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        發(fā)煙硫酸汽車裝車系統(tǒng)的自動(dòng)化改造

        2020-04-16 13:10:20林仁華
        硫酸工業(yè) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:裝車溢流觸摸屏

        林仁華

        (紫金銅業(yè)有限公司,福建龍巖 364204)

        紫金銅業(yè)有限公司(以下簡稱紫金銅業(yè))硫酸廠現(xiàn)有一條100kt/a發(fā)煙硫酸生產(chǎn)線,產(chǎn)出的發(fā)煙硫酸送往發(fā)煙硫酸庫儲(chǔ)存并進(jìn)行汽車裝車銷售。利用酸罐與裝車點(diǎn)的地勢落差裝車,發(fā)煙硫酸由輸酸管道流經(jīng)手動(dòng)切斷閥、氣動(dòng)切斷閥、裝酸鶴管和防溢流裝置對(duì)槽車進(jìn)行充裝。人工操作裝車過程中存在以下問題:

        1)發(fā)煙硫酸是危險(xiǎn)化學(xué)品,嚴(yán)禁超載運(yùn)輸,在充裝過程中一旦發(fā)生充裝過量,處理起來比較麻煩。裝酸鶴管配備防溢流裝置,該裝置液位檢測點(diǎn)高低不能自由調(diào)節(jié),不能控制槽車充裝量。

        2)裝車時(shí)發(fā)煙硫酸霧濃,防溢流檢測探頭存在著誤報(bào)等因素。

        3)充裝槽車時(shí),靠人工查看裝車的硫酸液位來控制裝酸量,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,同時(shí)存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

        4)不能自動(dòng)記錄充裝車次,也無法及時(shí)了解裝車發(fā)售發(fā)煙硫酸質(zhì)量等數(shù)據(jù)。

        為防止裝車時(shí)發(fā)生溢流泄漏、降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度并有效保證人員安全、限制發(fā)煙硫酸超載裝車運(yùn)輸、提升企業(yè)自動(dòng)化控制水平,紫金銅業(yè)改造安裝了2套發(fā)煙硫酸汽車自動(dòng)裝車系統(tǒng)。

        1 基于PLC控制的發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)

        紫金銅業(yè)在原有自動(dòng)切斷閥后裝酸管道上合適位置增裝了1臺(tái)一體式電磁流量計(jì),增加了1臺(tái)帶觸摸屏的PLC控制箱,構(gòu)成了發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)。PLC控制器控制自動(dòng)切斷閥打開,發(fā)煙硫酸儲(chǔ)罐的發(fā)煙硫酸通過裝酸管道依次流向手動(dòng)切斷閥、自動(dòng)切斷閥、電磁流量計(jì)和裝酸鶴管,向槽車進(jìn)行定量充裝。裝車質(zhì)量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí),自動(dòng)關(guān)閉裝酸閥門,裝車完成。自動(dòng)裝車系統(tǒng)設(shè)有防溢流與靜電接地設(shè)施,可有效地防止溢車、靜電打火現(xiàn)象[1]。裝酸鶴管端部帶有液位檢測探頭,一旦發(fā)生溢流,防溢流控制器將切斷閥門,并報(bào)警。

        發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)工作流程見圖1。

        圖1 發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)工作流程

        該自動(dòng)裝車系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

        1)采用橫河智能化一體型AXG電磁流量計(jì)作為發(fā)煙硫酸充裝流量的檢測裝置,該電磁流量計(jì)完全滿足自動(dòng)裝車系統(tǒng)要求。

        2)利用現(xiàn)有的庫存配件,PLC選用西門子的S7-200系列的CPU 224XP。西門子S7-200系統(tǒng)可靠性高、編程簡單、維修方便、通用性強(qiáng)。自帶有2路模擬量輸入和1路模擬量輸出,使用比較方便。由PLC控制的發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng),相對(duì)于單片機(jī)式的定量裝車控制儀,其功能更強(qiáng)大,穩(wěn)定性好。

        3)觸摸屏選用Weinview的MT8101iE。觸摸屏與PLC串口通信連接,把裝車需要設(shè)置設(shè)定的控制參數(shù)傳給PLC處理,PLC把流量等數(shù)據(jù)傳至觸摸屏進(jìn)行顯示并進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和操作。

        4)裝酸自動(dòng)切斷閥是原有的氣開式氣動(dòng)閥,它接受PLC控制器的控制進(jìn)行閥門開啟和關(guān)閉的動(dòng)作,并把開到位和關(guān)到位的開關(guān)信號(hào)送至PLC控制器。

        5)裝酸鶴管成套配置的防溢流裝置,液位超過允許高度時(shí),裝在鶴管上部的防溢流液位開關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)作,發(fā)出控制信號(hào)至PLC控制器,關(guān)閉裝酸閥門停止裝酸,避免硫酸溢出,并報(bào)警提醒。

        2 發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)置

        汽車槽罐車裝酸量一般設(shè)定在30 t左右,發(fā)煙硫酸密度按1.89 t/m3計(jì),該系統(tǒng)電磁流量計(jì)最大量程設(shè)為72 m3/h,每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)0.020 m3。電磁流量計(jì)主要參數(shù)設(shè)置見表1。

        表1 電磁流量計(jì)主要參數(shù)

        3 發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)控制過程

        發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)控制線路見圖2,操作界面見圖3。

        圖2 自動(dòng)裝車系統(tǒng)控制線路

        圖2 中,S1為閥門開到位開關(guān),S2為閥門關(guān)到位開關(guān),S3為溢流開關(guān),SB3為試驗(yàn)按扭,KA2為閥門開到位指示,KA3為閥門關(guān)到位指示,KA4為報(bào)警指示。

        發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)控制過程如下[2]:

        1)電磁流量計(jì)的累積流量以脈沖的形式傳送至PLC控制的高速計(jì)數(shù)端子I0.0,瞬時(shí)流量信號(hào)以4~20 mA電流的形式經(jīng)500 Ω電阻轉(zhuǎn)換為2~10 V的電壓信號(hào)傳送至PLC控制器的AIW0端口。

        2)PLC控制器接收并處理電磁流量計(jì)傳遞的流量信號(hào),其中脈沖信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的裝車質(zhì)量時(shí),關(guān)閉中間繼電器KA1,從而關(guān)閉自動(dòng)切斷閥,裝車完成。瞬時(shí)流量信號(hào)經(jīng)PLC控制器的A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)算處理后于觸摸屏顯示瞬時(shí)流量。

        3)觸摸屏與PLC控制器的串口進(jìn)行通信連接,裝酸需要設(shè)置或調(diào)整的控制參數(shù)及操作指令由觸摸屏輸入,傳給PLC控制器進(jìn)行處理。PLC控制器把流量等數(shù)據(jù)傳至觸摸屏進(jìn)行顯示,并對(duì)操作數(shù)據(jù)和流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存檔。

        4)裝酸自動(dòng)切斷閥接受PLC控制器的控制,進(jìn)行開啟閥門和關(guān)閉閥門的動(dòng)作,并把開到位和關(guān)到位的開關(guān)信號(hào)送至PLC控制器。在PLC發(fā)出打開自動(dòng)切斷閥的信號(hào)后,PLC未收到自動(dòng)切斷閥開到位信號(hào),自動(dòng)將自動(dòng)切斷閥關(guān)閉,停止裝車作業(yè)并報(bào)警。

        5)裝酸鶴管成套配置的防溢流裝置檢測到溢流信號(hào)(開關(guān)量),防溢流裝置自動(dòng)報(bào)警,并把溢流信號(hào)傳送至PLC控制器,由 PLC控制器關(guān)閉自動(dòng)切斷閥,并進(jìn)行報(bào)警記錄。

        6)開始裝酸前現(xiàn)場需要在觸摸屏上確認(rèn)“裝酸設(shè)定量”的值(見圖3),按觸摸屏“清零”按鈕將“裝酸計(jì)數(shù)量”清零;按下“裝酸”按扭SB1,中間繼電器KA1閉合,自動(dòng)切斷閥閥門打開,開始裝酸。當(dāng)PLC控制器接收到累計(jì)脈沖,計(jì)數(shù)到“裝酸設(shè)定量”的值時(shí),PLC控制器斷電中間繼電器KA1,自動(dòng)切斷閥關(guān)閉,裝酸完成。裝酸中途如果遇到問題,按 “停止”按鈕SB2,閥門關(guān)閉;“裝酸計(jì)數(shù)量”暫停計(jì)數(shù),注意不要按“清零”按鈕。問題處理完后,按“裝酸”按鈕SB1,閥門打開,繼續(xù)裝酸,“裝酸計(jì)數(shù)量”繼續(xù)增加。該自動(dòng)裝車系統(tǒng)設(shè)有“急?!遍_關(guān)SA,特殊情況下,不經(jīng)過PLC控制器,直接關(guān)閉自動(dòng)切斷閥,停止裝車作業(yè)并報(bào)警。

        圖3 操作界面

        計(jì)量和裝酸控制部分程序如下:

        該自動(dòng)裝車系統(tǒng)其他功能如下:

        1)系統(tǒng)校正功能。因發(fā)煙硫酸密度隨季節(jié)、環(huán)境溫度等因素變化而變化,當(dāng)“裝酸計(jì)數(shù)量”與實(shí)際過磅量差距較大時(shí),需要適當(dāng)調(diào)整“煙酸密度”的設(shè)定值。

        2)歷史記錄功能。觸摸屏“歷史記錄”頁面按時(shí)間倒序記錄了系統(tǒng)進(jìn)行清零、裝酸、停止、急停、開關(guān)液位保護(hù)、開關(guān)煙酸閥門等主要操作的時(shí)間記錄,還有裝車時(shí)間、次數(shù)和累計(jì)質(zhì)量等數(shù)據(jù)的保存,必要時(shí)可在此頁面對(duì)操作過程進(jìn)行查看。

        4 實(shí)際使用效果

        隨機(jī)抽取某天w(H2SO4)104.5%發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車數(shù)據(jù)(見表2),其中實(shí)載量是罐車裝酸后質(zhì)量減去罐車質(zhì)量后的數(shù)據(jù)。該自動(dòng)裝酸的控制精度高,取得了預(yù)期的效果。

        表2 自動(dòng)裝車數(shù)據(jù)

        5 結(jié)語

        該發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車系統(tǒng)不僅裝車效率高,避免了少裝或多裝的現(xiàn)象,還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,安全性提高,環(huán)保性好,大大提高了管理水平。通過半年多的運(yùn)用,自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果。后期還可以增加溫度檢測,把溫度值送入PLC的AIW1端口,進(jìn)行溫度補(bǔ)償,使裝酸質(zhì)量的控制更加準(zhǔn)確。為防止裝車過程中產(chǎn)生水擊現(xiàn)象和沖量現(xiàn)象,還可以通過更換自動(dòng)切斷閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、加裝智能閥門定位器、利用PLC的模擬量輸出端口,實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門開啟和關(guān)閉的多段控制,使裝酸過程控制更加精準(zhǔn)。

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