復合肥生產小型集散控制系統

分類：技術教程日期：2007-03-29 00:00:00

1 引言
目前，復合肥生產線大多為人工操作，工人生產環境差，勞動強度高，而且配料不精確，常常由于人為因素較多而造成產品質量不穩定。錦州特肥廠原有10萬噸/年氮磷鉀三元素復合肥生產線，2000年通過技術改造，調整為30萬噸/年的生產規模。為了進一步提高生產和管理水平，該廠成套配置了復合肥生產計算機控制系統。
生產工藝及控制要點:
氮磷鉀三元素復合肥生產分為3個工段:磷酸和硫酸工段、轉化和復肥工段、造粒工段。第一個工段主要是生產磷酸和濃硫酸，包括磷酸萃取、硫酸焙燒等工序;在轉化和復肥工段，先在反應釜中按比例加入硫酸和氯化鉀，加溫至110℃并恒溫固定時間后進入收集槽，然后在收集槽加入磷酸，混合后經混酸泵打入管式反應器，最后向管式反應器加入中和氨氣，生產成品料漿;在造粒工段，成品料漿等經噴漿控制進入造粒機造粒，再經過烘干等處理最后成為成品復合肥。
生產中控制回路主要包括各種原料的比值控制系統、反應器和造粒機溫度控制系統、噴漿流量控制系統等;開關控制主要包括各種礦漿物料變頻器啟/停、各種反應器閥門開/關等。有些設備需要順序控制和聯鎖控制。監測參數包括溫度、壓力、流量、液位等多種參數。
2 控制系統構組成
控制系統采用下位機+上位機+服務器三層模式。下位機包括兩套Eurotherm 公司的E2500小型DCS控制裝置和一套研華ADAM5510 PLC;上位機為2臺工控機，互為熱備份;服務器為普通PC機，具體結構如圖1所示。

圖1 復合肥生產計算機控制系統結構

E2500支持Modbus、Profibus、OPC等多種通訊協議，控制功能豐富。ADAM5510是研華公司的Pc Based產品，支持Modbus協議，采用C語言編程，方便靈活。上位機和服務器分別運行iFIX運行版和開發版工業組態軟件，3套計算機通過以太網互聯。上位機和下位機連接采用了485網絡，Modbus RTU通訊協議，通訊速率19200bps。ADAM5510安裝在現場，系統中加裝RS485中繼器。
3 系統主要功能機及實現
生產線的控制主要由下位機完成，上位機按工段提供人機交互界面，進行數據顯示、存儲、和統計等功能。服務器備份運行操作和數據，對歷史數據進行分析管理。

3.1 上位機主要功能及實現
在上位機，可以通過主界面進入各個工段監控界面。在每個工段監控界面中可以進入其它工段。在工段監控界面中顯示有關工藝流程，在相應位置顯示過程參數。為適應現場人員習慣，系統設置一個參數列表界面，以表格形式分門別類顯示系統所有監控參數。各個工段主要控制回路和監控參數如下:
(1) 磷酸和硫酸工段
· 控制回路:萃取礦漿流量和萃取硫酸流量比值控制;沖盤水流量單回路PID控制;
· 監控參數:萃取礦漿變頻器、萃取硫酸變頻器啟停;硫酸過氧焙燒溫度、酸池液位等;
(2) 轉化和復肥工段
·控制回路:硫酸流量、氯化鉀流量、磷酸流量三比值控制系統;中和混酸流量、中和氨流量比值控制系統;
·監控參數:硫酸變頻器、氯化鉀變頻器、磷酸變頻器啟停;鹽酸流量、水流量、混酸池液位、中和氨壓力;
(3) 造粒工段
·控制回路:噴漿流量單回路PID控制A、B、C;溫度控制單回路PID控制;
·監控參數:機頭溫度A、B、C;機尾溫度A、B、C;成品料和返料皮帶變頻器啟停;皮帶物料重力、速度信號;電機轉速。
在對應的工段監控界面中，每一個控制回路有對應的PID操作面板，可以象操作常規儀表一樣進行PID參數設定、手動/自動切換等;對于比值控制系統，可以方便地進行比值設定。比值控制系統比值斷開/連接等功能。兩臺上位機互為熱備份，在運行監控時可以分別運行在不同的界面，從而大大拓展運行人員監控視野。

3.2 下位機主要功能及實現
下位機具體實現回路控制和參數監控。主要工藝流程由2套E2500實現監控，ADAM5510實現成品料和返料皮帶的監控。
E2500控制裝置功能豐富，組態靈活。所有參數具有相應的Modbus地址，可以直接供上位機讀寫。2500控制裝置有標準PID控制算法，可以直接用于單回路和比值控制系統。對于系統中反應釜溫度控制等，系統隨著工況變化有較強的非線性，采用自適應PID控制。同時設置多組PID參數，系統會在對應工況下自動切換運行，從而保證控制質量。
E2500的一些參數具有Modbus地址源地址，利用這一特點，可以方便地在線實現系統連接關系切換。比如，比值控制系統在手動操作或者投運前進行調試時，需要切斷比值連接，要求相應PID控制的給定值暫時轉換為本地給定。通過運行iFix腳本命令，可以方便地修改給定值源地址實現這種功能。
成品料和返料的監控中，主要是采集重力信號和速度信號，計算瞬時流量和累計流量。系統中利用ADAM5510的COM1口擴展了簡單的鍵盤和顯示，可以方便進行就地參數設定和測皮控制、標定等操作。
3.3 報表和系統數據管理
報表實現方法有多種，系統應用VB6.0將EXCEL對象引入應用程序，在已經設定好的報表模板中加入自定義宏，屏蔽掉ＥＸＣＥＬ菜單欄及工具欄中無用的項目而僅留頁面設置、打印預覽、打印及退出4個項目，使操作人員可以方便操作。每天8:00整打印和存儲日報表，報表內容包括各種物料瞬時流量、累計流量、返料量、成品量以及各點溫度、壓力等的歷史紀錄。歷史紀錄是按每半小時統計一次生成的過去24小時數據，產生日報表，每月第一天計算出上月總量，日均消耗各種物料量等，生成生產月報表。
歷史數據設計、采集和顯示分別用iFIX的HTA、HTC和 HTD，每24小時生成一個文件存儲在硬盤上。通過趨勢顯示、歷史報告和數據分析，對生產情況進行評估，不斷優化生產過程。
4 系統可靠性設計
系統在電源、上位機和E2500控制裝置兩級上都作了冗余設計。上位機兩臺工控機一臺運行，一臺熱備份，通過iFix開發工具EDA編程互相監控。兩臺工控機都通過RS-485通訊接口連接E2500。E2500系統中采用雙CPU模塊冗余技術，兩臺CPU模塊應用程序相同，一臺CPU模塊周期性與另一CPU模塊通訊，超時未得到應答則自動轉入運行狀態。
生產線上所有的設備都有現場手動開關，可隨時脫離控制系統轉換到手動操作模式，而不影響整條生產線的工作，便于設備維護，增進了系統可靠性。
5 結束語
錦州特肥廠復合肥生產計算機控制系統2000年全面投運，運行穩定可靠，大大提高了生產效率，同時使工廠生產、管理都提高到一個新的水平。由于系統已經采集了生產線上大量數據，如何進行深層次的數據挖掘和分析，是一個有意義的新的課題。