發(fā)煙硫酸汽車(chē)裝車(chē)系統(tǒng)的自動(dòng)化改造

林仁華

（紫金銅業(yè)有限公司，福建龍巖 364204）

紫金銅業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)紫金銅業(yè)）硫酸廠現(xiàn)有一條100kt/a發(fā)煙硫酸生產(chǎn)線，產(chǎn)出的發(fā)煙硫酸送往發(fā)煙硫酸庫(kù)儲(chǔ)存并進(jìn)行汽車(chē)裝車(chē)銷(xiāo)售。利用酸罐與裝車(chē)點(diǎn)的地勢(shì)落差裝車(chē)，發(fā)煙硫酸由輸酸管道流經(jīng)手動(dòng)切斷閥、氣動(dòng)切斷閥、裝酸鶴管和防溢流裝置對(duì)槽車(chē)進(jìn)行充裝。人工操作裝車(chē)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

1）發(fā)煙硫酸是危險(xiǎn)化學(xué)品，嚴(yán)禁超載運(yùn)輸，在充裝過(guò)程中一旦發(fā)生充裝過(guò)量，處理起來(lái)比較麻煩。裝酸鶴管配備防溢流裝置，該裝置液位檢測(cè)點(diǎn)高低不能自由調(diào)節(jié)，不能控制槽車(chē)充裝量。

2）裝車(chē)時(shí)發(fā)煙硫酸霧濃，防溢流檢測(cè)探頭存在著誤報(bào)等因素。

3）充裝槽車(chē)時(shí)，靠人工查看裝車(chē)的硫酸液位來(lái)控制裝酸量，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

4）不能自動(dòng)記錄充裝車(chē)次，也無(wú)法及時(shí)了解裝車(chē)發(fā)售發(fā)煙硫酸質(zhì)量等數(shù)據(jù)。

為防止裝車(chē)時(shí)發(fā)生溢流泄漏、降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度并有效保證人員安全、限制發(fā)煙硫酸超載裝車(chē)運(yùn)輸、提升企業(yè)自動(dòng)化控制水平，紫金銅業(yè)改造安裝了2套發(fā)煙硫酸汽車(chē)自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)。

1 基于PLC控制的發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)

紫金銅業(yè)在原有自動(dòng)切斷閥后裝酸管道上合適位置增裝了1臺(tái)一體式電磁流量計(jì)，增加了1臺(tái)帶觸摸屏的PLC控制箱，構(gòu)成了發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)。PLC控制器控制自動(dòng)切斷閥打開(kāi)，發(fā)煙硫酸儲(chǔ)罐的發(fā)煙硫酸通過(guò)裝酸管道依次流向手動(dòng)切斷閥、自動(dòng)切斷閥、電磁流量計(jì)和裝酸鶴管，向槽車(chē)進(jìn)行定量充裝。裝車(chē)質(zhì)量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉裝酸閥門(mén)，裝車(chē)完成。自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)設(shè)有防溢流與靜電接地設(shè)施，可有效地防止溢車(chē)、靜電打火現(xiàn)象[1]。裝酸鶴管端部帶有液位檢測(cè)探頭，一旦發(fā)生溢流，防溢流控制器將切斷閥門(mén)，并報(bào)警。

發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)工作流程

該自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1）采用橫河智能化一體型AXG電磁流量計(jì)作為發(fā)煙硫酸充裝流量的檢測(cè)裝置，該電磁流量計(jì)完全滿足自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)要求。

2）利用現(xiàn)有的庫(kù)存配件，PLC選用西門(mén)子的S7-200系列的CPU 224XP。西門(mén)子S7-200系統(tǒng)可靠性高、編程簡(jiǎn)單、維修方便、通用性強(qiáng)。自帶有2路模擬量輸入和1路模擬量輸出，使用比較方便。由PLC控制的發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)，相對(duì)于單片機(jī)式的定量裝車(chē)控制儀，其功能更強(qiáng)大，穩(wěn)定性好。

3）觸摸屏選用Weinview的MT8101iE。觸摸屏與PLC串口通信連接，把裝車(chē)需要設(shè)置設(shè)定的控制參數(shù)傳給PLC處理，PLC把流量等數(shù)據(jù)傳至觸摸屏進(jìn)行顯示并進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和操作。

4）裝酸自動(dòng)切斷閥是原有的氣開(kāi)式氣動(dòng)閥，它接受PLC控制器的控制進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的動(dòng)作，并把開(kāi)到位和關(guān)到位的開(kāi)關(guān)信號(hào)送至PLC控制器。

5）裝酸鶴管成套配置的防溢流裝置，液位超過(guò)允許高度時(shí)，裝在鶴管上部的防溢流液位開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)作，發(fā)出控制信號(hào)至PLC控制器，關(guān)閉裝酸閥門(mén)停止裝酸，避免硫酸溢出，并報(bào)警提醒。

2 發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)置

汽車(chē)槽罐車(chē)裝酸量一般設(shè)定在30 t左右，發(fā)煙硫酸密度按1.89 t/m3計(jì)，該系統(tǒng)電磁流量計(jì)最大量程設(shè)為72 m3/h，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)0.020 m3。電磁流量計(jì)主要參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 電磁流量計(jì)主要參數(shù)

3 發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)控制過(guò)程

發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)控制線路見(jiàn)圖2，操作界面見(jiàn)圖3。

圖2 自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)控制線路

圖2 中，S1為閥門(mén)開(kāi)到位開(kāi)關(guān)，S2為閥門(mén)關(guān)到位開(kāi)關(guān)，S3為溢流開(kāi)關(guān)，SB3為試驗(yàn)按扭，KA2為閥門(mén)開(kāi)到位指示，KA3為閥門(mén)關(guān)到位指示，KA4為報(bào)警指示。

發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)控制過(guò)程如下[2]：

1）電磁流量計(jì)的累積流量以脈沖的形式傳送至PLC控制的高速計(jì)數(shù)端子I0.0，瞬時(shí)流量信號(hào)以4～20 mA電流的形式經(jīng)500 Ω電阻轉(zhuǎn)換為2～10 V的電壓信號(hào)傳送至PLC控制器的AIW0端口。

2）PLC控制器接收并處理電磁流量計(jì)傳遞的流量信號(hào)，其中脈沖信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的裝車(chē)質(zhì)量時(shí)，關(guān)閉中間繼電器KA1，從而關(guān)閉自動(dòng)切斷閥，裝車(chē)完成。瞬時(shí)流量信號(hào)經(jīng)PLC控制器的A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)算處理后于觸摸屏顯示瞬時(shí)流量。

3）觸摸屏與PLC控制器的串口進(jìn)行通信連接，裝酸需要設(shè)置或調(diào)整的控制參數(shù)及操作指令由觸摸屏輸入，傳給PLC控制器進(jìn)行處理。PLC控制器把流量等數(shù)據(jù)傳至觸摸屏進(jìn)行顯示，并對(duì)操作數(shù)據(jù)和流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存檔。

4）裝酸自動(dòng)切斷閥接受PLC控制器的控制，進(jìn)行開(kāi)啟閥門(mén)和關(guān)閉閥門(mén)的動(dòng)作，并把開(kāi)到位和關(guān)到位的開(kāi)關(guān)信號(hào)送至PLC控制器。在PLC發(fā)出打開(kāi)自動(dòng)切斷閥的信號(hào)后，PLC未收到自動(dòng)切斷閥開(kāi)到位信號(hào)，自動(dòng)將自動(dòng)切斷閥關(guān)閉，停止裝車(chē)作業(yè)并報(bào)警。

5）裝酸鶴管成套配置的防溢流裝置檢測(cè)到溢流信號(hào)（開(kāi)關(guān)量），防溢流裝置自動(dòng)報(bào)警，并把溢流信號(hào)傳送至PLC控制器，由 PLC控制器關(guān)閉自動(dòng)切斷閥，并進(jìn)行報(bào)警記錄。

6）開(kāi)始裝酸前現(xiàn)場(chǎng)需要在觸摸屏上確認(rèn)“裝酸設(shè)定量”的值（見(jiàn)圖3），按觸摸屏“清零”按鈕將“裝酸計(jì)數(shù)量”清零；按下“裝酸”按扭SB1，中間繼電器KA1閉合，自動(dòng)切斷閥閥門(mén)打開(kāi)，開(kāi)始裝酸。當(dāng)PLC控制器接收到累計(jì)脈沖，計(jì)數(shù)到“裝酸設(shè)定量”的值時(shí)，PLC控制器斷電中間繼電器KA1，自動(dòng)切斷閥關(guān)閉，裝酸完成。裝酸中途如果遇到問(wèn)題，按 “停止”按鈕SB2，閥門(mén)關(guān)閉；“裝酸計(jì)數(shù)量”暫停計(jì)數(shù)，注意不要按“清零”按鈕。問(wèn)題處理完后，按“裝酸”按鈕SB1，閥門(mén)打開(kāi)，繼續(xù)裝酸，“裝酸計(jì)數(shù)量”繼續(xù)增加。該自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)設(shè)有“急停”開(kāi)關(guān)SA，特殊情況下，不經(jīng)過(guò)PLC控制器，直接關(guān)閉自動(dòng)切斷閥，停止裝車(chē)作業(yè)并報(bào)警。

圖3 操作界面

計(jì)量和裝酸控制部分程序如下：

該自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)其他功能如下：

1）系統(tǒng)校正功能。因發(fā)煙硫酸密度隨季節(jié)、環(huán)境溫度等因素變化而變化，當(dāng)“裝酸計(jì)數(shù)量”與實(shí)際過(guò)磅量差距較大時(shí)，需要適當(dāng)調(diào)整“煙酸密度”的設(shè)定值。

2）歷史記錄功能。觸摸屏“歷史記錄”頁(yè)面按時(shí)間倒序記錄了系統(tǒng)進(jìn)行清零、裝酸、停止、急停、開(kāi)關(guān)液位保護(hù)、開(kāi)關(guān)煙酸閥門(mén)等主要操作的時(shí)間記錄，還有裝車(chē)時(shí)間、次數(shù)和累計(jì)質(zhì)量等數(shù)據(jù)的保存，必要時(shí)可在此頁(yè)面對(duì)操作過(guò)程進(jìn)行查看。

4 實(shí)際使用效果

隨機(jī)抽取某天w(H2SO4)104.5%發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2），其中實(shí)載量是罐車(chē)裝酸后質(zhì)量減去罐車(chē)質(zhì)量后的數(shù)據(jù)。該自動(dòng)裝酸的控制精度高，取得了預(yù)期的效果。

表2 自動(dòng)裝車(chē)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

該發(fā)煙硫酸自動(dòng)裝車(chē)系統(tǒng)不僅裝車(chē)效率高，避免了少裝或多裝的現(xiàn)象，還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，安全性提高，環(huán)保性好，大大提高了管理水平。通過(guò)半年多的運(yùn)用，自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果。后期還可以增加溫度檢測(cè)，把溫度值送入PLC的AIW1端口，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使裝酸質(zhì)量的控制更加準(zhǔn)確。為防止裝車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生水擊現(xiàn)象和沖量現(xiàn)象，還可以通過(guò)更換自動(dòng)切斷閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、加裝智能閥門(mén)定位器、利用PLC的模擬量輸出端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的多段控制，使裝酸過(guò)程控制更加精準(zhǔn)。