复合肥生产过程计算机控制系统

来源: www.wenxiancankao.com 作者:硕士毕业 发布时间:2019-07-27 "/plus/count.php?view=yes&aid=125&mid=1" type='text/javascript' language="javascript"> 人次
本课题是科技部首批产业技术创新战略联盟项目的子课题,也是天津市科技规划项目的子课题。介绍了复合肥生产过程的计算机控制系统,重点介绍了智能流量比控制系统的设计与实现。本课题
Abstract: The computer control system of compound fertilizer production process is introduced, and the program design and implementation of intelligent flow ratio control system are emphatically introduced. The innovation of this project is to use intelligent flow ratio coefficient control technology, intelligent multi-mode control technology, intelligent PID control, integrated control and lag compensation technology to improve the control accuracy and accuracy of ingredients and reduce labor costs. While improving the quality of products, improving the safety of production, prolonging the life of equipment, realizing no "three wastes" discharge in the process of fertilizer production, and creating good economic and social benefits.
Key words:compound fertilizer;intelligent flow-ratio coefficient control;intelligent PID control
1 绪论
复合肥生产工艺属于连续工艺行业,涉及粉体流量检测与控制、气体质量流量检测与控制、液体浓度检测与控制、液体流量检测与控制、液位检测与控制、料位检测与控制。检测与控制、温度检测与控制、压力检测与控制以及余热回收。因此,复合肥生产系统是一个多变量、多回路、多耦合参数、纯滞后参数的系统。因此,本课题的研究具有理论意义和应用价值[1]。
本课题是天津市科技计划项目的子课题,项目编号是09ZCKFSH02000。本课题应用于河北冀衡集团蓝天化工有限公司的复合肥项目,属于复合肥二期工程。
考虑到企业的第一阶段是硫基复合肥,项目的第二阶段是基于项目第一阶段的扩建项目,并考虑到当地农民的需求,浆料方法是仍然采用,这个过程没有实现“三废”。 “排放。此外,本研究的主要内容是开发计算机智能分布式控制系统。
2 生产过程工艺流程与设备
复合肥生产过程工艺流程框图如图1所示。图1包括转化工段工艺流程和复合工段工艺流程。
图1复混肥生产工艺流程图
转化工段工艺流程为,根据工艺要求,粉状的氯化钾经给料斗、给料螺旋和斗提机送往计量螺旋,计量螺旋及控制器根据称重检测装置和螺旋编码器的信号计算出氯化钾粉体瞬时流量和累积量,控制系统根据氯化钾流量来控制硫酸的流量,即硫酸与氯化钾成比值关系,在一定的温度下,硫酸与氯化钾在反应槽中进行化学反应,反应生产物再与磷酸构成混酸,磷酸亦与氯化钾成比值关系,从而构成了氯化钾、硫酸、磷酸三流量比值控制系统[2]。
复合段的过程是混合酸和氨气按一定的比例关系进入管式反应器,反应在一定温度下进行,反应物和定量自来水成为浆液,浆料进入浆料罐。
喷雾造粒干燥机是以对流换热为主的旋转式干燥机。它将泥浆喷入烘干机。干燥剂中的原辅材料,在片材的作用下,升起料帘,在热风的对流加热下,形成颗粒并干燥。干燥机出口端设有分级锥和圆筒形筛板,可将干燥过程中产生的粒度颗粒和粉末过滤掉。大块未经干燥的材料破碎后作为再生材料返回烘干机。将完成的颗粒筛出。细粉通过烘干机自身的回收装置以幕帘的形式返回到烘干机的前面。湿气经风机抽出后排出。符合规格的复合肥颗粒进入冷却罐,成品包装入库[3]。
(3)分布式计算机控制系统的设计方案。
硫基复合肥生产过程的分布式计算机控制系统方案如图2所示。
图2分布式计算机控制系统方案
1)操作站与监控系统
复混肥的生产过程分为转换段和复式两段,控制系统需要两个操作站,两个操作站之间的距离约为30m,操作人员可以通过人机接口(即上位工业控制计算机IPC 1,IPC 2)来完成对系统的监控和管理。这两个操作站的运行和数据需要相互观察。系统上位机采用北京亚洲控制公司开发的组态王工程软件[4]。
IPC1和IPC2通过以太网传送数据。两个操作站分为主站和从站。主站IPC1用于转换站:IPC1通过Controller Link与PLC通信。 IPC2是从站,通过以太网连接到主站。监控系统的人机界面在两个IPC上运行。
为了提高系统的可靠性,设置了PWS6A00触摸屏。当仪表板组合仪表(IPC)失效时,使用触摸屏进行操作。下位机为可编程逻辑控制器(PLC)和智能调节仪(IR)。
2)智能流量比控制系统的设计与实现
在生产过程中,凡是将两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例关系的控制系统,就称为比值控制系统。在本系统中,工艺上要求粉状的氯化钾分别与硫酸和磷酸自动地保持一定的比例关系,即分别构成氯化钾-硫酸比值控制系统和氯化钾-磷酸比值控制系统[5]。在本系统中,氯化钾处于主导地位,称此物料为主物料或主动量。硫酸与主物料进行配比,在控制过程中跟随主物料而变化,故称为从物料1(或称从动量1),两者进行反应,磷酸与反应物进行配比,在控制过程中跟随主物料而变化,称为从物料2(或称从动量2)。由于生产中对反应物未进行流量检测,因此磷酸与氯化钾成另一比值关系,三者的关系如图3所示。
第一个闭环控制系统是主流量氯化钾本身构成的流量闭环控制系统,当设置确定后,通过闭环调节作用,消除扰动的影响,使氯化钾的流量稳定在设定值上,主流量闭环控制系统属于恒值控制系统。氯化钾流量Qz乘以比值器1的比值系数K1作为副流量硫酸闭环控制系统的设定值。氯化钾流量Qz乘以比值器2的比值系数K2作为副流量磷酸闭环控制系统的设定值。当主流量设定值变化时,副流量自动地跟随变化并保持两者的比值不变。
图3氯化钾硫酸磷酸酯智能流量比控制系统框图
(1)控制器及附属模块
氯化钾与硫酸流量比值控制、氯化钾与磷酸流量比值控制由欧姆龙公司的CJ1系列PLC来实现。PLC控制系统由CJ1W-PA205R型电源单元、CJ1W-CPU23型CPU单元、CJ1W-CLK21型Controller Link单元、CJ1W-DA08V型模拟量输出单元、CJ1W-AD081-V1型模拟量输入单元、CJ1W-PTS52型过程I/O单元等组成。
CJ1W-AD081-V1是8路模拟输入单元,输入信号是检测装置的发射机输出。该单元的分辨率为1≤8 0 0 0,转换时间为2 5 0 0/分。
CJ1W-DA08V是一款8通道模拟输出单元,可为硫酸泵,磷酸泵和混合酸泵等逆变器提供4-20 mA控制信号。
(2)检测单元
氯化钾是一种粉末材料。计量螺杆是粉体输送、动态计量和流量控制的装置。硫酸、混合酸、磷酸和泥浆都是液体。该系统利用电磁流量计检测其定时流量和累计流量。
该系统采用TF系列热式气体质量流量计检测氨气流量。另外,在该系统中,混合酸罐,混合酸储罐,洗涤液循环罐和洗涤液储罐的液位均由雷达液位计检测。
(3)现场电气驱动系统
该系统共有10个电气传动柜,主要完成对控制对象的信号采集和转换。包括开关检测与控制、电气控制和电机驱动,为了实现对主泵的控制和节能,电机采用变频调速,并通过闭环控制结构,保证了参数调整的实时性和稳定性。
系统中有5个西门子MM440矢量控制变频器。逆变器通过网络通信接口和网络总线连接到PLC和主机,以交换逆变器信号和控制信息[6]。
4 控制策略研究
1)智能流量比值控制
智能流量比值控制和智能PID控制是本系统最主要的控制策略。对于计量特性本身的非线性以及两个计量特性之间的非线性关系,必须采用非线性控制。当氯化钾设定流量从最小值变化到最大值时,专家式控制器根据相关信息和知识库的数据,经过推理确定一系列的比值系数,分别保证氯化钾与硫酸、氯化钾与磷酸的流量比值关系的恒定。
智能的含义就是通过多次实际测试,归纳出一组比值系数k11、k12、k13、……、k1n ,构成知识库,对应于主流量在全量程范围内,为保证实际的比例效果,所需要的相应比值系数。
2)智能多模态控制
多模态是指在不同的工况下采用不同的控制器结构和算法。例如,在动态过程的起始段,为防止积分饱和,应切除积分作用。当误差小到一定值再投入积分控制。
3)智能PID控制
由于使用集中参数模型代替分布参数模型的近似性及各种非线性特性,常规PID控制算法的效果较差,智能PID控制能够根据环境和工况的变化自动地改变采样周期(Ts)、比例带()、积分时间常数(Ti)和微分时间常数(Td),从而实现既响应快又无超调、无振荡的目标。
为了实现上述目标,本系统对原CJ1系列的PID控制指令进行了智能化改进,设计了根据误差数据自动改变PID参数的程序梯形图。
4)协调控制
复混肥生产过程属于连续过程工业,必须考虑整个系统的协调控制。
5)分程控制
由于流量和液位控制的滞后以及多连杆的耦合现象,传统的线性系统设计和方法不能满足实时和动态特性的要求(即响应快而小)。因此,智能知识控制用于建立专家知识库和采样参数,比例系数,积分时间常数,微分时间常数等相关参数的推理机制。在流量和液位达到设定值的动态过程中,智能控制系统基于误差符号。尺寸自动找到最佳参数值,然后参与PID调整。从而满足实时和动态特性的要求[7]。
6)综合滞后补偿控制技术
在复合肥的生产过程中,氯化钾,硫酸和磷酸等物质的运输存在纯滞后现象,纯滞后影响闭环系统的稳定性。因此,采用包括Smith补偿在内的综合纯滞后补偿控制策略来提高系统的稳定裕度,提高系统的动态性能。
5 结论
采用分布式计算机控制系统后,不仅生产过程在控制系统的控制下,而且可以实现生产辅助设备的监控和联锁,使生产处于安全,经济的运行状态。该系统已投入生产和运行,各项技术指标均达到设计要求。它已经运行了13个月。通过先进的控制系统实现了生产运行的自动化,提高了劳动生产率,降低了劳动者的劳动强度。地球改善了工作环境,实现了安全文明生产,创造了良好的经济效益和社会效益。
参考文献:
高洪波,马元波。引用该论文.污水处理控制系统的发展及冗余技术研究[D].西安,西安电子科技大学,2006年。
[2]西门子ET200M有源总线背板配置和使用手册[M]。北京:西门子股份公司,2002年。
李翠芳,马元波。引用该报告.软冗余技术在天然气输配工程中的应用[J].微型计算机信息,2008,24(8):16:17。
[4] 黄俊涛.基于WINCC污水处理集散控制系统的设计[J].自动化与仪器仪表,2010,12(6):30-36.
5 SIEMENS.SIEMENS PLC系统软件冗余描述与实现手册[M]。北京:西门子有限公司,2003年。
[6]陈子平。引用该报告.自动仪器,2005年,26(9):4≤6。
[7]张洪军,魏晓明,苏瑞生.基于VB通信控制mscomm的计算机与欧姆龙PLC串行通信编程研究与应用[J]。自动化与仪表,2010(4):74-77。

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