時顯示的步驟：PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)(見圖4)、PLC程序編寫(見圖5)、優(yōu)化編譯、下載運行。

程序編寫的主要思路是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、線性化后的計算公式計算體積，然后體積乘以溶劑密度計算溶劑質(zhì)量。溶劑高度是公式中的唯一變量，此高度數(shù)據(jù)由安裝在罐體上的液位傳感器傳輸而來。將所有庫存設(shè)備的數(shù)據(jù)按上述步驟進行編程，并下載到CPU運行，即可實現(xiàn)溶劑庫存量的實時計算。

圖4 PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)

圖5 PLC編程原理

5 大豆制油廠溶劑庫存量PLC實時顯示應(yīng)用

上位機監(jiān)控畫面組態(tài)可實現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫存量的實時顯示。圖6為地下溶劑庫、溶劑暫存罐庫存量，圖7為混合油罐庫存量。改造完成之后經(jīng)過一年來與地磅單數(shù)對比，誤差在2%以內(nèi)(測量誤差和密度變化影響)。

改造后經(jīng)運行證明，溶劑庫存量自動化計量能直觀地反映溶劑消耗狀況以及溶劑的實際庫存量，便于根據(jù)生產(chǎn)計劃及時填報申購數(shù)量，更具體地顯示車間溶劑循環(huán)量以及溶劑暫存罐、地下溶劑庫溶劑量變化情況,對生產(chǎn)的指導(dǎo)作用非常明顯。

圖6 地下溶劑庫、溶劑暫存罐庫存量

圖7 混合油罐庫存量

6 結(jié)束語

PLC控制自動化已經(jīng)廣泛用于大豆制油行業(yè)，將儀表自動化和控制自動化充分結(jié)合更加有利于生產(chǎn)控制。將液位傳感器信號作為高度變量，結(jié)合PLC編程，可實現(xiàn)大豆制油廠溶劑庫存量自動化計量。該應(yīng)用已經(jīng)過實踐驗證，且在該企業(yè)一直運行使用。不足之處是溶劑密度在計算過程中采用了常數(shù)，不能消除溶劑密度變化引起的計量誤差。存在于其他工序設(shè)備中的溶劑采用估算定值，也引起一定的誤差。改進方向為其他設(shè)備中的溶劑量盡可能納入計量范圍，并繼續(xù)優(yōu)化程序。