1 引言
目前，復合肥生產(chǎn)線大多為人工操作，工人生產(chǎn)環(huán)境差，勞動強度高，而且配料不精確，常常由于人為因素較多而造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。錦州特肥廠原有10萬噸/年氮磷鉀三元素復合肥生產(chǎn)線，2000年通過技術(shù)改造，調(diào)整為30萬噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。為了進一步提高生產(chǎn)和管理水平，該廠成套配置了復合肥生產(chǎn)計算機控制系統(tǒng)。
生產(chǎn)工藝及控制要點:
氮磷鉀三元素復合肥生產(chǎn)分為3個工段:磷酸和硫酸工段、轉(zhuǎn)化和復肥工段、造粒工段。第一個工段主要是生產(chǎn)磷酸和濃硫酸，包括磷酸萃取、硫酸焙燒等工序;在轉(zhuǎn)化和復肥工段，先在反應釜中按比例加入硫酸和氯化鉀，加溫至110℃并恒溫固定時間后進入收集槽，然后在收集槽加入磷酸，混合后經(jīng)混酸泵打入管式反應器，最后向管式反應器加入中和氨氣，生產(chǎn)成品料漿;在造粒工段，成品料漿等經(jīng)噴漿控制進入造粒機造粒，再經(jīng)過烘干等處理最后成為成品復合肥。
生產(chǎn)中控制回路主要包括各種原料的比值控制系統(tǒng)、反應器和造粒機溫度控制系統(tǒng)、噴漿流量控制系統(tǒng)等;開關控制主要包括各種礦漿物料變頻器啟/停、各種反應器閥門開/關等。有些設備需要順序控制和聯(lián)鎖控制。監(jiān)測參數(shù)包括溫度、壓力、流量、液位等多種參數(shù)。
2 控制系統(tǒng)構(gòu)組成
控制系統(tǒng)采用下位機+上位機+服務器三層模式。下位機包括兩套Eurotherm 公司的E2500小型DCS控制裝置和一套研華ADAM5510 PLC;上位機為2臺工控機，互為熱備份;服務器為普通PC機，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 復合肥生產(chǎn)計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
E2500支持Modbus、Profibus、OPC等多種通訊協(xié)議，控制功能豐富。ADAM5510是研華公司的Pc Based產(chǎn)品，支持Modbus協(xié)議，采用C語言編程，方便靈活。上位機和服務器分別運行iFIX運行版和開發(fā)版工業(yè)組態(tài)軟件，3套計算機通過以太網(wǎng)互聯(lián)。上位機和下位機連接采用了485網(wǎng)絡，Modbus RTU通訊協(xié)議，通訊速率19200bps。ADAM5510安裝在現(xiàn)場，系統(tǒng)中加裝RS485中繼器。
3 系統(tǒng)主要功能機及實現(xiàn)
生產(chǎn)線的控制主要由下位機完成，上位機按工段提供人機交互界面，進行數(shù)據(jù)顯示、存儲、和統(tǒng)計等功能。服務器備份運行操作和數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)進行分析管理。
3.1 上位機主要功能及實現(xiàn)
在上位機，可以通過主界面進入各個工段監(jiān)控界面。在每個工段監(jiān)控界面中可以進入其它工段。在工段監(jiān)控界面中顯示有關工藝流程，在相應位置顯示過程參數(shù)。為適應現(xiàn)場人員習慣，系統(tǒng)設置一個參數(shù)列表界面，以表格形式分門別類顯示系統(tǒng)所有監(jiān)控參數(shù)。各個工段主要控制回路和監(jiān)控參數(shù)如下:
(1) 磷酸和硫酸工段
· 控制回路:萃取礦漿流量和萃取硫酸流量比值控制;沖盤水流量單回路PID控制;
· 監(jiān)控參數(shù):萃取礦漿變頻器、萃取硫酸變頻器啟停;硫酸過氧焙燒溫度、酸池液位等;
(2) 轉(zhuǎn)化和復肥工段
·控制回路:硫酸流量、氯化鉀流量、磷酸流量三比值控制系統(tǒng);中和混酸流量、中和氨流量比值控制系統(tǒng);
·監(jiān)控參數(shù):硫酸變頻器、氯化鉀變頻器、磷酸變頻器啟停;鹽酸流量、水流量、混酸池液位、中和氨壓力;
(3) 造粒工段
·控制回路:噴漿流量單回路PID控制A、B、C;溫度控制單回路PID控制;
·監(jiān)控參數(shù):機頭溫度A、B、C;機尾溫度A、B、C;成品料和返料皮帶變頻器啟停;皮帶物料重力、速度信號;電機轉(zhuǎn)速。
在對應的工段監(jiān)控界面中，每一個控制回路有對應的PID操作面板，可以象操作常規(guī)儀表一樣進行PID參數(shù)設定、手動/自動切換等;對于比值控制系統(tǒng)，可以方便地進行比值設定。比值控制系統(tǒng)比值斷開/連接等功能。兩臺上位機互為熱備份，在運行監(jiān)控時可以分別運行在不同的界面，從而大大拓展運行人員監(jiān)控視野。
3.2 下位機主要功能及實現(xiàn)
下位機具體實現(xiàn)回路控制和參數(shù)監(jiān)控。主要工藝流程由2套E2500實現(xiàn)監(jiān)控，ADAM5510實現(xiàn)成品料和返料皮帶的監(jiān)控。
E2500控制裝置功能豐富，組態(tài)靈活。所有參數(shù)具有相應的Modbus地址，可以直接供上位機讀寫。2500控制裝置有標準PID控制算法，可以直接用于單回路和比值控制系統(tǒng)。對于系統(tǒng)中反應釜溫度控制等，系統(tǒng)隨著工況變化有較強的非線性，采用自適應PID控制。同時設置多組PID參數(shù)，系統(tǒng)會在對應工況下自動切換運行，從而保證控制質(zhì)量。
E2500的一些參數(shù)具有Modbus地址源地址，利用這一特點，可以方便地在線實現(xiàn)系統(tǒng)連接關系切換。比如，比值控制系統(tǒng)在手動操作或者投運前進行調(diào)試時，需要切斷比值連接，要求相應PID控制的給定值暫時轉(zhuǎn)換為本地給定。通過運行iFix腳本命令，可以方便地修改給定值源地址實現(xiàn)這種功能。
成品料和返料的監(jiān)控中，主要是采集重力信號和速度信號，計算瞬時流量和累計流量。系統(tǒng)中利用ADAM5510的COM1口擴展了簡單的鍵盤和顯示，可以方便進行就地參數(shù)設定和測皮控制、標定等操作。
3.3 報表和系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理
報表實現(xiàn)方法有多種，系統(tǒng)應用VB6.0將EXCEL對象引入應用程序，在已經(jīng)設定好的報表模板中加入自定義宏，屏蔽掉ＥＸＣＥＬ菜單欄及工具欄中無用的項目而僅留頁面設置、打印預覽、打印及退出4個項目，使操作人員可以方便操作。每天8:00整打印和存儲日報表，報表內(nèi)容包括各種物料瞬時流量、累計流量、返料量、成品量以及各點溫度、壓力等的歷史紀錄。歷史紀錄是按每半小時統(tǒng)計一次生成的過去24小時數(shù)據(jù)，產(chǎn)生日報表，每月第一天計算出上月總量，日均消耗各種物料量等，生成生產(chǎn)月報表。
歷史數(shù)據(jù)設計、采集和顯示分別用iFIX的HTA、HTC和 HTD，每24小時生成一個文件存儲在硬盤上。通過趨勢顯示、歷史報告和數(shù)據(jù)分析，對生產(chǎn)情況進行評估，不斷優(yōu)化生產(chǎn)過程。
4 系統(tǒng)可靠性設計
系統(tǒng)在電源、上位機和E2500控制裝置兩級上都作了冗余設計。上位機兩臺工控機一臺運行，一臺熱備份，通過iFix開發(fā)工具EDA編程互相監(jiān)控。兩臺工控機都通過RS-485通訊接口連接E2500。E2500系統(tǒng)中采用雙CPU模塊冗余技術(shù)，兩臺CPU模塊應用程序相同，一臺CPU模塊周期性與另一CPU模塊通訊，超時未得到應答則自動轉(zhuǎn)入運行狀態(tài)。
生產(chǎn)線上所有的設備都有現(xiàn)場手動開關，可隨時脫離控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到手動操作模式，而不影響整條生產(chǎn)線的工作，便于設備維護，增進了系統(tǒng)可靠性。
5 結(jié)束語
錦州特肥廠復合肥生產(chǎn)計算機控制系統(tǒng)2000年全面投運，運行穩(wěn)定可靠，大大提高了生產(chǎn)效率，同時使工廠生產(chǎn)、管理都提高到一個新的水平。由于系統(tǒng)已經(jīng)采集了生產(chǎn)線上大量數(shù)據(jù)，如何進行深層次的數(shù)據(jù)挖掘和分析，是一個有意義的新的課題。
參考文獻
[1] 陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用[M]. 北京:清華大學出版社.1999.
[2] 李 棋.工控軟件IFIX在DCS改造中的應用[J]. 華東電力,2003,(.6)
作者簡介
許洪華(1968-) 男 清華大學自動化系控制理論與控制工程在讀碩士,研究方向:現(xiàn)場總線與控制網(wǎng)絡。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
