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1 引言

金化股份公司磷銨廠6萬噸磷酸、12萬噸磷銨采用法國SPECHIM公司的專利設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)，于1998年順利投產(chǎn)，是我國目前在西北建成的最大的磷銨生產(chǎn)基地。磷酸、磷銨控制系統(tǒng)采用美國Honeywell公司的TDC-3000系統(tǒng)，較好地完成了整個工藝的控制要求，特別是在優(yōu)化控制和邏輯控制方面得到了較多的應(yīng)用，由我們編制的磷酸自動給料控制系統(tǒng)得到了專家們的好評。這里就這一復雜系統(tǒng)的設(shè)計、編制、組態(tài)、調(diào)試等作論述。

2 磷酸給料生產(chǎn)工藝簡述

磷酸是由磷礦粉、濃硫酸按一定的比例反應(yīng)生成。磷礦粉和88%的濃硫酸按一定的比例連續(xù)加入反映槽，以確保硫酸的質(zhì)量及原成本的降低。磷礦粉由皮帶輸送機送至緩沖料斗，在料斗中裝有極高、高、低、極低4個料位開關(guān)，由DCS系統(tǒng)進行聯(lián)鎖控制。料斗有2個出料口分別與每個反應(yīng)槽的稱重裝置相接，用來控制進入兩個反應(yīng)槽的磷礦粉的加入量。

來自硫酸灌區(qū)的濃度為88%的濃硫酸被送至磷酸裝置內(nèi)的硫酸貯槽，再用泵分別送入2個反應(yīng)槽，再進入反應(yīng)槽的兩個硫酸管道上分別安裝有一個流量計和一個調(diào)節(jié)閥，用來測量和控制反應(yīng)槽硫酸的加入量。

原料磷礦粉和硫酸按一定的比例被連續(xù)加入到2個反應(yīng)槽，來自過濾工段的回磷酸也被加入反應(yīng)槽中，回磷酸是用來調(diào)節(jié)料漿中P2O5的濃度的。反應(yīng)方程式為:
Ca3(PO4)2+3H2SO4+6H2O=2H3PO4+3CaSO4·2H2O
磷酸反應(yīng)是放熱反應(yīng), 硫酸鈣以二水硫酸鈣的結(jié)晶形式析出, 反應(yīng)槽生成的料漿被送至下一工序過濾機進行過濾。

3 復雜回路在TDC-3000系統(tǒng)上的實現(xiàn)方法

要實現(xiàn)上述復雜控制系統(tǒng)，必須對TDC-3000系統(tǒng)的控制算法要非常熟悉，并且能進行恰當?shù)膽?yīng)用。這個復雜控制系統(tǒng)除了應(yīng)用常規(guī)算法PID和數(shù)據(jù)外最主要的是使用了多重串級控制、比率控制、選擇性控制、數(shù)學模型計算、邏輯控制設(shè)定、手動選擇等多種高級算法，并且是多種算法相互交叉、相互影響，如何合理的應(yīng)用好這些算法是本控制的關(guān)鍵。我們采用了“HILOAVG”算法完成HK-3260控制;用“CALCULTR”算法完成KY-2201、KY-2211、FY-3260等數(shù)學計算;用“RATIOCTL”算法完成HR-2020、FR-2201、UR-3290等比值控制;用“SWITCH”算法完成HA-2201、HB-2201、HD-2201及HA-2211、HB-2211、HD-2211等選擇控制;用“DIGITALCOM”算法HX-2201、HX-2201完成程序選擇控制。順序控制有CL語言編寫，采用“DEVICE CONTROL”算法執(zhí)行。

4 控制算法編程及應(yīng)用效果

上面所述復雜控制是由每一個簡單回路相互連接構(gòu)成的，其中用得最多的是比率控制“RATIOCTL”， 如附圖所示?，F(xiàn)以FR-2201為例介紹的其生成方法。

附圖 比率控制連接圖

附圖中P1為FT-2201(進入一號反應(yīng)槽的硫酸量)，P2為WI-2020(進入一號反應(yīng)槽的磷礦量)，SP1為比率設(shè)定值，SP1為硫酸流量設(shè)定值，OUT為控制器輸出(FY-2201)。
只要我們按照附圖的連接方法將各個參數(shù)連接起來，就構(gòu)成了一個完整的比率控制器，其他控制算法的連接也相同。我們把整個復雜回路的全部連接好以后，就完成了這個復雜回路的組態(tài)工作。
完成這些組態(tài)工作后，我們按照先簡單，后復雜的順序，將直接與調(diào)解閥相連的幾個回路先投入自動運行，當這些回路運行穩(wěn)定后，再一次投入串級調(diào)節(jié)回路、比率調(diào)節(jié)回路、時間設(shè)定回路等，當這些回路都運行良好后，最后投入順序控制回路。

5 結(jié)束語

經(jīng)過長時間的運行，根據(jù)現(xiàn)場考察和歷史數(shù)據(jù)記錄，該復雜回路在一年多的時間里，運行狀況良好，各項工藝參數(shù)都符合設(shè)計要求，為磷酸給料控制提供了一定的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。值得在磷酸行業(yè)推廣和應(yīng)用。

參考文獻
[1] Honeywell. TDC-3000系統(tǒng)操作手冊
[2] 王常力,廖道文. 集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用. 清華大學出版社出版,1993
[3] 化工部第三設(shè)計院. 磷酸磷銨設(shè)計手冊. 1996

作者簡介
劉 偉(1967-) 1991年畢業(yè)于南京化工學院自動化專業(yè)，畢業(yè)以后長期從事儀表、DCS系統(tǒng)的設(shè)計、選型、應(yīng)用和維護工作, 現(xiàn)任金化集團磷銨廠儀表車間主任工程師。