硫酸生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)串酸系統(tǒng)的開發(fā)VIP

1、硫酸生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)串酸系統(tǒng)的開發(fā)李湛摘要：介紹硫酸生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)串酸系統(tǒng)的組成,簡(jiǎn)述了冶煉煙氣制酸條件下，該系統(tǒng)的多變量、時(shí)變、時(shí)滯等特性，并由此采取的控制方式。系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，不斷對(duì)控制方案和參數(shù)進(jìn)行完善，使其更適應(yīng)工藝生產(chǎn)的要求，取得良好的控制效果。關(guān)鍵詞：KMM調(diào)節(jié)器多變量時(shí)滯采樣控制Development of the automatic sulphuric acid connecting system in the process of production Li Zhan(Design Dept,Yunnan Copper Co Ltd Kunming 650102) Abstract

2、The construction of the automatic sulphuric acid connecting system in the process of production is introduced. The suitable control method is taken to adapt to multi variable, time variable and dead time features of the system. The control programme and parameters have been continually improved in o

3、rder to meet the need of production and perfect control effect has been achieved since the system put into operation. Key words KMM regulator; multi variable; dead time; sampling control 在有色冶金SO2煙氣制酸生產(chǎn)過(guò)程中，煙氣的干燥和吸收系統(tǒng)是極其關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。干燥塔循環(huán)酸濃度控制好時(shí)，可以降低煙氣中水分的含量，減少稀酸的生成及由此引起的設(shè)備腐蝕；吸收酸濃度的穩(wěn)定可以提高硫酸產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，降低尾氣的排放

4、量，起到保護(hù)環(huán)境的作用。然而，要使干燥、吸收系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，僅僅通過(guò)手工對(duì)93硫酸槽和98硫酸槽液體的互串，是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槭止ふ{(diào)節(jié)效果的好壞跟操作工的技能、積極性以及工藝系統(tǒng)的各種特性有較大的關(guān)系，加上我廠的生產(chǎn)屬于冶煉煙氣制酸，煙氣SO2濃度的含量波動(dòng)大，這給串酸操作增加了難度。因而，改變我廠干吸工段生產(chǎn)操作落后、工作量大的狀況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)串酸，是我們一直試圖解決的問(wèn)題。1系統(tǒng)組成以前，我們使用過(guò)多種型號(hào)的93硫酸濃度計(jì)，但使用效果均不理想。1996年，我們開始試用上海同濟(jì)大學(xué)超聲波檢測(cè)儀開發(fā)部生產(chǎn)的ND2型93、98硫酸濃度計(jì)。該儀表采用超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)被測(cè)二元液體的濃度進(jìn)行測(cè)定，

5、通過(guò)測(cè)定被測(cè)液體中一定距離上超聲傳播的聲時(shí)、液體的溫度，然后與機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的該液體的濃度、聲時(shí)、溫度關(guān)系進(jìn)行比較，精確確定被測(cè)液體的濃度。由于采用了隨機(jī)地測(cè)量時(shí)間間隔后平均、過(guò)零電平檢測(cè)、測(cè)量聲時(shí)的精測(cè)尾時(shí)方法及提高超聲發(fā)射接收能力等技術(shù)措施，大大提高了測(cè)量的精度。該表測(cè)量精度高達(dá)±0.25，二次儀表可輸出線性的420mA或15V信號(hào)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且性能穩(wěn)定，日常維護(hù)量小。我廠從1996年到目前為止已使用了5臺(tái)，運(yùn)行狀況一直很好。同時(shí)，我們采用了德國(guó)VEGA公司生產(chǎn)的高精度耐腐蝕超聲波液位計(jì)檢測(cè)酸槽液位。這樣，關(guān)鍵的硬件設(shè)備已能達(dá)到控制系統(tǒng)的要求。該系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：兩臺(tái)KMM可編程調(diào)節(jié)

6、器，兩臺(tái)酸濃度計(jì)(93、98各1臺(tái))，1臺(tái)超聲波液位計(jì)(測(cè)量98酸槽液位)，兩臺(tái)串酸隔膜閥，1臺(tái)放酸球閥，1臺(tái)加水電磁閥，兩臺(tái)閥門控制器，以及配套的兩臺(tái)手動(dòng)操作器，1臺(tái)配電器，兩臺(tái)伺服放大器?，F(xiàn)以98硫酸濃度、液位調(diào)節(jié)回路系統(tǒng)為例，介紹系統(tǒng)組成和功能，見圖1。圖198%硫酸濃度、液位系統(tǒng)組成及功能框圖SP1濃度調(diào)節(jié)設(shè)定值；SP2濃度放酸設(shè)定值；SP3液位放酸設(shè)定值；PV1濃度對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)；PV2液位對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)2系統(tǒng)特點(diǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，取決于對(duì)相關(guān)工藝生產(chǎn)系統(tǒng)的特性分析和了解，并由此選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)參數(shù)和方案。該系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程具有多變量、時(shí)變、時(shí)滯的特點(diǎn)，概括為以下幾點(diǎn)。(1)在干燥、吸收

7、的生產(chǎn)過(guò)程中，不僅要考慮93、98酸濃度的平衡，而且還要考慮它們的液位平衡，由此，控制方案必須考慮到酸濃度、酸槽液位及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號(hào)等多種變量的相互關(guān)系。(2)系統(tǒng)負(fù)載(SO2濃度，93、98硫酸濃度)隨時(shí)間變化較大，即具有時(shí)變性，與焙燒硫鐵礦產(chǎn)生的SO2濃度相比較，我們的生產(chǎn)即使在煉銅系統(tǒng)穩(wěn)定的一周期或二周期，SO2濃度的波動(dòng)也較大，從而導(dǎo)致硫酸濃度的不穩(wěn)定。(3)被控制系統(tǒng)滯后較大，即控制機(jī)構(gòu)雖已動(dòng)作，但并不能立即引起被控量的改變。表現(xiàn)在：手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，串濃酸閥全部打開，系統(tǒng)的濃度從93改變至93.5大約需要5min的時(shí)間，這是因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)容量大，當(dāng)某一被控量的平衡被破壞，要達(dá)到新

8、的平衡，需要一定的時(shí)間。3開發(fā)思路針對(duì)以上特點(diǎn)，我們采取了相應(yīng)的解決辦法：(1)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在93、98酸槽液體互串的同時(shí)，當(dāng)兩邊硫酸的濃度值均高于某一規(guī)定值時(shí)，才允許打開加水閥，加水至93酸槽；當(dāng)98酸濃度、酸槽液位均達(dá)到其規(guī)定值時(shí)，開98放酸閥生產(chǎn)98成品酸；當(dāng)酸槽液位低于某一值時(shí)，關(guān)閉放酸閥。另外，因?yàn)樯a(chǎn)系統(tǒng)的兩個(gè)循環(huán)槽容量小，使酸的液位高度難平衡，生產(chǎn)狀況較好和較差時(shí)都偶爾會(huì)使某一酸槽液位超標(biāo)，而這時(shí)又達(dá)不到排放條件，為排除這種不穩(wěn)定性，在兩個(gè)循環(huán)槽溢流管上安裝了一個(gè)平衡閥，這樣，在某一酸槽液位過(guò)高時(shí)，可通過(guò)溢流來(lái)獲得平衡。(2)為克服時(shí)變給控制帶來(lái)的困難，采取了對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行

9、折線和濾波處理，調(diào)節(jié)的各種參數(shù)(如比例、積分、微分等)設(shè)置也較恰當(dāng)。當(dāng)SO2煙氣、濃度、流量不正常時(shí)，如果閥門全開或全關(guān)都不能獲得理想的調(diào)節(jié)效果，為不使執(zhí)行器頻繁地碰撞限位，在調(diào)節(jié)輸出中加入了上、下限幅運(yùn)算功能模塊。(3)對(duì)滯后現(xiàn)象的克服，我們選用采樣調(diào)節(jié)方式，如圖2中的ADD、PWM、SW等模塊組成采樣回路。PWM為脈沖寬度調(diào)制模塊，其輸出接通時(shí)間為采樣時(shí)間，其輸出斷開時(shí)間為保持時(shí)間，采樣時(shí)間加保持時(shí)間的總和(調(diào)節(jié)周期)是由TPAR1決定。而采樣時(shí)間與保持時(shí)間的比值由H1決定。調(diào)試過(guò)程中，要求調(diào)節(jié)周期和采樣時(shí)間可調(diào)，但KMM編程時(shí)又不允許在H1端直接設(shè)為可變參數(shù)。因此，增加ADD模塊，通過(guò)P

10、PAR2可變參數(shù)設(shè)置為0，使ADD模塊的輸出值僅取決于PPAR1和PPAR3的乘積來(lái)達(dá)到上述目的。真正實(shí)現(xiàn)采樣調(diào)節(jié)是通過(guò)SW兩點(diǎn)切換模塊實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)SW的P1端為ON時(shí)，濃度計(jì)檢測(cè)信號(hào)作為調(diào)節(jié)器PID1的PV值進(jìn)行采樣調(diào)節(jié)；當(dāng)SW的P1端為OFF時(shí)，PID1的設(shè)定值信號(hào)同時(shí)作為調(diào)節(jié)器PID1的PV值，從而使調(diào)節(jié)器無(wú)偏差，輸出保持。調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作0.5min，然后保持現(xiàn)有狀態(tài)，2min后又開始下一個(gè)0.5min的調(diào)節(jié)，這樣，使系統(tǒng)有一個(gè)平衡的時(shí)間，既反映了系統(tǒng)的真實(shí)狀況，又避免了設(shè)備的頻繁動(dòng)作。綜上所述，我們采用了采樣PID控制，輸出模擬信號(hào)AO1，經(jīng)上下限幅，控制串酸閥門。通過(guò)與門輸出數(shù)字信號(hào)DO1控制放酸閥門控制器及放水閥門控制器。見圖2。圖2硫酸濃度、液位調(diào)節(jié)模塊組態(tài)圖HLM、LLM高、低值限幅模塊；HMS高值監(jiān)視模塊；MAN手