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本文對化工系統(tǒng)原料（復合肥）的儲運和配料的自動化配料控制器、狀態(tài)檢測及故障診斷報警系統(tǒng)、實時動態(tài)稱重配料控制系統(tǒng)、料位檢測技術、自動控制定位的可逆配料設備、卸料裝置、物料排堵新工藝等進行了研究, 成果應用到大慶工程中, 效果良好, 達到國際同類系統(tǒng)的先進水平。
1　研究目標、內(nèi)容及指標
111　研究目標及內(nèi)容
本項目的研究目標是全面完成大慶石油化工總廠30萬t/a復合肥裝置儲運系統(tǒng)、自動配料系統(tǒng)項目合同規(guī)定的內(nèi)容, 研究開發(fā)適合化工系統(tǒng)的機電一體化系統(tǒng)、自動控制器、實時監(jiān)控報警系統(tǒng), 技術水平達到國內(nèi)領先, 替代進口。
本項目物料儲運、配料控制系統(tǒng)集機、電、儀、信息技術于一體, 涉及物料自動搬運 (自動輸送) 與儲存、信息自動識別、數(shù)據(jù)采集與通訊、實時監(jiān)控、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)仿真等多種技術及設備, 是自動化、信息化、智能化的成套系統(tǒng)。其主要功能是根據(jù)各種不同生產(chǎn)工藝的要求, 準確自動地實現(xiàn)氮磷鉀3種基礎原料及填料的儲運、裝卸、輸送、存儲、配料、混料和造粒等工藝過程。主體設備為各種粉體工程設備和自動化控制與計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)。
為了達到預期目標, 需就如下幾方面進行研究:
(1) 系統(tǒng)設備配置的優(yōu)化設計;
(2) 自動化控制器的研究;
(3) 實時狀態(tài)檢測及故障診斷報警系統(tǒng)研究; 
(4) 化工物料漏斗堵塞問題的研究;
(5) 適合化工物料料位檢測設備的合理選取;
(6)成品料輸送過程中, 降低成品料的破損率的研究;
(7) 研制合理設備, 提高料庫容量的利用率, 降底粉塵污染。
112　技術指標
(1) 系統(tǒng)生產(chǎn)能力原料上料系統(tǒng):80t/h; 復合肥（尿素）上料系統(tǒng):80t/h; 原料配料部分:20t/h(每臺給料機); 成品至散料庫部分:70t/h; 成品至包裝樓部分:135t/h。
(2) 稱量精度給料機配料精度:015%; 皮帶秤計量精度:015%。
(3) 自動化監(jiān)控系統(tǒng)操作方式為現(xiàn)場手動操作、DCS系統(tǒng)遠程單動操作和DCS系統(tǒng)遠程順控操作3種方式; 實現(xiàn)實時狀態(tài)檢測及故障診斷報警。
2　儲運和配料技術研究
大慶石油化工總廠30萬t/a高濃度復合肥裝置是國家重大項目,NPK復合肥生產(chǎn)工藝采用法國K-T公司的先進技術, 我所承擔了原料儲運和配料2大系統(tǒng)。
211　儲運系統(tǒng)和配料控制器組成 
21111　儲運系統(tǒng)儲運系統(tǒng)包括原料運輸系統(tǒng)、NPK成品輸送系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)。原料運輸系統(tǒng)是將氯化
(7)鉀、磷酸一氨、重鈣和填料等原料, 通過拆包經(jīng)刮板輸送機上料至散料庫。NPK成品輸送系統(tǒng)是將由NPK車間生產(chǎn)出的成品輸送到成品散料倉庫以及由成品散料倉庫輸送到成品包裝樓。除塵系統(tǒng)主要是消除原料拆包及上料系統(tǒng)各部分粉塵, 改善工作環(huán)境。
21112　配料控制器包括原料上料系統(tǒng)、配料控制器系統(tǒng)及尿素輸送系統(tǒng)。原料上料系統(tǒng)把氯化鉀、磷酸一氨、重鈣和填料等由帶式輸送機輸送到NPK裝置界區(qū)內(nèi), 進行篩分、破碎后, 由提升機及旋轉(zhuǎn)分料器分別輸送到各原料儲料倉儲存。原料配料控制器的料倉下均安裝料倉出料定量給料機, 通過膠帶調(diào)速, 根據(jù)不同配方所需流量準確地將物料加入到混料帶式輸送機中進入下道工序。
復合肥（尿素）系統(tǒng)包括尿素上料系統(tǒng)和尿素配料控制器。尿素上料在廠房內(nèi)進行拆包、上料, 由埋刮板輸送機、斗提機和三通閥門分別送至尿素儲料倉儲存。尿素儲料倉下均安裝有慣性振動給料斗、手動閘扳閥和氣動閘扳閥。通過慣性振動給料斗加料到帶有電子皮帶秤的帶式輸送機上, 進行實時在線計量, 再通過四通漏斗按照需要進入不同的尿素溶解槽中。
21113　儲運、化肥配料的電氣系統(tǒng)
由硬件與軟件2部分組成。
系統(tǒng)硬件:
(1) 工控機采用西門子 PCIL40P4系列工業(yè)控制計算機,用于系統(tǒng)監(jiān)控管理。
(2) 可編程控制器采用西門子S7300系列PLC, 完成對執(zhí)行機構(gòu)的控制。
(3) 定量給料機及電子皮帶秤采用 ICS-DT-5A稱重控制儀, 完成所配物料的稱重與控制。
系統(tǒng)軟件:
(1) 組態(tài)軟件 (系統(tǒng)監(jiān)控管理軟件) 　主要完成系統(tǒng)全自動運行下的工藝流程及外圍設備運行狀態(tài)的監(jiān)控管理, 并編譯輸出各種原料用量的日、月、年管理報表。
(2) 通信軟件　完成稱重配料控制儀表、PLC、工控機及DCS系統(tǒng)之間的信息交流。
(3) 可編程控制器執(zhí)行軟件　根據(jù)工藝要求, 完成對執(zhí)行機構(gòu)的動作控制。

21114　儲運、配料的監(jiān)控管理系統(tǒng)該監(jiān)控管理系統(tǒng)在計算機畫面上顯示各個設備的運行狀態(tài)、故障信息及配方輸入和生產(chǎn)報表管理。
(1) 儲運系統(tǒng)計算機畫面分為“儲運上料”、“儲運堆料”、“成品堆料”和“成品出庫”4個畫面。在各個分畫面里, 點擊相關按鈕可以進入其他儲運分畫面。也可按“配料”等配料控制器畫面按鈕進入配料系統(tǒng)監(jiān)控畫面。按“報表”按鈕可以進入“儲運及配料控制系統(tǒng)報表”分畫面。
(2) 配料控制器畫面分為“配料”、“原料上料”、“尿素”、“設備連動設置”和“配方管理”幾個部分。其中配方管理又分為按K-T公式計算配方和“手動配方”2部分。

212　控制系統(tǒng)主要功能 
(1) 上位機監(jiān)控管理
生產(chǎn)配方的計算、儲存及發(fā)送; 生產(chǎn)報表的生成及打印; 設備報警信息的管理; 設備運行狀況的監(jiān)控。
(2) 料位測量及報警
采用纜式導向微波物位計對料倉料位進行連續(xù)測量; 每只料倉可設置低料位、高料位及高高料位3個報警點。
(3) 通訊方式PLC與DCS
系統(tǒng)通過MODEBUS 進行通訊;PLC與上位機通過PROFIBUS進行通訊; 上位機與給料機儀表及皮帶秤儀表通過RS485接口進行通訊。213　項目特點(1) 規(guī)模大項目總投資115億元, 原料儲運、配料和電氣系統(tǒng)及監(jiān)控管理系統(tǒng)總合同額847萬元。工藝復雜、技術難度大NPK生產(chǎn)采用法國K-T公司的先進工藝, 工藝復雜, 所涉及的設備種類、品種多, 技術難度大。
(3) 自動化控制程度高
采用DCS對原料儲運、配料控制器進行自動控制, 隨時觀測各料倉的時實模擬料位狀況、系統(tǒng)各設備工作狀態(tài)及其報警, 對定量給料機配料量進行自動控制及調(diào)節(jié), 并進行計量、統(tǒng)計, 形成報表,通過打印機打出。
(4) 制造精度、配料精度高 
定量給料機及電子皮帶秤的稱重精度為015%。
3　自動配料技術創(chuàng)新及成果
(1) 自動控制定位的可逆配料設備通過研發(fā)并采用自動控制定位的可逆配料設備, 變化不同卸料位置來提高成品庫的利用率, 減少成品庫的占地面積, 節(jié)約了成本。
(2)“之”字形卸料裝置成品產(chǎn)品品質(zhì)的好壞, 與成品的破損率有很大關系。在成品料輸送過程中首次采用網(wǎng)格“之”字形卸料裝置以降低成品料的流速, 同時大大減小了成品料的跌落高度與沖擊力, 降低了成品料的破損率。
(3) 自動化控制、狀態(tài)檢測及故障診斷報警系統(tǒng)在PLC系統(tǒng)及組態(tài)軟件基礎上開發(fā)了工程應用軟件, 由監(jiān)控機隨時觀察各料倉的時實模擬料位狀況、系統(tǒng)各設備動作狀態(tài)及其監(jiān)控報警, 對定量給料機配料量進行自動控制及調(diào)節(jié), 并進行稱重、統(tǒng)計, 形成報表, 通過打印機打出。
(4) 纜式導向微波物位計首次在化工復合肥行業(yè)采用纜式導向微波物位計, 很好地解決了昔日采用其他料位計因粉塵、潮解等因素對信號測量的影響, 完成動態(tài)監(jiān)測原料倉高、中、低料位的功能。
(5) 采用新工藝, 解決物料堵料問題物料堵料對于任何工程都是一件頭疼的事。本項目采用慣性振動給料斗與空氣炮清堵裝置、流化裝置的有機結(jié)合新工藝, 解決了化工行業(yè)原料料倉粘性物料的堵料問題。
(6) 降低粉塵污染, 改善工作環(huán)境為了減少物料下落時飛濺產(chǎn)生的粉塵, 首次在輸送設備出料處設置自動變角卸料裝置。該卸料裝置可根據(jù)料堆高度的具體情況, 自動調(diào)整卸料角度, 降低卸料高度, 以達到降低粉塵的目的, 同時又在卸料口處配設除塵器除塵, 改善工作環(huán)境。
4　結(jié)束語
復合肥儲運系統(tǒng)和配料控制器從投入運行至今, 已安全運行1年多, 使用表明, 配料控制系統(tǒng)設計合理, 運行安全可靠, 自動化程度高, 操作方便, 完全達到設計要求, 收到較好的經(jīng)濟效益。該系統(tǒng)及關鍵設備研制成功并推廣應用后, 完全可以替代進口, 為國家節(jié)省大量建設資金和外匯。隨著該項目成果的進一步推廣, 應用領域的擴大, 將使我國散料輸送技術的發(fā)展與國際接軌。該項目取得的成果亦可應用在礦山、鋼鐵、建材、港口碼頭等領域。

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