今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道 摘要：結合國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司年產120萬噸鉀肥項目，介紹大型鉀肥生產控制系統的構成和功能；以美國羅克韋爾自動化的產品為例，按照系統的層級網絡架構并結合工藝流程介紹具體實施方案。
關鍵詞：鉀肥；控制系統；網絡架構
1引言
國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司年產120萬噸鉀肥項目是國家“十一五”發展規劃項目之一。整個生產過程包括原礦的采集、原礦的輸送和由原礦加工成產品的過程。原礦的采集是通過多條水采機組在鹽田中不斷的采掘，并將采掘到的礦料經浮管送至碼頭增壓泵站；原礦的輸送就是將由水采機組采集到的原礦通過增壓泵站輸送到加工廠；加工廠將源源不斷的原礦經過過濾、結晶，并加入化學藥劑，經過物理化學過程生產出成品硫酸鉀。加工廠工藝流程如圖1所示：
圖1 加工廠工藝流程示意圖
該項目的控制系統由北京金自天正智能控制股份有限公司承擔，已于2008年10月投產。
2 系統構成
2.1 原礦采集、輸送控制系統
原料采集、輸送控制系統包括6個采收控制子系統，每一個采收控制子系統由1個碼頭泵站及4套水采機、錨機構成。6個碼頭泵站之間通過工業以太網組成星型網絡，每個碼頭與4套水采機、錨機通過無線以太網通訊。碼頭泵站、水采機、錨機均選用美國Rockwell公司SLC500系列可編程控制器（PLC），選用具有devicenet網絡總線功能的MCC智能馬達控制單元。每條水采機配有操作員站，通過計算機監控原料采收和輸送。該系統能夠自動完成原料的采收、輸送控制過程，其核心技術在于：水采機、錨機的自動導航行走和采收；碼頭泵站的自動調速控制；安全可靠的數據通信。具體方案如下：
采用SLC500（處理器1747-L552）系列,E3_Plus智能馬達控制單元、Powerflex700H系列變頻器。
采用具有管理功能的工業以太網交換機，通過單模光纜實現遠距離信息傳輸，優化通信數據以減輕網絡通信壓力。
通過GPS定位系統完成水采機、錨機的導航控制。包括兩部分：岸基站和移動站。岸基站設備：Novatel Propak-V3 GPS接收機及GPS數據鏈無線電臺PDL。 移動站：使用Trimble SPS550和SPS550H接收機，雙天線姿態控制，并通過GPS無線電臺EDL獲取基站信息，產生一個RTK差分信號，從而獲取高精度的坐標值。SPS550和SPS550H也經過差分，得到一個角度信號，即船的姿態信號。
2.2 加工廠控制系統
加工廠控制系統由脫鹵、磨礦分解、軟鉀尾礦、氯化鉀尾礦、氯化鉀、軟鉀、主廠房中控室、洗滌混鉀、結晶離心、干燥、產品儲運11個子系統構成。每個子系統由獨立的PLC控制站和具有devicenet網絡總線功能的MCC智能馬達控制單元組成。該系統監控部分由兩臺冗余的服務器及16臺操作員站、1臺工程師站組成。采用EtherNET/IP通訊協議和冗余光纖環網、以太網交換機將各PLC的控制站、操作員站、工程師站、服務器、打印機等連接起來，實現了全廠工藝參數在加工廠中央控制室集中顯示、監控、越限報警、報表打印。加工廠控制系統結構如圖2所示。
圖2 加工廠系統結構圖
具體實施方案如下：
2.2.1 PLC及監控軟件
加工廠控制系統選用美國Rockwell公司的ControlLogix控制平臺，與傳統的PLC相比，ControlLogix具有更高的性價比。可以實現順序控制、過程控制、運動控制的任意組合控制。支持靈活的網絡結構，無需任何編程或者處理器干預，即可實現不同網絡之間的通訊橋接和數據交換。
采用美國Rockwell公司的RSView SE（服務器+客戶機版）的監控軟件,作為組建冗余服務器與操作員客戶機的軟件支持。它具有多服務器集群和多客戶端的分布式結構。應用組態存在于RSView SE服務器當中，而客戶端可以任意的調用顯示各服務器中的應用，組成集成的一體化的監控方案。在主服務器出現故障時，從服務器自動成為主服務器，保證系統的可靠運行。
2.2.2 MCC智能馬達控制中心
車間設備級控制采用DeviceNet 現場總線。Devicenet是一種低成本的通訊總線。通過DeviceNet總線將智能電動機保護器、智能電動機控制器、交流變頻器、PLC及電力監控模塊等連接起來，實現了所有設備的網絡控制與監控。從而消除了昂貴的硬接線成本，同時提供了相當重要的設備級診斷功能。
整個生產線的智能馬達控制中心MCC全部采用美國Rockwell公司的IntelliCENTER智能產品。其特點是內置開放式網絡DeviceNet接口。本系統所設計的MCC主要包括以下幾個主要單元。
（1）E3 Plus智能固態過載熱繼電器
一種基于微處理器的多功能固態過載繼電器，E3 Plus智能固態過載繼電器是基于DeviceNet的產品。它通過DeviceNet可以把電機電流、電壓等數據快速傳給PLC，達到電壓電流的實時監控。它的遠程參數診斷、保護和報警等功能非常豐富，對電機缺相、接地、失速、堵轉、過熱等故障都設置處理方式，并把具體的故障傳給PLC，極大的方便了維修人員判斷問題，提高了生產效率。因為鉀肥生產流程比較復雜，電機等設備很多，使用E3 Plus大大減少了MCC柜和PLC控制柜間的電纜數量，也減少了因為電纜引起的故障點，為安全生產提供保障。
（2）SMC-Flex軟啟動器
集成了I/O和先進的診斷和保護功能，它具有保護和診斷功能、電源檢測功能、遠程參數診斷功能，它通過DeviceNet通訊卡20-COMM-D連接到DeviceNet網絡上。
（3）Powerflex700變頻器
PowerFlex700提供了一系列強大的編程參數，并可通過DeviceNet實現網絡控制。通過編程可以遠程監控設備的運行狀態及故障報警信息。
2.2.3 系統網絡架構
整個控制系統基于三級網絡層：信息層、控制層以及設備層，各層網絡功能明晰，可方便地將設備層的數據、控制層的狀態信息無縫集成到信息層數據庫中。
(1) 信息層。采用EtherNet(以太網)結構將各PLC控制站、服務器、操作員站、工程師站連接起來。通過以太網進行全廠控制系統的數據采集、監控、統計、設備維護管理，系統管理員可在這層網絡上對控制器中的程序進行修改。
(2) 控制層。采用ControlNet(控制網)結構將PLC與它所控制的I/O模板連接起來。
(3) 設備層。采用DeviceNet(設備網)結構將PLC與智能馬達控制中心MCC連接起來。在中控室即可配置、監控底層設備。這種連接無需通過I/O模塊，即可方便快速地實現與工業現場大量設備的高速數據采集。
3系統主要控制功能
3.1 原礦采集系統
水采機是原礦采集系統最主要的設備，是整個工藝生產的關鍵點之一。水采機在采收過程中航道的劃分，按設定航道及航角進行采收以及自動切換航道都是通過在操作員站設定及在PLC中進行編程實現的。具體的實現方法是：操作人員根據工藝要求，在操作員站監控畫面中輸入需要采收航道的編號及寬度，根據航道編號和寬度計算出水采機采收時設定航道的位置，然后與通過GPS實時監測到水采機航線位置進行比較，當實際航線位置與設定航線位置偏差大于70m時，通過調整水采機轉向油缸的方向將前后行走履帶調整為與設定航線垂直的狀態，以最大的偏角切入新航道，當偏差小于70m時,根據距離偏差計算出轉向油缸的轉向方向及轉向值，從而調整前后行走履帶的行走狀態。當偏差小于0.3m時，水采機進入微調區，即行走方向的履帶根據距離偏差計算出的轉向值調整轉向，使履帶回歸到中心位置。當距離偏差小于0.08m時，前后行走履帶均回歸中心點，采船進入設定航線，進行直線采收行走。
3.2 濃密機系統
濃密機系統的功能是對礦漿進行濃縮和轉送控制。
3.2.1濃密機底流泵控制
濃密機對料液進行濃縮，其濃縮濃度由料液在濃密機內的沉積時間決定。改變濃密機底流流量，即改變了料液在濃密機內的沉積時間，從而控制料液的底流濃度。 濃密機底流濃度是通過控制濃密機底流泵的轉速來調節底流流量，從而達到控制底流濃度的目的。
3.2.2濃密機耙子控制
耙子在濃密機內轉動，使物料均勻并保持流動。耙架可以上下移動調整耙子的縱向位置。
耙子的電流需要控制在一定的范圍以內。如果電流低需要降低耙架，若耙子電流過大未能升高耙架則會造成壓耙事故導致停產，故耙架控制十分重要，需要根據電流變化提前測算可能的壓耙概率，及時做出控制調整。
3.3 浮選系統
浮選系統也是整個工藝生產的關鍵點之一。浮選系統通過加入浮選藥劑，使料漿中NaCl濃度顯著降低。
浮選槽液位控制是浮選系統的關鍵，控制分為手動方式和自動方式。浮選槽液位由于受浮選機的作用波動較大，所以液位計的輸出信號也隨之波動。選擇合適的液位檢測設備并采用移動平滑數字濾波方法效果很好，保證了自動控制液位穩定。
3.4 結晶系統
結晶也是整個工藝生產的關鍵點之一，也是最難控制的部分。采用控制系統計算出的礦水比和實測結晶器溢流母液的波美度相結合的辦法進行控速分解和控速結晶，得到硫酸鉀料漿打到高位槽，進入離心機進行脫水分離，濾餅水份小于8%；分離后的濾餅經皮帶送到干燥系統。
3.5 離心系統
離心系統的功能主要是去除殘留的鈉鹽，調節產品的純度和甩干產品中的水分。
4結語
國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司年產120萬噸鉀肥項目已于2008年10月成功投產，該項目引入了水采機GPS導航控制、ControlLogix控制平臺、RSView SE管理級的監控軟件、智能MCC、多介質多層次網絡架構等先進控制技術和設備，提高了整體作業線生產的自動化水平，減少了故障和停機時間，使控制系統運行穩定、可靠。
摘自《自動化博覽》2011年第十期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號