唐小雄

（中鋁東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352100）

選擇氣力輸送裝置時(shí)，首先要對(duì)輸送物料的性質(zhì)和料粒形狀、密度，輸送條件，輸送距離進(jìn)行了解和研究。氣力輸送系統(tǒng)關(guān)聯(lián)設(shè)備較多，生產(chǎn)連續(xù)性要求高，控制邏輯合理性、可靠性是充分發(fā)揮出氣力輸送系統(tǒng)設(shè)備性能，保持穩(wěn)定高效運(yùn)行前提條件。本文以中鋁東南銅業(yè)銅精礦正壓濃相輸送系統(tǒng)為例，從工藝流程、系統(tǒng)主要設(shè)備、控制系統(tǒng)編程組態(tài)、系統(tǒng)調(diào)試和主要故障處理等幾個(gè)方面，對(duì)銅精礦氣力輸送系統(tǒng)PLC控制與維護(hù)方面進(jìn)行探討。

1 銅精礦氣力輸送系統(tǒng)主要設(shè)備及工藝流程

1.1 銅精礦氣力輸送系統(tǒng)主要設(shè)備

主要包括輸送罐、儲(chǔ)氣罐、壓縮空氣總管流量計(jì)、手動(dòng)插板閥、進(jìn)料閥、進(jìn)口柔性膨脹節(jié)、合金耐磨彎頭、加料倉流化裝置、出料閥、出口柔性膨脹節(jié)、輸送管件、濃相穩(wěn)定助推裝置及管件、終端旋風(fēng)接收器、泵稱重裝置、壓力變送器、接收料倉料位計(jì)、接收料倉的安全閥、配氣管道及控制閥門組件和PLC控制系統(tǒng)及內(nèi)部電纜等。

銅精礦氣力輸送采用兩套氣力輸送系統(tǒng)，采用雙罐CD濃相輸送泵同時(shí)工作，交替輸送，共用一個(gè)輸送管道，任何一個(gè)CD輸送泵停止工作時(shí)，另一個(gè)CD輸送泵可獨(dú)立工作。每個(gè)輸送泵包括進(jìn)料閥，輸送罐，出料閥，主氣閥、排氣閥、硫化閥、肩部閥，排堵閥、稱重裝置、配氣組件、氣控箱等。

1.2 銅精礦氣力輸送CD濃相輸送泵工藝流程

（1）進(jìn)料閥門打開，出料閥門關(guān)閉，排氣閥門開啟，供料倉往輸送罐加料，精礦在重力作用下落入SCP泵中。

（2）銅精礦下落填充SCP泵持續(xù)加料至設(shè)定重量，進(jìn)料閥門關(guān)閉，停止加料。排氣閥門同時(shí)關(guān)閉，輸送氣源打開，往輸送泵送氣加壓。

（3）當(dāng)輸送泵壓力達(dá)到輸送壓力設(shè)定值時(shí)，出料口閥門打開，銅精礦物料在壓縮空氣推動(dòng)下從輸送泵輸出輸送管道到銅精礦目標(biāo)倉。

（4）當(dāng)輸送泵內(nèi)壓力降到設(shè)定值或重量降至設(shè)定值，輸送進(jìn)氣閥關(guān)閉，出料閥關(guān)閉，旁通輸送氣路打開，將管道內(nèi)物料繼續(xù)送至精礦目標(biāo)倉，完成一個(gè)輸送循環(huán)。

（5）另一臺(tái)倉泵重復(fù)上述輸送過程，至此兩臺(tái)倉泵開始交替運(yùn)行。

依據(jù)生產(chǎn)情況，在每臺(tái)料倉下方布置二臺(tái)7m3的SCP泵，每臺(tái)SCP設(shè)有出錐段流化、出料口流化，出口濃相穩(wěn)定器，保證物料充分流化，不在管道中沉積。在輸送泵出口將管道合并為一根DN250輸送管道，輸送泵內(nèi)物料交替通過DN250輸送管道進(jìn)入目標(biāo)倉，布置一臺(tái)160㎡的布袋除塵器處理煙塵，確?？諝馀欧胚_(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 PLC型號(hào)選擇和I/O模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)選型

2.1 I/O點(diǎn)數(shù)的估算

I/O點(diǎn)數(shù)的估算：根據(jù)被控對(duì)象的IO信號(hào)分類匯總后的總點(diǎn)數(shù)，加上15%～30%的備用量。用戶存儲(chǔ)器容量的估算，用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素（如IO點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等）有關(guān)。PLC還應(yīng)考慮裝載存儲(chǔ)器容量，裝載存儲(chǔ)器保存用戶程序、標(biāo)簽數(shù)據(jù)（符號(hào)表）、組態(tài)信息等數(shù)據(jù)，一般容量按用戶程序容量的兩倍考慮。考慮到與DCS系統(tǒng)兼容性，選擇西門S7-PLC 1200系列，開發(fā)軟件為博途(TIA PORTAL)。

2.2 通信模塊

氣力輸送系統(tǒng)采用以PLC為核心的完整的檢測(cè)、連鎖和保護(hù)裝置的獨(dú)立控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣力輸送設(shè)備及其附屬系統(tǒng)啟/停的控制、正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整以及系統(tǒng)運(yùn)行異常與事故工況的處理；配套的監(jiān)測(cè)（壓力、溫度、料位等）、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，現(xiàn)場(chǎng)控制箱，所有控制信號(hào)進(jìn)入DCS系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)采用和DCS系統(tǒng)相匹配Profibus DP通訊接口，設(shè)備自帶儀表通過硬接線接至PLC系統(tǒng)電控柜。

3 控制條件及要求

3.1 工藝設(shè)備條件分析

要做好氣力輸送程序設(shè)計(jì)，必須掌握原始條件進(jìn)行分析，才能保證設(shè)備安全高效運(yùn)行。銅精礦粉物料特性是硬度大，磨琢性強(qiáng)，腐蝕性強(qiáng)，受潮易粘結(jié)成塊狀，干燥后銅精礦物料溫度95℃～130℃。根據(jù)生產(chǎn)需要采用兩套輸送能170 t/h氣力輸送系統(tǒng)，每套輸送系統(tǒng)中配兩臺(tái)輸送罐，輸送物料水平長(zhǎng)度約32m，提升垂直高度約45m，24小時(shí)連續(xù)作業(yè)。

銅精礦物料粒度決定氣力輸送的布置路線、輸送距離和選擇合適的氣流速度。輸送量還與工藝流程有關(guān)，可根據(jù)工藝要求選擇采用間歇式或者連續(xù)式輸送控制自由切換，在選用正壓濃相氣力輸送形式還應(yīng)考慮裝置的可靠性，要估計(jì)氣力輸送一旦發(fā)生故障對(duì)生產(chǎn)和環(huán)境的影響。綜合考慮除塵設(shè)備性能，防止對(duì)大氣的污染，氣力輸送裝置除了要求能現(xiàn)場(chǎng)就地控制和調(diào)整參數(shù)，還要實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)集中控制和參數(shù)調(diào)整，由中央控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。還需充分考慮電氣控制設(shè)備選型，關(guān)聯(lián)設(shè)備聯(lián)鎖關(guān)系，氣源類型及儲(chǔ)氣罐安全裝置，實(shí)現(xiàn)上下游工藝設(shè)備連鎖，防止事故發(fā)生。銅精礦氣力輸送系統(tǒng)過程檢測(cè)與控制流程如圖1所示。

圖1 銅精礦氣力輸送系統(tǒng)過程檢測(cè)與控制流程圖

3.2 控制和數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警信息要求

3.2.1 氣力輸送SCP泵由PLC控制

SCP泵的就地氣控箱內(nèi)裝有觸摸屏，有電磁閥和壓力表數(shù)據(jù)信息，用于顯示SCP泵泵內(nèi)壓力，并提供就地控制和顯示主控制畫面，包括有SCP泵的主啟動(dòng)/停止/吹掃開關(guān)。

3.2.2 主控畫面

主控畫面包括以下操作員控制、指示和報(bào)警信息。SCP泵的主啟動(dòng)/停止/吹掃開關(guān)。允許操作員啟動(dòng)或者停止系統(tǒng)。當(dāng)這個(gè)開關(guān)置于“啟動(dòng)”位置時(shí)，SCP泵系統(tǒng)將正常運(yùn)行。當(dāng)這個(gè)開關(guān)置于“吹掃”位置時(shí)，SCP泵將在進(jìn)料閥不打開的情況下進(jìn)行循環(huán)。這個(gè)功能在系統(tǒng)維護(hù)過程中或者吹掃系統(tǒng)中的殘余精礦時(shí)使用。

3.2.3 SCP泵的控制啟動(dòng)/停止開關(guān)

對(duì)于SCP泵，只有這個(gè)開關(guān)和主控畫面上的啟動(dòng)/停止開關(guān)都置于“啟動(dòng)”位置時(shí)才能運(yùn)行，安裝在輸送空氣配氣管路空氣入口上的壓力表用于指示輸送管道內(nèi)的壓力。程序設(shè)計(jì)需具有自動(dòng)控制、就地手動(dòng)控制、顯示界面參數(shù)調(diào)整控制三種方式。

4 銅精礦氣力輸送系統(tǒng)邏輯程序設(shè)計(jì)思路

SCP泵運(yùn)行流程：輸送循環(huán)開始時(shí)，控制系統(tǒng)將檢查下列循環(huán)啟動(dòng)聯(lián)鎖條件是否滿足。

（1）SCP泵就地氣控盤上的啟動(dòng)/停止開關(guān)置于“啟動(dòng)”位置。

（2）主控畫面上的啟動(dòng)/停止/吹掃開關(guān)置于“啟動(dòng)”或者“吹掃”位置。

（3）SCP泵內(nèi)壓力小于0.3barg。

（4）輸送壓縮空氣壓力大于5.0barg。

（5）SCP泵進(jìn)料閥關(guān)閉到位。

（6）SCP泵排氣閥關(guān)閉到位。

（7）銅精礦目標(biāo)庫的高料位開關(guān)沒有被覆蓋。

（8）輸送管道確認(rèn)可用。

（9）最小循環(huán)周期定時(shí)器已經(jīng)計(jì)時(shí)完畢。

當(dāng)上述條件均為真值時(shí)，將觸發(fā)一次輸送循環(huán)并且按照以下步驟運(yùn)行：

步驟1：進(jìn)料閥和排氣閥分別通過相應(yīng)的電磁閥線圈得電開啟，同時(shí)啟動(dòng)短填充定時(shí)器(30秒)、循環(huán)時(shí)間監(jiān)視定時(shí)器(130秒)、最小循環(huán)周期定時(shí)器(151秒)和最大排氣定時(shí)器(90秒)。精礦將通過重力作用落入SCP泵內(nèi)。同時(shí)出料閥將通過相應(yīng)的電磁閥線圈得電關(guān)閉。

步驟2：當(dāng)SCP泵內(nèi)的料位開關(guān)已被覆蓋或者當(dāng)短填充定時(shí)器已經(jīng)計(jì)時(shí)完畢時(shí)，SCP泵的排氣閥通過相應(yīng)的電磁閥線圈失電關(guān)閉，同時(shí)啟動(dòng)過填充定時(shí)器(0.1秒)。如果料位開關(guān)被覆蓋或短填充定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢以前最大排氣定時(shí)器已經(jīng)計(jì)時(shí)完畢，則排氣閥通過相應(yīng)的電磁閥線圈失電關(guān)閉。

步驟3：過填充定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢時(shí)，進(jìn)料閥將通過相應(yīng)的電磁閥線圈失電關(guān)閉。

注意：如果在輸送循環(huán)開始時(shí)，SCP泵的料位開關(guān)被覆蓋或者啟動(dòng)/停止/吹掃開關(guān)置于“吹掃”位置，則不開啟進(jìn)料閥，循環(huán)從下一步驟繼續(xù)。

步驟4：當(dāng)進(jìn)料閥和排氣閥關(guān)閉到位，而且出料閥得電開啟，主進(jìn)氣閥和流化進(jìn)氣閥將分別通過相應(yīng)的電磁閥線圈得電開啟。壓縮空氣進(jìn)入SCP泵，泵內(nèi)壓力上升。

步驟5：如果在輸送過程中泵內(nèi)壓力升高到4.0barg時(shí)，主進(jìn)氣閥和流化進(jìn)氣閥將通過相應(yīng)的電磁閥線圈失電關(guān)閉，直到泵內(nèi)壓力降低到3.5barg以下時(shí)才重新開啟。

步驟6：精礦通過輸送管道進(jìn)入終端灰?guī)?。?dāng)安全輸送定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢并且泵內(nèi)壓力下降到0.3barg以下時(shí)，控制系統(tǒng)將發(fā)出輸送完成的信號(hào)，主進(jìn)氣閥和流化進(jìn)氣閥將通過相應(yīng)的電磁閥線圈失電關(guān)閉。同時(shí)啟動(dòng)循環(huán)復(fù)位定時(shí)器(3秒)。

步驟7：當(dāng)循環(huán)復(fù)位定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢，則輸送循環(huán)完成。如果在循環(huán)過程中，任何一個(gè)啟動(dòng)聯(lián)鎖條件變?yōu)榉钦嬷?，則本次循環(huán)將繼續(xù)進(jìn)行到完成，然后系統(tǒng)將停止，直到所有的啟動(dòng)聯(lián)鎖條件重新變?yōu)檎嬷?。例如，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)料灰斗的料位計(jì)是被覆蓋的。如果在循環(huán)過程中，這個(gè)料位計(jì)變?yōu)椴槐桓采w，這個(gè)條件將被忽略而不會(huì)使循環(huán)停止或者復(fù)位。通過PLC程序鎖定循環(huán)啟動(dòng)指令實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)發(fā)生一個(gè)故障，允許循環(huán)執(zhí)行到下一步驟，然后循環(huán)進(jìn)程將被掛起，直到聯(lián)鎖條件為真值后，才循環(huán)將繼續(xù)執(zhí)行下一步。下一步驟循環(huán)進(jìn)程的循環(huán)信息將被鎖定，使得出現(xiàn)故障，隨后的聯(lián)鎖條件變?yōu)榉钦嬷禃r(shí)，循環(huán)不會(huì)停止或者倒退。閉鎖在循環(huán)末的循環(huán)復(fù)位定時(shí)器運(yùn)行過程中解除。

5 主要故障及維護(hù)

5.1 系統(tǒng)報(bào)警

當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)不起來，發(fā)生報(bào)警時(shí)報(bào)警指示燈會(huì)亮起，觸摸屏上會(huì)出現(xiàn)具體的報(bào)警信息。這時(shí)候需要到現(xiàn)場(chǎng)檢查對(duì)應(yīng)的閥門開關(guān)狀態(tài)。

（1）平移閥有沒有發(fā)生漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致壓力反饋開關(guān)壓力達(dá)不到；

（2）閥門被灰塊或者異物卡??；

（3）儀表氣源壓力確認(rèn)。

出現(xiàn)閥門卡住的情況，在現(xiàn)場(chǎng)控制箱找到對(duì)應(yīng)電磁閥，手動(dòng)按下紅色的按鈕把閥門打開，之后打開進(jìn)氣閥們手動(dòng)吹掃一遍。再關(guān)上閥門看看報(bào)警是否消除，未消除需把電磁閥進(jìn)行復(fù)位。

5.2 堵管處理

排堵堵管的界定：在輸送過程中，當(dāng)輸送時(shí)間超過正常輸送時(shí)間2倍～3倍并大于30分鐘，輸送壓力較高并沒有明顯下降趨勢(shì)，該輸送就判定為失?。劝l(fā)生堵管）。當(dāng)自動(dòng)排堵閥反復(fù)的開關(guān)狀態(tài)、壓力始終下不來的時(shí)候需要按下吹掃按鈕開始吹掃管道，停止輸送當(dāng)壓力下降到0.2 barg時(shí)候不再上升，則排堵成功。在上述方法無法排除堵管時(shí)，單擊觸摸屏上強(qiáng)制停止按鈕，整套設(shè)備會(huì)立刻停止，各閥門都關(guān)閉。此刻把每個(gè)閥門都打到就地，手動(dòng)操作每個(gè)閥門打開或者關(guān)閉。把主進(jìn)氣和出口補(bǔ)氣大約一分鐘左右聽氣旋那塊有沒有嘩嘩進(jìn)氣的聲音有的話說明已排堵，沒有的話繼續(xù)吹掃。期間可以觀察壓力表變化情況，確定管道有沒有疏通。重新落料時(shí)，可以將落料時(shí)間和循環(huán)間隔時(shí)間設(shè)置較小的參數(shù)，并逐漸增加。

5.3 其他維護(hù)事項(xiàng)

（1）當(dāng)觀察輸送曲線壓力頻繁的升高壓的時(shí)候或者壓力曲線下不來需要停止設(shè)備運(yùn)行，吹掃一下管道。

（2）空壓機(jī)含水的問題，每天巡檢檢查過濾調(diào)壓器是否含水，防止水進(jìn)到氣缸了導(dǎo)致氣缸失靈，減少閥門使用壽命。

（3）當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候需拆卸閥門時(shí)，倉泵壓力必須低于0.2公斤，防止發(fā)生人身危險(xiǎn)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)的壓力表和壓變要定期的檢驗(yàn)。

（5）定期要查看輸送歷史曲線，觀察輸送的情況。

6 結(jié)語

一套氣力輸送系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型，應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的組成、設(shè)備布置、操作要求等方面的情況，從系統(tǒng)規(guī)模、控制功能的要求、網(wǎng)絡(luò)互連及可靠性、擴(kuò)展性、性價(jià)比等方面確定系統(tǒng)的配置；控制邏輯和聯(lián)鎖條件要充分考慮上、下流程設(shè)備狀況，壓力容器，正壓濃相輸送粉塵物料要充分考慮可能出現(xiàn)突發(fā)情況，防止安全環(huán)保事故發(fā)生。