ControlLogixTM系統(tǒng)在管道化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言
管道化溶出裝置是從原西德引進(jìn)的一套鋁冶煉世界先進(jìn)技術(shù)之一，它具有能耗低、產(chǎn)量高、工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。管道化溶出裝置就是將原礦漿通過熔鹽加熱后(365℃)形成偏鋁酸鈉的溶液，再經(jīng)過沉降、過濾，分解培燒后生產(chǎn)出合格氧化鋁。在整個(gè)工藝過程中對(duì)建立熱平衡是關(guān)鍵，對(duì)壓力、溫度、液位以及熔鹽爐的自動(dòng)控制技術(shù)要求較高。它影響整個(gè)工藝產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，因此對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行全面分析和改造十分重要。

2 系統(tǒng)存在的問題分析
根據(jù)系統(tǒng)長(zhǎng)期發(fā)生的故障分析，控制系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)方面的問題。
2.1 熔鹽爐的自動(dòng)控制
熔鹽爐有十幾個(gè)聯(lián)鎖控制點(diǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)點(diǎn)不著爐的問題，風(fēng)量不足、點(diǎn)火困難、補(bǔ)油通過量少、粘度大、蒸汽比例調(diào)節(jié)閥失控，上內(nèi)、上外、下外的溫度報(bào)警連鎖，加熱量不足。
2.2 隔膜泵的自動(dòng)控制
隔膜泵有十幾個(gè)連鎖點(diǎn)，任何一個(gè)連鎖點(diǎn)出現(xiàn)問題隔膜泵都無法啟動(dòng)，P1、P2停留罐壓力誤報(bào)、連桿溫度誤報(bào)、補(bǔ)油量不足，減速機(jī)油量小等原因造成停車。還有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，波動(dòng)量較大。采樣點(diǎn)設(shè)置不合理，準(zhǔn)確靈敏度較低。
2.3 塔架自動(dòng)控制
無法實(shí)現(xiàn)向蒸發(fā)器液位的自動(dòng)控制，影響建立良好的系統(tǒng)液位，無法保證液位的控制，以致于經(jīng)常出現(xiàn)液位較高，是BWT段(泛汽加熱段)帶料,造成K系統(tǒng)含堿超高，影響到沉降系統(tǒng)的穩(wěn)定，對(duì)氧化鋁工藝生產(chǎn)穩(wěn)定帶來破壞。
針對(duì)上述問題，綜合要解決:
(1) 液位、壓力、流量、密度的監(jiān)控問題;
(2) 母液、礦漿泵等的速度控制控制問題;
(3) 進(jìn)出口料漿溫度、冷卻水溫度、進(jìn)出口熔鹽溫度、停留罐料漿溫度、出口乏汽溫度等的精確監(jiān)控。

3 自控系統(tǒng)改造方案
按照工藝要求的條件，確定信號(hào)采樣點(diǎn)，將信號(hào)傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)。通過執(zhí)行達(dá)到控制對(duì)新的要求。通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的綜合分析，把系統(tǒng)分為三大部分，即:
(1) 主控室，安裝四臺(tái)操作站，一臺(tái)PLC主站，一個(gè)從站，主要對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類變頻器的控制和監(jiān)控，此部份共有:AI:30點(diǎn)，AO:13點(diǎn)，D1:105點(diǎn)，DO:36點(diǎn);
(2) 塔架部份，此部份建立三個(gè)PLC分站，主要完成，各個(gè)主要工作點(diǎn)溫度，液位、電導(dǎo)率等及電動(dòng)閥的控制。共有:AI:103點(diǎn)，AO:15點(diǎn)，D1:15點(diǎn)，DO:13點(diǎn)。
(3) 隔膜泵部份，此部份一個(gè)PLC分站，一個(gè)隔膜泵監(jiān)控站，主要完成對(duì)隔膜泵膜片檢測(cè)、油壓、各種槽液位、密度、壓力、軸承溫度等的監(jiān)控，共有:AI:63點(diǎn)，D1:18點(diǎn)，DO:2點(diǎn)。
根據(jù)管道化溶出對(duì)控制要求的高安全性和可靠性特點(diǎn)，經(jīng)全面研究和論證，系統(tǒng)采用美國(guó)AB公司最新的Controllogix5000 PLC以及采用通訊速度快，具有冗余的Controlnet通訊網(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)的通訊整體結(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 通訊整體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)各采樣點(diǎn)的檢測(cè)和控制如圖2所示:

圖2 采樣和調(diào)節(jié)框圖

4 ControlLogixTM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹
系統(tǒng)PLC CPU采用的是:1756-L55M23。Log- ix5000系列產(chǎn)品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。管道化控制系統(tǒng)采用了ControlNet冗余通訊網(wǎng)絡(luò)，它具有獨(dú)特、先進(jìn)、高效的Producer/Consumer技術(shù)，冗余、開放、高速、實(shí)時(shí)、對(duì)等地傳遞數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)5MB/S。ControlNet能夠可靠發(fā)送數(shù)據(jù)，具有高度的確定性。
工控機(jī)內(nèi)安裝通訊卡，型號(hào)為1784-KTCX，與PLC之間通過ControlNet網(wǎng)進(jìn)行通訊。通過Rslinx軟件可以方便地設(shè)定內(nèi)存地址、站地址、中斷號(hào)等參數(shù)。上位機(jī)通過1784-KTCX網(wǎng)卡與1756-CNBR/D通訊模板互相連接。1756-CNBR/D冗余模板聯(lián)結(jié)兩條網(wǎng)絡(luò)主干線，通訊模板隨時(shí)接送兩條傳輸通道上的數(shù)據(jù)傳輸并檢驗(yàn)。
整個(gè)系統(tǒng)在主控制室設(shè)四臺(tái)上位操作站，隔膜泵控制室設(shè)一個(gè)上位操作站，下位在主控制設(shè)一個(gè)PLC主站，一個(gè)PLC從站，塔架設(shè)三個(gè)PLC從站，隔膜泵控制室設(shè)一個(gè)PLC從站。所有站通過CONTROLNET冗余網(wǎng)絡(luò)通訊。
該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)PLC完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算、控制輸出等功能，與上層設(shè)備的信息交互通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)PLC單元通過現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)橋設(shè)備與上層管理設(shè)備相連，向上層網(wǎng)絡(luò)傳送所要求的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行信息和狀態(tài)，在上層網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)中以文字、列表、曲線、圖形和動(dòng)畫的形式顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、變化趨勢(shì)、故障情況和報(bào)警狀態(tài)，為管理人員的操作提供可靠，準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)信息;同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)PLC單元接收上層管理下發(fā)的命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

5 結(jié)束語
改造后的系統(tǒng)效果顯著。隔膜系統(tǒng)出口壓力波動(dòng)小,隔膜泵跳停少，對(duì)隔膜泵的進(jìn)料量影響小;泛汽加熱段的溫度控制(BWT段)溫度穩(wěn)定, 建立良好的熱平衡;使隔膜泵的進(jìn)料達(dá)到了300m3/小時(shí);溶出率達(dá)到90%以上;消除K7系統(tǒng)帶料(含堿)的問題;保證了熔鹽加熱溫度;確保了礦漿溶出溫度;建立了整個(gè)系統(tǒng)的熱平衡,給下一道工序沉降創(chuàng)造了條件;操作更加簡(jiǎn)單方便;實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。
需進(jìn)一步開發(fā)和解決的問題包括核定各采樣點(diǎn)的參數(shù);模擬信號(hào)改為數(shù)字信號(hào),確保參數(shù)的準(zhǔn)確性;消除分站傳輸各種干擾信號(hào)的影響，程序控制的進(jìn)一步優(yōu)化。