PLC在铜冶炼烟气制酸系统中的应用.pdf

2 0 1 2年 1 0月第 5期P L C在铜冶炼烟气制酸系统中的应用陈军 4 7 P L C在 铜 冶 炼 烟 气 制 酸 系 统 中 的 应 用 陈 军 中冶葫芦岛有 色金属集团有限公 司东方铜业公司，辽宁 葫芦岛 [ 摘要 ] 介绍 了某公司制酸工艺 自动控制系统 的结构 、 硬件 配置和主要 系统软件 的功能等情况 ， 并对 系统 的开 发 与完善进行 了探讨 。 [ 关键词 ] 制酸工艺 ；P L C；自动控制 [ 中图分类号 ]T M2 7 3 [ 文献标 识码]B [ 文章编号 ]1 0 0 8 5 1 2 2 2 0 1 2 0 5 0 0 4 7 0 3 Ap p l i c a t i o n o f PLC i n Ac i d M a k i n g S y s t e m f r o m Co p p e r S me l t i ng Fu me C HE N J u n Abs t r a c t T h e s t r uc t u r e a n d h a r d wa r e c o n fig ur a t i o n o f a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m ， t he f u n c t i o n s o f ma i n s y s t e m s o f t wa r e a n d o t h e r s p e c i fic c o n d i t i o ns o f a c i d ma k i ng t e c hn o l o g y i n a c o mpa n y we r e i n t r o d u c e d， t h e d e v e l o p me n t a n d i mp r o v e me n t o f t he s y s t e m wa s di s c u s s e d． Ke y wo r ds a c i d ma k i ng t e c h n o l o g y；PLC；a u t o ma t i c c o n t r o l 1 概述 中冶葫芦 岛有色金属集团有限公司下属的东方 铜业公司于 2 0 0 7年 4月到 1 1月对制酸一系统进行 了技术改造。东方铜业公司主要生产工艺流程包括 鼓风炉 、 转炉及两个硫酸系列。本次制酸系统改造 是在前段鼓风炉转炉不停产的情况下进行的。由于 制 酸一 系统 生产 能力 小 于 制 酸 二 系统 ， 所 以对 其 先 进行改造， 制酸二系统则正常生产 。本次改造， 在制 酸 一 系统采 用 了 P L C控制 系 统 ， 实现 了对 整个 制 酸 一 系统的过程检测与控制。同时在改造过程 中， 制 酸一 系统 的转化 系 统采 用 了新 的 工艺 流程 ， 电 除雾 的改造中增加了 1 6个测温点首先进入数字显示仪 表进行显示 ， 再远传 送人 制酸一 系统 P L C控 制系 统 。制酸 3台 S O 风 机 成 套 采 用 西 门 子 S T E P一 7 3 0 0型 P L C进行控制 ， 并通过预留的以太 网接 口与 制酸主控室内的 P L C系统进行通讯 ， 实现对风机 的 运 行状 态进 行监 控 。 [ 收稿 日期 ]2 0 1 1 0 5～ 0 8 [ 作者简介 ]陈军 1 9 7 3一 ， 男 ， 辽 宁葫芦 岛人 ， 大学 本科 ， 工程师 ， 主要从事铜 、 锌冶炼 的技术 和改造工作 。 在系统改造过程 中， 自动化控制系统采用了美 国通用电气公 司与 日本 F a n u c 公 司合资组建的 G E F a n u c自动化公司 的产 品， 使用 的控制软 件是 M E 和 I F I X组 态 软件 。 2 系统 的硬件组成 2 ． 1 GE F a n u c控制 系统 的主 要组成 G E F a n u c 控 制系统 的 主要组成 为 1 一个负责执行过程 、 顺 序、 限时、 条件 控制 及负责管理输入／ 输 出模块 系统和控制网络通信 的 控制器 。输入／ 输 出模块系统负责处理来 自现场设 备的数据。控制网络采用 G e n i u s 网络。 2 两个 操 作 员 站 和一 个 工 程 师 站 ， 向用 户 提 供 人 机界 面 。 3 通 讯 用 智 能 型 工 业 以 太 网 交 换 机 ， 使 用 Mo d b u s T C P ／ I P协议 。 4 系统电源负责 向控 制器及相关输入／ 输 出 模块提供电源 G E F a n u c控制系统在控制室 内有一套相 同配 置的双机热备系统 ， 为控制器提供 了冗余系统 。在 控制系统 中， 出于安全性考虑 ， 将 P L C与现场控 制 设备 的开关量输入／ 输出信号采用继电器隔离 ， 保护 系统 安全 可靠 运行 。 4 8 有色冶金节能 口电力节能 2 ． 2工程师 站和 操作 员站 工程师 站 和操作 员站安 装 于制酸 主控 室操作 台 上 ， 其 功能 为 1 管 理控 制 网络 。 2 对运 行 软件进 行组 态 。 3 动态显示工艺参数各点信息及设备启停状 态。 4 作为操作员接 口界面。 2 ． 3控 制 器 控制器安装于制酸主控室 P L C柜 内， 由电源模 块 、 L C控 制 模 块 型 号 I C 6 9 8 C R E 0 2 0 、 V ME机 架 、 总线控制模块和冗余 内存交换模块组成。 2 ． 4交换 机 安装 于 制 酸 主控 室操 作 台 中 ， 功能 是 连接 控 制 网络 的各个 节 点 。 2 ． 5 I ／ o 模块 I ／ 0模 块组成远程 I ／ O站安装 于制酸 主控室 P L C柜 内 ， 其 功能 是 采 集 现场 数 据 ， 执 行 控 制 策 略 ， 主要 包括 1 A I 模块 模 拟量输入模块 ， 模块有 三种类 型， 即 4～ 2 0 m A输入 、 R T D热电阻和 T R C电偶。 2 A O模块 模拟量输出模块 ， 以 4～2 0 m A输 出 ， 通 过调 节执 行机 构 ， 以达到控 制被 调量 的 目的 。 3 D I 模 块 开 关量 输入模 块 ， 接收 现场 输 入 的 接 点信 号 。 4 D O模块 开关量输 出模块 ， 安装有 2 4 V电 源 的开关量 输 出 。 3 系统的软件结构 3 ． 1 系统 软件 G E F a n u c P L C采 用 Wi n d o w s N T系统 软件 ， 它包 括操 作系 统 、 编 译 系统 、 诊 断 系统 及 各 种 软件 维 护 、 开发 工具等 。 操作 系统能 防止数据 文件丢 失或损 坏 ， 系统生 成 及用户装入， 支撑虚拟存储， 能有效管理外部设备。 3 ． 2 支撑 软件 支撑 软 件包 括 数 据库 软 件 和 系统 组 态软 件 ， 采 用 I F I X软件。数据库软件采用企业级历史实 时数 据 库 ， 其功 能如 下 实时性 对 数据 库进行 快 速访 问 。 可维护性 在线监视及修改数据库内数据。 可恢复性 数据库内容可恢复到系统事故前 。 并发操作 在不同程序 任务 对数据库 内同一 数 据进行 并 发访 问 ， 且保 证数 据 的完整 性 。 一 致 性 在任 一 工 程师 站 对 数据 库 中数 据进 行 修改 ， 数据库系统 自动对所有 的相关数据进行修改。 此 外 ， 还 具有 方便 性 、 安 全性 和开 放性 。 支持 微 软公 司 E X C E L加 载宏 。 3 ． 3组 态软 件 采 用 I F I X 软件 ， 用于 组态 和数 据生成 。编程 软 件 采用 ME编程 语 言 和梯 形 图语 言 ， 经 编 写 下 载 到 P L C系统后 运 行 。在 I F I X 软 件 为设 备 的 操 作 和 控 制 ， 监视提供多种软件工具。 1 操作员界面 提供一个高分辩率图形桌面 ， 操 作员 可 与过程控 制 系统对 话 。 2 诊 断 工 具 向用 户 提 供 系统 设 备 节 点 状 态 及 完整性 等方 面信 息 。 3 报警 管理 向用 户 提供 系统 报警 画面 ， 只需 点击即可观察报警项 目。 3 ． 4 控 制 系统 硬件 配置 根据 制 酸工艺 特点 ， 本套 系统设 两 台操 作员 站 ， 一 台工程 师 站及控 制 网络 ， 如 图 1所示 。 图 1控 制 系 统 硬 件 配 置 圉 4系统 的控制功能及 应用 4 ． 1 控 制功 能 制 酸控 制系统 由北 京某 公 司进 行 设计 ， 组 态 ， 调 试 。本系统具备 P L C常规的工艺流程监测 ， 工艺参 数监测， 显示 ， 报警 ， 设备状态显示 ， 设备控制回路 ， 自动调节控制等功能 ， 主要功能如下 1 转化 电炉 远 程 控 制 系统 实 现 了 电炉 远 程 控制和现场 电炉未启动保护及转化电炉内温度过高 保 护 ， 联锁 自动停 车 的 自动 控制 。 2 转化 器 系统 各 层 阀 门的远程 控制 。 3 风机 耦合 器转 速 阀门的 远程控 制 。 4 液位 自动控制 系统 净化工序各循 环槽液 位 自动控 制 。 2 0 1 2年 1 0月第 5期P L C在铜冶炼烟气制酸系统中的应用陈军 4 9 5 液位 及 硫 酸 浓 度 自动 控 制 系统 干 吸 工 序 各 硫酸 循环槽 液 位 ， 及硫 酸 浓度 P I D 自动 控制 。 4 ． 2 在制酸系统中的应用 硫 酸浓度 、 液 位是净 化 工序 、 转化 工序 等前期 工 序正常的状态下对硫酸质量控制的核心。因为硫酸 浓 度是 硫 酸产 品质 量 的 主要 标 志 ， 而 且 硫 酸浓 度 的 大幅度波动会降低硫酸质量 ， 使产 品品质下降 ， 从而 影 响企 业经 济效 益 。 干吸系统 自动化控制方案不应采用简单 的 P I D 控 制 ， 循环槽 液 位和硫 酸浓 度应 实行选 择性 控制 ， 以 循环酸浓度控制为主。循环槽液位控制为辅。干吸 系统 中干燥 塔循 环 槽 液位 控 制 在 一定 范 围 内 ， 当低 于液位下限时 ， 液位下限报警 ， 且关闭去吸收塔的阀 门， 当高于液位上限时， 液位上 限报警 ， 且打开去吸 收塔的阀门， 当硫酸液位低于设定值时， 关闭去成品 槽 的阀门停止产酸。一吸塔循环槽液位控制在一定 范围内， 当低于液位下 限时 ， 液位下限报警 ， 且关闭 去干燥 塔 的 阀门 ， 打 开去 9 8成 品酸 的 阀门产酸 。如 系统不需产酸 ， 此时将成品阀调到手动 ， 同时 自动打 开去干燥塔 的阀门捣 酸。当硫酸液位低 于设 定值 时 ， 关 闭去成 品槽 的 阀门或 去干 燥法塔 的 阀 门 ， 二 吸 塔循环槽液位控制在一定范 围内， 当低于液位下限 时， 液位下限报警 ， 且关 闭去干燥塔 的阀当， 高于液 位上限时 ， 液位上限报警门 ， 打开阀门， 当低于设定 值时 ， 关闭去干燥塔的阀门， 停止捣酸。为实现这种 控制方式 ， 我们努力设计出适合生产的程序， 保证程 序 的切实可行。 5 应用效果 2 0 0 7年 1 0月 开 始 在 北 京组 态 ， 经 公 司对 系 统 完 成 开箱 ， 验收 ， 通 电前 的检 查 之 后 ， 系 统 通 电一 次 成功 ， 系统各工作站 ， 控制器， 运行正常。 从 2 0 0 7年 1 1月开 始在现 场对 自动 控制 系统 组 态进行修改 ， 调试 。该 自动控制系统经过 1 5天的冷 调 、 联调、 热负荷试车 ， 于 2 0 0 7年 1 1月 2 5日正常运 行 。 到 目前 为止 系 统投 入 运 行 约 4年 ， 控 制 系统 响 应速 度和控 制精 度能 满足 生产 工艺要 求 。 上接 第 4 O页 以三角形调整， 调整尺寸以最大尺寸与最小尺寸之差 的 1 ／ 3范 围进行松 动和上顶 。然后 ， 2 2 k W 励磁调速电 机手动设定在 8 0 0 r ／ mi n左右 ， 动冷却机 4 h以上 。 2 ． 4 多次 调整 运行 平衡后 实施楔 焊 长孔 工序 1 第三次调整后再 进行 尺寸测绘 ， 以上次三 角形调整方式进行四次 、 第五次调整。分多次适度 调整 ， 切不 可一 次到 位 。每次调 整后 ， 适 当增加 励磁 电机转速并增加冷却机转动 时间， 最终将励磁 电机 转速调整到正常生产 1 6 0 0 r ／ m i n的转速位置后 ， 连 续运行冷却机 2 4小时以上 ， 每次运行期间观察运行 电流情况和现场异常响动情况。 2 对弹簧板与简体连接进行适度调整， 连续运 行一周后 ， 冷却机现运行平稳。实施楔焊长孔工序。 3 改进 点及效果 3 ． 1 改进 点 1 加长了连接孑 L 长度 ， 增加了调整余量 ， 减少 找正次数。 2 现场制作 5件 内顶胎具 ， 减少现场施工时 间 ， 提 高 了调整 精度 。 3 在安装前将 现场简体的方位进行确定 ， 将 所需施工辅助用工件进行预装 ， 安全性能高。 4 多点顶动， 在找正大齿圈与筒体同轴度方面 相对精度高 ， 降低找正工作的难度和减少工作量。 3 ． 2效果 冷却机齿圈连接筒体 的弹簧板断裂数量多 ， 齿 圈与简体不 同轴偏移量较大时 ， 传统检修方法是， 拆 除外罩 ， 拆卸大齿圈、 小齿轮和传动的相关轴承座减 速机等 ， 由于外罩、 大齿圈、 减速机等部件重量大， 拆 除时需借助吊车和多件手拉葫芦、 千斤顶等工器具 ， 安装 、 调整时需依靠 多件手拉葫芦 、 千斤顶等工器 具 ， 每调整一次 ， 都得拆卸一次手拉葫芦、 千斤顶等 工器具 ， 再转动冷却机后进行尺寸测量 ， 费时 、 费力。 在使用本方法对简体与大齿圈和传动机构 的调整和 维修 ， 维修的时间 由原来 1 5天左右缩短为 6天左 右。与传统维修方法 比较 ， 本方法有维修质量高、 实 施中安全性高、 维修工期短、 施工工效高的特点。 4 结束语 本文提供的方法能够将较为复杂的施工过程进 行简化。对提高特殊、 复杂位置的冷却机筒体与大 齿 圈， 传动机构的调整和弹簧板 日常维修 、 更换安装 的工效和质量有着较好的指导意义。