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| 催化劑在自動配料系統(tǒng)改造中的應(yīng)用 | 2020-03-05 |
| 摘要： 本文主要介紹變頻技術(shù)在催化劑廠完善新型催化劑自動配料系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，并說明配料系統(tǒng)控制及控制參數(shù)的計算。配料系統(tǒng)運(yùn)行情況較好，值得推廣使用。 1、引言 在完善新型催化劑自動配料系統(tǒng)改造前的配料過程是：先從輸送管道向攪拌罐投入一定量的高嶺土，再投入一定量的分散劑，經(jīng)過2.2小時反應(yīng)后，再依次加入其他7種物料，這樣做存在以下問題：(1)由于反應(yīng)時間較長，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。(2)由于計量設(shè)備落后，人為影響因素較重，投入分散劑量不能很好控制，投入過多，生產(chǎn)成本大大提高，造成浪費(fèi)，投入過少，影響產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品不合格率提高，造成大量的廢品。 (3)由于物料的特殊化學(xué)性質(zhì)，腐蝕性及粉塵污染較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響工人的身體健康。 近幾年來，工業(yè)過程自動化程度越來越高及人們對環(huán)保意識的增強(qiáng)，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)外得以廣泛應(yīng)用，特別是隨著中國加入WTO以后，石化行業(yè)的競爭更加日趨激烈，并對產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求。針對原自動配料系統(tǒng)過程中存在的問題，經(jīng)有關(guān)商量決定對催化劑自動配料系統(tǒng)進(jìn)行改造，保留其它7臺儲料罐不變，主要對高嶺土、鋁石及分散劑打漿進(jìn)行改造，改造方案為：(1)高嶺土打漿與儲備2套；(2)鋁石打漿與儲備1套；(3)分散劑打漿與儲備1套。文中重點(diǎn)介紹變頻調(diào)速的雙閉環(huán)控制及綠色設(shè)計的應(yīng)用。 2、調(diào)速控制單元的組成及工作原理 2、1調(diào)速控制單元的組成 變頻調(diào)速控制單元主要由DCS、PLC、配料皮帶秤、星型給料機(jī)、變頻器、AI-808調(diào)節(jié)器、流量計、電氣轉(zhuǎn)換閥等組成。 2、2調(diào)速控制單元的工作原理 自動配料系統(tǒng)變頻調(diào)速回路構(gòu)成雙閉環(huán)回路的電子皮帶秤、電腦積算器、變頻器、AI-808調(diào)節(jié)器、星型給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)等組成。變頻器選用臺達(dá)VFD015A43B，它主要用于控制星型給料機(jī)給料，配料皮帶秤檢測流經(jīng)輸送機(jī)上的物料，并將信號傳送給電腦積算器，由電腦積算器發(fā)4～20mA的模擬信號給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器發(fā)出兩路4～20mA的模擬信號，一路傳送給DCS系統(tǒng)，將其乘以系數(shù)K，作為第二個閉環(huán)回路的目標(biāo)值；另一路傳送給變頻器，通過調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)變頻器的V/F值，來調(diào)節(jié)星型給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保證流經(jīng)皮帶輸送機(jī)的高嶺土比較均勻，目的是產(chǎn)生較穩(wěn)定和準(zhǔn)確的流量；第二路閉環(huán)控制是根據(jù)路傳送的量來調(diào)節(jié)分散劑的量，使分散劑的量跟隨高嶺土的量發(fā)生變化，一方面保證調(diào)節(jié)閥正常工作，另一方面又能保證高嶺土和分散劑按一定比例混合，保證配比的準(zhǔn)確性，從而保證混合料的質(zhì)量，提高系統(tǒng)的可靠性。 2、3 AI-808調(diào)節(jié)器 AI-808調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)： 國產(chǎn)較的儀表，內(nèi)部采用了高性能的ASIC芯片和模塊化硬件設(shè)計，在輸入、輸出信號上均采用了數(shù)字校正技術(shù)，以消除穩(wěn)定性較差的可調(diào)電阻所帶來的誤差；通過自動調(diào)零技術(shù)的應(yīng)用可長期使用而不會產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，測量數(shù)字精確穩(wěn)定；具有多種輸入、輸出規(guī)格和報警方式設(shè)置。不僅具備手動/自動無擾動切換操作功能，還具備手動自整定和顯示輸出值等，以及用作伺服放大器直接控制閥門位置的比例輸出，電源可在85-264VAC（50-60HZ）寬范圍內(nèi)波動，在強(qiáng)干擾的環(huán)境下也能保證測量的精度和工作的穩(wěn)定性。 目前國內(nèi)外生產(chǎn)調(diào)節(jié)器的產(chǎn)家較多，我們通過比較，選用廈門宇電公司的AI-808調(diào)節(jié)器，主要是基于以下幾點(diǎn)原因：（1）產(chǎn)品的性價比高；（2）產(chǎn)品的可靠性高，穩(wěn)定性好；（3）售后服務(wù)及時；（4）800免費(fèi)電話。實(shí)踐也已經(jīng)證明了我們當(dāng)初的選擇是正確的。 2、4控制及控制系數(shù)的計算與設(shè)置 生產(chǎn)過程是個復(fù)雜的動態(tài)過程，生產(chǎn)過程中的某一時刻的某一環(huán)節(jié)似乎是不可控的，因而造成生產(chǎn)被動或增加勞動強(qiáng)度?？刂撇粌H要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程相對靜態(tài)時的，而且要求從一個工況轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪还r時也要自動起到，即達(dá)到動態(tài)控制。所謂動態(tài)控制就是要找出起控制作用的參數(shù)的一個或一組參數(shù)，使要控制的目標(biāo)參數(shù)的函數(shù)在滿足約束條件下。 要想達(dá)到控制，關(guān)鍵是要確定合適的控制系數(shù)，那么怎樣對PID調(diào)節(jié)器的控制系數(shù)進(jìn)行計算與設(shè)置呢？ 在自動控制系統(tǒng)中，首先應(yīng)把流量大小轉(zhuǎn)化成計量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，建立信號之間的聯(lián)系，該系統(tǒng)中是將流量信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電流信號，即4～20mA模擬電流，該電流的大小與流量大小成正比，這樣，顯然應(yīng)先把自動配料系統(tǒng)上流量比值K折算成DCS內(nèi)部的比值系數(shù)K'，才能進(jìn)行比值設(shè)定，由圖2可知： I1=Q1/Q1max×I ⑴ I2=Q2/Q2max×I ⑵ 式中：I1為高嶺土流量對應(yīng)的電流； I2為分散劑流量對應(yīng)的電流 Q1為高嶺土對應(yīng)的流量； Q2為分散劑對應(yīng)的流量 Q1max為高嶺土設(shè)置的流量；Q2max為分散劑設(shè)置的流量 I為標(biāo)準(zhǔn)電流信號（20mADC） 設(shè)：K'= I1'/I1 ⑶ K'為比值器的控制系數(shù)，要使系統(tǒng)達(dá)到控制，即系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，須使 I1'=I2 ⑷ 又設(shè)：K=Q2/Q1 ⑸ K為自動配料系統(tǒng)要求的比值，由⑴～⑸式可得： K'=K×Q1max/Q2max ⑹ 由⑹式可知：K'與測量儀表的設(shè)置量程值有關(guān)，而與生產(chǎn)負(fù)荷Q1、Q2的大小無關(guān)。其次，根據(jù)生產(chǎn)過程中的情況進(jìn)行計算來確定控制系數(shù)，例如該系統(tǒng)中高嶺土的輸送能力為6t/h，分散劑的輸送量為1.2t/h?？傻茫篕'=K×1.2/6=K/5=0.2K。當(dāng)K=0.2時，K'=0.04；當(dāng)K=0.5時，K'=0.1；當(dāng)K=1時， K'=0.2，K'值是根據(jù)自動配料系統(tǒng)需要，通過上位機(jī)對DCS系統(tǒng)內(nèi)部2PID進(jìn)行設(shè)置。 2、5控制趨勢曲線 要達(dá)到配料系統(tǒng)工藝改造的目的，必須要求分散劑能夠很好地跟隨高嶺土的變化而變化，同時要求高嶺土的給料量能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。盡管現(xiàn)場影響因素較多，但通過廣大人員的密切配合，最終將系統(tǒng)調(diào)試成功，系統(tǒng)控制趨勢曲線見圖3示： 3、綠色設(shè)計與制造 綠色設(shè)計與制造是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路，它將生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會聯(lián)結(jié)成一個協(xié)調(diào)發(fā)展的有機(jī)整體，要求經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮自然生態(tài)環(huán)境的長期承載能力，滿足人類長遠(yuǎn)生成的需要。 在配料系統(tǒng)的工藝改造中，從系統(tǒng)的方案設(shè)計到生成產(chǎn)品，包括生產(chǎn)過程中的周轉(zhuǎn)物、回收物及廢棄物等，都充分地利用綠色設(shè)計的新思想。例如系統(tǒng)方案設(shè)計選擇時，將綠色設(shè)計新思想擺在，在滿足自動配料系統(tǒng)、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能多地采用綠色設(shè)計；當(dāng)在滿足自動配料系統(tǒng)、保證產(chǎn)品質(zhì)量和采用綠色設(shè)計產(chǎn)生沖突時，采取資金傾斜政策，以滿足實(shí)際需要。在配料系統(tǒng)設(shè)計階段，將影響環(huán)境因素及預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，使生產(chǎn)對環(huán)境的污染減少到最小，從根本上防治了污染，節(jié)約了能源和資源。設(shè)計中，采用HONEYWELL公司的DCS集散控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速技術(shù)，真正體現(xiàn)人性化設(shè)計，全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，大大減少勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、降低噪聲污染、節(jié)約電能及減少對電網(wǎng)的沖擊。在物流過程中，實(shí)現(xiàn)將物料進(jìn)行全密封裝置，從而杜絕了粉狀及粉粒狀物料（如鋁石、高嶺土等）對周圍環(huán)境的污染，保護(hù)工人的身體健康。提高企業(yè)市場競爭能力和可持續(xù)發(fā)展能力。 4、工藝改造中存在問題及解決 4、1DCS采集的數(shù)據(jù)存在問題及解決 由于DCS主要采集4～20mA模擬電流信號，模擬電流存在自身的缺陷，特別是采集的4～20m流量信號通過調(diào)節(jié)器進(jìn)行變送后造成的誤差更大，同時由于調(diào)節(jié)器內(nèi)部采用2路4～20mA模塊，相互之間干擾較嚴(yán)重，傳送到DCS的信號發(fā)現(xiàn)明顯失蹤。后來對設(shè)計進(jìn)行考慮，通過試驗發(fā)現(xiàn)有兩種方式可以解決：其一：更換PID內(nèi)部4～20mA模塊，采用光電隔離型模塊，并對系統(tǒng)的接地加以處理。其二：直接采集電腦積算器的模擬信號，但是積算器的接口只有一個，后來對積算器的模擬輸出進(jìn)行改造，使其準(zhǔn)確的將一路4～20mA模擬接口同時送給調(diào)節(jié)器和DCS，既保證調(diào)節(jié)器正常調(diào)節(jié)，又滿足DCS準(zhǔn)確采集流過輸送機(jī)的物料。 4、2調(diào)節(jié)閥變化頻率過快 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的超調(diào)現(xiàn)象，系統(tǒng)振蕩較嚴(yán)重，星型給料機(jī)時停時轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)閥頻率變化過快，不能正常工作，容易損壞。其原因主要是：料倉不能均勻下料、現(xiàn)場振動現(xiàn)象較嚴(yán)重、積算器和調(diào)節(jié)器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置不合適。根據(jù)現(xiàn)場情況逐個進(jìn)行排除，從而保證調(diào)節(jié)閥正常工作。 4、3變頻器控制方案的實(shí)現(xiàn) 自動配料系統(tǒng)由兩個料倉對輸送機(jī)（內(nèi)裝電子皮帶秤）進(jìn)行給料，從而需要2臺星型料機(jī)進(jìn)行給料，經(jīng)過多方面論證及自動配料系統(tǒng)需要，采用2臺變頻器進(jìn)行控制，但只提供一路4～20模擬信號，同時采用變頻器轉(zhuǎn)換開關(guān)，根據(jù)生產(chǎn)需要選用其中一臺或2臺全部工作。 | |
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