基于PLC系統自動控制的真空水平帶式過濾機設計應用

李生斌

（青海鹽湖工業股份有限公司鉀肥分公司，青海 格爾木 816000）

0 引言

青海鹽湖工業股份有限公司鉀肥分公司百萬噸氯化鉀生產線擁有14條真空帶式過濾機，是早期引進美國艾母科公司的先進過濾進口設備，相對于離心機分離設備處理能力大，濾液中固相穿率低，運行成本低，運行穩定等特點。但缺點是過濾水份沒有離心機低，自動化水平較差。隨著自動檢測監測元件和關鍵部件的發展，該設備也在向自動化水平快速發展，需要實現工業生產線高度自動化控制的要求[1]。目前帶機行業主要實現了帶機物料厚度監測和變頻調速，粗放式的調節物料的處理能力，無法實現精準自動控制，對連續的工藝精準控制受局限。并且對于系統保護只有驅動過載保護和調偏裝置自動調偏，未實現關鍵部件和加減料之間連鎖自動保護和及精準加減料調節等功能[2]。

1 帶式過濾機的組成原理及工作過程

該水平帶式過濾機自動調節控制系統由PLC系統、驅動變頻器、真空過濾帶機、重力沉降式張緊輥、自動糾偏裝置、壓力傳感器（真空箱壓力和糾偏器壓力）、急停拉繩開關、限位開關、料位變送器、液位計、進料調節閥、進料管道等組成（見圖1）。水平帶式過濾機其外形猶如大型的帶式輸送機，它是利用礦漿的重力和真空抽吸力實現固液分離的一種高效過濾設備。水平過濾機的工作過程：大膠帶上面覆蓋一層濾布，濾布與大膠帶同步前進，膠帶上面有許多縱橫交錯的錐形溝槽，形如壓濾機的濾板，溝槽中部有出液孔眼，運行時孔眼與其下部的真空抽液相通。由于真空作用，濾布吸附在膠帶上，礦漿隨著濾布水平移動，比較均勻的分布在濾布上，濾液從孔眼被抽吸到汽氣液分離器中，濾渣被留在介質（濾布）上進入下到工序，從而實現較為徹底的固液分離。

圖1 真空式過濾帶機結構簡圖

2 故障報警和關鍵部件連鎖保護設計

高度自動化設備關鍵部件自動保護是基礎，該帶機改造設計主要在限位開關與滑動張緊輥（作用是張緊濾布，可上下滑動）的限位設計。在水平帶機運行過程中加料過多（負荷過大、帶機軸故障或濾布跑偏、濾布打卷等），張緊輥受力向上移動，觸動限位開關而停機保護。基于PLC系統控制的限位開關信號與進料調節閥、驅動減速機連鎖，在上述故障中最大程度的進行自動保護。

雙側設置的糾偏開關（氣管串聯連鎖），當糾偏開關（核心部件為機械三位兩通氣動閥）失靈或濾布跑偏將會導致排氣口連續排氣，通過安裝壓力傳感器輸出信號傳輸至PLC，可實現規定時間內報警和未處理狀態將進料調節閥關閉停止進料保護，主要實現長時間糾偏器故障損壞濾布或嚴重時卷濾布卷入設備內等狀態下的保護。另外緊急拉繩急停開關也與進料閥、驅動裝置進行連鎖[3]。當發生人員或設備事故時，就近人員通過拉繩拉動開關就能實現物料的自動切斷和設備緊急停機，避免事故發生和物料浪費。

3 通過PLC精準自動加減料控制設計

經過各部件連鎖設計的帶機控制系統啟動時需要檢查相關信號（驅動減速機、鼓風機、真空泵、糾偏開關、調節閥上電狀態、電流、壓力等信號）無故障后正常啟動。在PLC系統中輸入處理量指令后，PLC將按處理量值范圍按階段進行調整，調整驅動減速機頻率四種狀態的過程調節，調整料位厚度和頻率之間的最佳狀態，此過程根據物料性質和處理能力對設備進行精準的標定來實現帶機精準加減料，四種狀態的過程始終監測各組件的運行參數及故障，實現加減料和突發故障報警及自動停機控制。

加減料過程控制和連鎖參數標定值（根據實際工況標定），見表1。帶機啟動后控制系統掃描各輔助部件設備信號無故障，根據系統中輸入的處理量指令逐漸按階段加減料。首次加料前帶機進入準備階段，運行頻率必須達到25HZ以上及各項參數符合最大值要求，之后數秒內進入初段加料，頻率自動增加（PID1），同時閥門開始加料至設定厚度（PID2），以設定最大料位為參數值繼續調節頻率（PID3）達到要求的輸入處理量時截止，每個階段中都要重復的經歷PID1～PID2～PID3循環調節（見圖2）；當輸入的處理量超出或遞減到不同階段范圍內時，系統將按設定邏輯順序自行進行調節進入相對于階段實現帶機自動加減料調節。

表1 控制過程標定參數

上述數據通過PID自動調節過程（見圖2）：對相互之間關聯的三個回路，控制上它們存在聯動，對這種應用進行級聯控制（程序見圖3）。

圖2 PID控制調節關系圖

圖3 程序梯形邏輯控制圖

礦量計算公式：Mq=V×1.05Vq=F×1475/50×1/155×3.141592×1.3092×3.05×H

（Mq質量礦量=V體積×P堆密度（范圍1.1∽1.2），Vq體積礦量=F頻率×n轉速/50×i轉比×π×?大膠輥直徑×k濾布有效寬度×h厚度）

頻率范圍：30∽45HZ厚度范圍：2∽7cm閥門開度：10∽50

另外帶機過濕料，帶機濾餅厚度低于最低極限值時（一般低于2公分），帶機將繼續開啟閥門加料，10秒后料位變送器無連續變化時，仍低于最低值時，料位器檢測的厚度達不到要求，繼續報警10秒后（判斷為料供應不足或濃度過低過濕料）將切斷閥門并停機。

4 帶機的自動控制在工藝生產鏈中的應用條件

帶機作為過濾設備在工藝中的主要參數為每小時處理量，而正常運行的前提條件跟濃度和流量有關，如果濃度變化后帶機調節方式將會發生較大變化，自動控制狀態也會偏移。因此，過濾設備進料濃度必須保持大于等于40%±5%是前提條件。

5 帶機自動控制在智能化控制系統中的控制應用

目前離心機特別是進口設備已經實現自身連鎖和調節控制，但帶機在工藝過程中進行自動控制目前還處在半自動化狀態，完全實現自動化控制和應用較為復雜。作為關鍵設備在工藝過程中進行自動控制不僅基于自身的PLC成熟穩定的控制邏輯系統，而且整個工藝過程控制自動化還需要基于該機PLC控制基礎上，集成到上位機系統或DCS系統，實現前后工藝設備連鎖自動控制（見圖4）[4]。主要將進料輸送泵頻率和濃度，多臺帶機的分配罐液位，下到工序需要的處理量連鎖起來，以帶機處理量（下到工序參數值）為變量輸入值發出命令，去調節帶機進料流量或調整濃度（濃密機底流泵），以液位計液位條件（帶機分配罐）進行帶機群體的料位最佳調節和報警，實現帶機設備高效運行，使得工藝鏈運行在最佳設備開機率和能耗下運行。就鉀肥生產工藝中帶機過濾后進入核心設備結晶器中，帶機的自動控制尤為重要，對工藝的最佳狀提供有力保障[5]。

圖4 工藝鏈間控制系統關聯圖

6 結語

通過此種形式的自動調節控制是對帶機常見緊急故障和關鍵部件故障突發實現自動停機保護，保障了水平帶機的平穩運行，高效生產，減輕突發故障帶來的重大損失，減輕檢修強度，提高了生產效率。同時在該基礎上就能實現自動加減料功能，能夠保證帶機生產的利用率，降低能耗的消耗有著重要的現實意義。帶機作為工藝過程中的重要一環，整個設備的穩定自動控制和連鎖保護，才能實現上位系統中的自動化智能調節和工藝的高效運行。