石灰氮生产线自动控制系统及主要控制回路

摘要：石灰氮生产线自动控制系统通过计算机自动控制系统对工艺设备状态以及工艺过程中的重要参数的监控、报警进行必要的联锁控制，以确保生产过程安全、平稳、高效地进行。文章对石灰氮生产线自动控制系统进行了介绍，论述了主要控制回路及控制原理、典型设备电气控制原理、主要控制功能。

关键词：石灰氮生产线；自动控制系统；控制回路；联锁控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）29-0062-02

1 系统简介

本系统包括电气系统、自动控制及监控管理系统、仪表系统、电视监控系统等。电气系统采用GCS抽屉柜结构，结合各设备特点及控制原理，充分考虑与自动控制系统的接口进行设计。仪表系统、电视监控系统采用国内外优质产品，进行科学、合理的配置。自动控制系统采用工控机IPC和PLC组成的集散控制系统，设置一个中央控制室和两个包装控制室，中央控制室内配置工程师站、操作员站和PLC控制柜。整个集控系统属于三级网络结构，三级分别为上位监控管理级、控制级和现场执行级以及传感器检测保护装置；上位监控管理级与包装分站之间的工业通信网根据包装设备配套的PLC型号可采用通过主控室PLC通信或者直接与上位机通信的

方式。

工程师站用于应用软件的组态、开发及系统调试和维护之用，并兼做服务器，配有备用电源和打印机。中央控制室内操作站主要实现监控生产车间主要的电动机和各种用电设备，进行顺序逻辑控制、数据采集、回路自动控制等，并配置打印机打印参数、报表和事件记录。操作员站互相冗余。中央控制室将从各个数据测控点采集到的数据信息进行处理并存储，并通过网络送到各操作站的显示屏上进行显示，同时接收操作站的操作指令进行处理后发送到控制站，然后再由控制站控制各个数据测控点。现场执行级以及传感器检测保护装置由配电柜、现场就地箱等组成。

2 主要控制回路及控制原理

2.1 原料输送和料位的连锁控制

为使这些设备安全、可靠运行，必须进行顺序起、停和连锁控制，当料仓料位达到上限时，顺序停止输送设备，当料仓料位达到下限时，顺序启动输送设备。现场显示料仓状况并设置高、低位报警。当某台设备发生故障时，工艺流程前设备闭锁停车，工艺流程后设备视情况正常停车或继续运行。

2.2 原料配料的闭环控制

控制站进行配料控制，取代常规的、独立的微机配料系统，便于整个原料系统设备的顺序开关机控制和操作，使各种原料按比例配合成混合料，进入原料磨。

2.3 原料磨的控制

原料磨有三个油润滑系统，油温由电加热器控制，油压由稀油泵控制。现场显示油温、油压参数并设置高、低限报警。

2.4 氮化炉温度的控制

氮化炉的炉温测量采用目前国内流行的热电偶式的滑环测温装置，温度受进料量、喷氮量的大小影响，采用串级控制或智能控制，进料量为主控量。

2.5 喷料氮气的控制

氮气压力采用闭环PID控制方法，控制电动调节阀的开度，保证调节氮气的流量跟踪工艺设定值。

2.6 氮化爐进料量闭环控制

炉料进炉采用闭环控制。给定氮化炉进料量后，控制站能自动调整炉料计量秤，使得炉料的实时流量和设定值相一致。当氮化炉的转速发生变化时，炉料的进料量、喷氮量设定值也发生相应的变化。炉料流量、喷氮量的设定值是氮化炉转速控制闭环的内环。

2.7 切向氮压力控制

氮气压力的大小控制电动调节阀调节氮气的流量来控制喷氮量的大小，此过程采用闭环控制。切向氮压力控制受氮化炉的温度影响，炉温和氮压力构成闭环

控制。

2.8 氮化炉转速控制

氮化炉转速的大小根据进料量的大小、炉温的高低来调节。此控制为串级控制或智能控制，进料量为主

控量。

2.9 保护氮气压力控制

保护氮压力的检测采用压力变送器，压力信号进控制系统，控制阀门的开度，使得保护氮压力满足工艺

要求。

2.10 典型的电机控制

在GCS抽屉柜各电机单元上，设置本地/远控选择开关以及必要的启停按钮、运行指示，PLC系统对电机的监控包括备妥、运行、驱动、大于40kW的电机有电流监视，主要用来形成历史、适时趋势图，便于记录、控制和调整。

2.11 电动执行机构控制

可现场带控制柜，监控内容包括手动/自动、手动关、手动开及开闭到位指示，PLC系统进行开度信号监视、根据上位机开度给定，对相应的阀门开度进行闭环控制。

2.12 包装系统控制

两套包装系统实现全自动化控制，具体方案由包装机生产厂家提供。包装机生产厂家PLC选型应留有与主PLC的通信接口。

3 典型设备电气控制原理

3.1 普通小型参控设备

控制系统只需知道其手自动状态（备妥）、设备是否运行两个输入，再根据备妥状态、流程选择及闭锁关系、系统操作命令等决定其控制命令（驱动），PLC控制输入一般由PLC柜提供统一的输入信号电源（一般为DC24V），采集配电柜该设备单元的无源接点状态信号，PLC控制输出一般通过柜内继电器（一般为DC24V）隔离和扩容，以无源接点的方式输出到配电柜该设备

单元。

3.2 大功率设备

控制系统除知道其手自动状态（备妥）、设备是否运行两个输入，一般还会采集热继电器状态作为过流故障和电机的实际运行电流作为模拟量输入，从而更为准确地反映设备的运行情况。

3.3 调节控制设备

控制系统除指导其相关开关状态和进行开关控制外，还需进行模拟量给定设定和调节量的模拟量输入返回，同时，采集必要的模拟量输入物料量作为监控和计量的依据。

3.4 关键设备监控

其控制变为两个，即合闸和分闸，并增设报警输出信号，控制联动机构动作或报警。

3.5 工艺过程量监控

工艺过程量监控等直接或间接反映工艺过程运行情况物理量，系统通过配置检测仪表，设置必要的就地显示和仪表柜二次集中显示，并将这些信号的模拟量值采集到PLC系统中，从而使PLC系统能更为科学、准确、及时地监控和管理生产工艺过程。

3.6 原料配料系统

生产石灰氮的原料配料都要有相应的控制系统进行精确控制，我们可以采用HDS工控PC控制，具体操作时运用微机核子秤。回炉料就要根据具体情况而定了，核子秤一般都是安装在原料碎机之前。

3.6.1 皮带正中心与放射源之间的距离直接关系到核子秤的标定系数，所以，如果皮带因为老化或坏掉需要更换时，就会使皮带中心与放射源之间的距离改变，进而使核子秤的准确度下降。另外，原料的颗粒大小直接影响到原料的密度大小，原料的大小变化将会使测量结果存在偏差。

3.6.2 如果原料的颗粒大小相差甚远时，这样就导致比皮带大得多的原料的横截面形状杂乱不一，形成的测量偏差更大。原料体积密度的最大值与最小值的比例直接影响着原料颗粒大小引起的测量偏差。按技术理论来说，皮带在运送断续的体积较大的原料时最好不使用皮带秤。

在投入生产过程中，一般情况下电石颗粒直径要不大于80mm，因为原料电石的颗粒大小不断变化，直接导致核子秤的测量结果出现较大偏差。

4 主要控制功能

集控系统上位组态软件所能实现的控制功能完全符合系统工艺要求，具体控制功能如下：參数设定、修改；数据采集；流程画面；显示当前趋势及历史趋势；工况状态；报警显示；事故追忆；运行报表等。

5 结语

以上系统配置及控制回路应用已应用于实际生产系统中，运行过程中系统稳定、配置合理、达到工艺控制要求并已取得了一定的经济效益。

参考文献

[1] 施仁.自动化仪表与过程控制[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2] 张毅.自动检测技术及仪表控制系统[M].北京：化学工业出版社，2005.

作者简介：戴学玲（1973-），女，宁夏银川人，宁夏伊品生物科技有限公司工程师，研究方向：工业自动化。