草酸钴车间萃取工艺自动化监控系统.pdf

第5 6 卷第3 期 2004 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 6 ，N o ．3 A u g u s t2 0 04 草酸钴车间萃取工艺自动化监控系统 徐宁 北京矿冶研究总院信息技术与自动化研究所，北京1 0 0 0 4 4 摘 要研究草酸钴车间萃取工艺流程的p H 、流量、温度3 种过程参数的在线检测，牵取工艺的搅拌系统的变频调速控制。 应用R S 4 8 5 通讯方式实现二次仪表、P L C 、变频器等设备与计算机的数据传输网络，利用自动化监控软件实现计算机对工艺流程 的远程监控。 关键词冶金机械及自动化；草酸钴；在线检测；过程控制 中图分类号T F 3 5 5 ．4 ；T F 8 0 4 ．2 ；T F 8 1 6 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 4 0 3 0 0 6 7 0 4 1草酸钴萃取流程自动化系统 1 ．1 工艺简介 草酸钴萃取车间生产规模为l l O t ／a 草酸钴，萃 取工艺包括P 2 0 4 除杂和P 5 0 7 镍钴分离，分别由2 5 级萃取槽串联组成，每个萃取槽由混合室和澄清室 两部分组成，其中1 0 级萃取，5 级洗涤，5 级反萃和 5 级反洗。每级萃取槽由混合室和澄清室组成，混 合室采用机械搅拌，有机相和水相在此充分混合，然 后进入澄清室沉降分离。萃取设备全部采用聚氯乙 烯材质。C u ，Z n ，F e ，M n 等杂质在P 2 0 4 段被脱除， 经P 5 0 7 镍钴分离后分别生产草酸钴和碳酸镍产 品。萃取流程见图1 。 1 ．2 草酸钴萃取工艺的检测和控制参数 1 ．2 ．1 萃取水相温度。水相温度过低会造成有机 相的流动性差，影响萃取工艺的生产效率。过去主 要靠观察分相效果判断温度是否过低，然后改变有 机相的出口阀门，使有机相溶液先进入蒸汽加热槽， 再进入萃取槽。现在通过温度传感器的检测，可就 地显示温度值和报警，将来还可结合工艺改造实现 有机相溶液的自动加热操作。 1 ．2 ．2 流量检测。原来采用的是抗腐蚀能力强的 玻璃转子流量计，但其测量误差较大。目前改为涡 轮式转子流量计，可远传1 0 0 0 m 输出脉冲信号，也 可就地显示和报警。 1 ．2 ．3 p H 测量。p H 是萃取工艺的重要参数。原 来采用试纸检测和手工纪录。目前采用玻璃电极和 收稿日期2 0 0 4 0 4 1 6 基金项目科技部科研院所技术开发专项资金项目 作者简介徐宁 1 9 7 3 一 ，女，山东德州市人，高级工程师，硕士， 主要从事冶金过程自动化的研究工作。 数字化仪表相结合的在线测量，就地显示并且能够 输出远传信号。 1 ．2 ．4 搅拌转速调节。P 2 0 4 和P 5 0 7 流程分别是 2 5 个萃取槽级连而成，每5 个萃取槽由一台电机通 过皮带变速带动5 个搅拌桨工作。工艺要求搅拌速 度由1 4 5 0 r ／m i n 变速至2 5 0 r ／m i n 。 2萃取工艺自动化检测与监控系统 草酸钴生产中萃取车间原有生产条件自动化水 平较低，工艺参数检测完全靠人工，而且检测手段落 后，测量误差较大。生产现场的调节设备，如阀门等 都是手动。为了避免在系统的安装调试过程中影响 生产和充分考虑现场的生产条件，方案设计遵循三 项基本原则工艺参数能够自动检测、实时显示，实 现上限、下限的自动报警；搅拌桨转速调节采用变频 器系统，逻辑控制以P L C 为主，结合计算机远程控 制功能，使系统既紧凑经济，易于操作，又具有先进 性、可靠性；计算机监控系统，采用自动化监控软件、 串口通讯转换设备，对温度、流量和p H 的检测能够 实时采集，自动生成数据曲线、报表，实时监控和记 录变频器、电机等设备的运行状况。 2 ．1 测量仪表选型 2 ．1 ．1 温度测量仪表。P 2 0 4 与P 5 0 7 工艺第5 级 萃取箱的温度范围在1 0 ～1 0 0 ℃，因此温度测量的 传感器选用了P t l 0 0 热电阻。显示仪表是天辰公司 的X S T 单输入通道数字式仪表，它有以下特点。 1 输入信号范围广。可以是4 ～2 0 m A 的电流 信号，也可以是0 ～1 0 V 的电压信号，还可以直接连结 三线制或者两线制的热电阻、热电耦等温度传感器。 2 既可以输出4 ～2 0 m A 的电流信号，带有两 个报警继电器，也可以输出上下限报警开关量。 万方数据 有色金属第5 6 卷 3 数字式显示温度的测量值和报警设定值，指 示灯显示报警状态。 4 带有R S 4 8 5 串行通讯接口，可以多台设备 并联，用同一根双绞线就可以传输多台仪表的数据。 a P 2 0 4 工序流程 b P 5 0 7 工序流程 图1P 2 0 4 和P 5 0 7 萃取工艺流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fs o l v e n te x t r a c t i o nw i t hP 2 0 4a n dP 5 0 7 2 ．1 ．2 流量测量仪表。流量检测选用涡轮流量计， 2 可以输出4 ～2 0 m A 的电流信号，带有两个 工作原理是溶液流动推动涡轮旋转，流量越大，涡报警继电器，可以输出上下限报警。 轮旋转速度越大。涡轮的叶片使检出装置中的磁路 3 数字式显示温度的测量值和报警设定值，指 磁阻发生周期性变化，因而在检出线圈两端就感应示灯显示报警状态。 出频率与流量成正比的电脉冲信号，经放大器放大 4 带有R S 4 8 5 串行通讯接口，可以实现远程 后远传输出，该脉冲信号的电压幅值从0 ～1 0 V ，频 率范围52 0 k H z ，与量程范围对应，该信号可以传 输1 0 0 0 m 左右。涡轮流量计的叶轮、叶片是用3 1 6 不锈钢制成的，由于原液和有机相溶液都是强腐蚀 性液体，叶轮、叶片上又镀了一层铬，以提高其抗腐 蚀性。涡轮流量计主要由过滤网、直流管段、涡轮、 放大器4 个部分组成。每台涡轮流量计的输出脉冲 信号都输入到流量显示仪表中显示、变送和利用仪 表的通讯功能传输给计算机。流量仪表选用X s J M 脉冲输入式流量显示仪表，它有以下特点。 1 测量5 ～2 0 k H z 脉冲信号，可以测量瞬时流 量和计算累积流量。 通信。 2 ．1 ．3 p H 测量仪表。p H 检测选择的测量点是 P 5 0 7 的第一级的萃余液，它的主要成分是硫酸镍， 工艺要求p H 在5 ．5 ～5 ．7 。所选用的测量元件是浸 入式复合玻璃电极，它封装了一个P t l 0 0 作为温度 检测元件。显示仪表是美国O A K T O N 公司的 p H 2 0 0 控制器，它具有以下功能。 1 变送。将玻璃电极与参比电极的电位差转 换成4 - - 2 0 m A 信号输出，能够测量热电阻P t l 0 0 的 温度信号供仪表显示和温度补偿，但不能输出。 2 温度补偿。p H 2 0 0 能够输入热电阻的温度信 号，并且可以选择自动温度补偿 在线温度测量值进 万方数据 第3 期徐宁草酸钴车间萃取工艺自动化监控系统6 9 行补偿 和手工温度补偿 按照指定的温度值补偿 。 3 在线标定。可以选择一点式或两点式校正。 4 数码显示。温度、p H ／O R P 的1 4 段4 位数 码显示。 5 上下限报警控制。 2 ．2 搅拌系统的变频调速 P 2 0 4 和P 5 0 7 各有5 台电机，每台电机通过皮 带变速再带动5 个搅拌桨，因此只要对电机的速度 进行微调，即可调整搅拌桨转速。工艺上对调速和 设备的连锁控制提出4 项要求。 1 每组电机必须同时启动，以同一转速运转， 同时停止。 2 如果皮带耗损厉害，需要在短时间内停机并 把它替换下来。因此系统要能够方便工人随机启动 和停止某台电机。 3 根据生产原料的变化，电机可以同时开启， 也可以只开启其中的某几台。 4 调速系统要求操作简单易学，而且保证设备 安全和人身安全，系统必须具有高可靠性。 针对这些要求，调速系统的设计遵循以下4 个 原则。 1 所有的设备采用柜式安装，避免操作人员直 接接触带电设备。 2 按照流程的划分来划分设备，P 2 0 4 和P 5 0 7 这两组设备的供电、逻辑控制都是分离的，彼此之间 不会造成干扰。 3 为变频器的故障输出设计了报警指示灯。每 台电机用接触器和热保护继电器实现启停控制和过 流保护，电机出现过流时会有指示灯报警，同时自动 切断电机电源。 图2 变频调速系统的结构示意 F i g ．2S c h e m ef o rs t r u c t u r eo fs t i r r i n gs p e e da d j u s t m e n ts y s t e mb yf r e q u e n c yc o n v e r s i o n 图3 变频调速系统的电机投用窗口 F i g ．3M o t o rm o n i t o r i n gw i n d o wo fs t i r r i n gs p e e d a d j u s t m e n ts y s t e mb yf r e q u e n c yc o n v e r s i o n 4 采用可编程控制器P L C 实现所有设备的操 作、监测、控制，并且与远程计算机的监控软件配合， 灵活的实现的单台电机的控制。 图2 是变频调速系统的电气原理图，图3 是组 态软件远程控制每台电机投运的画面。 2 ．3R S 4 8 5 数据监控网络 萃取监控系统是以R S 4 8 5 通讯模式为主干构 成一个串行通讯网，它结构简单实用，便于集成和扩 展，可以用协议转换模块把计算机的R S 2 3 2 串行接 口转换成具有远程传输能力的R S 4 8 5 模式的接口， 采用普通双绞线就可以把具有R S 4 8 5 接I Z l 的设备 与计算机联系成一个远程数据传输网络。 方案中温度与流量仪表都带有相同协议的 万方数据 7 0有色金属第5 6 卷 R S 4 8 5 接口。变频器采用的是M O D B U SR T U 的 远程通讯协议的R S 4 8 5 接口。p H 变送器只能输出 4 ～2 0 m A 信号，为了避免长距离传输可能造成的干 扰，采用A D A M 4 0 1 7 这样的数据采集模块，它可以 将模拟量信号转换成数字信号以R S 4 8 5 接口的方 式传输给计算机。P L C 用自带的R s 2 3 2 ／4 2 2 的接 口与计算机通讯。图4 是整个监控系统的结构图。 ’”罐留娑疆 图4 监控系统结构 F i g ．4 S t r u c t u r eo fm o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e m 3系统的不足和改进 目前系统已经安装完毕并且投入运行，经过一 段时间运行，发现该系统还存在一些不足之处，针对 参考文献 具体情况，考虑了相应的改进措施并付诸实施。 I 在选择流量测量仪表时对溶液的腐蚀性考 虑不够，同时由于溶液中的悬浮物太多，十分容易损 坏涡轮，因此考虑采用无管道阻力、带聚四氟衬里的 电磁流量计来替代现有的涡轮流量计。 2 整个工艺流程溶液储槽非常多，溶液都用泵 排出，经过流量计后进入萃取循环。从设备保护和 保持生产持续性的角度，应该为所有储槽安装液位 高限和低限开关，将液位开关与泵的启停构成逻辑 操作。 4结论 萃取流程检测与监控系统的试验结果表明，在 萃取工艺流程上实现所有参数的在线测量和控制是 可行的，但需要对工艺流程和设备作进一步的改造， 才能适应智能仪表、测量装置和调节设备的安装与 运行。同时引入先进的数据采集、计算机控制等技 术，可以使得萃取工艺在一个较高的起点开展自动 化进程。在实现整个流程全面自动化调节的过程 中，必须重视参数测量元件的选择，因为生产材料具 有非常强的腐蚀性，对测量元件要求较高，测量仪表 的初期投入会很高。 [ 1 ] 马国华．监控组态软件及其应用[ M ] ．北京清华大学出版社，2 0 0 1 ． [ 2 ] 左国庆，明赐东．自动化仪表故障处理实例M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 3 ． 【3 ] 路德民．石油化工自动控制设计手册M ] ．北京化学工业出版社，1 9 8 8 ． A u t o m a t i cM e a s u r e m e n ta n dM o n i t o r i n go fE x t r a c t i o nP r o c e s si nC o b a l tO x a l a t eP r o d u c t i o n X 【，N i n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h eo n l i n em e a s u r e m e n to ft h r e em a i np a r a m e t e r s ，t h et e m p e r a t u r e ，f l o wr a t ea n dp H ，a n dt h es t i r r i n g s p e e da d j u s t m e n ts y s t e mw i t hf r e q u e n c yc o n v e r s i o na r ei n v e s t i g a t e d ．T h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd a t ao fa l lp a r a m e t e r sa n ds t a t u so ft h ee l e c t r i c a ld e v i c et ot h eP Ci sr e a l i z e db yaR S 4 8 5c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ．T h ea u t o m a t i cs o f t w a r ep r o v i d e sad y n a m i cp r o c e s sw i n d o wt ot h eo p e r a t o ra n dm a n a g e r ． K e y w o r d s m e c h a n i c sa n da u t o m a t i o no nm e t a l l u r g y ；c o b a l to x a l a t e ；o n l i n em e a s u r e m e n t ；p r o c e s sc o n t r o l 万方数据