第九講無水氯化鎂生產過程的控制系統(tǒng)設計

1、 孟范偉2015年04月09日鎂鎂鎂是最輕的結構金屬材料鎂是最輕的結構金屬材料具有具有高比強度高比強度、高比剛度高比剛度、高阻尼減振性以及良好電磁屏蔽等多項優(yōu)異性能、高阻尼減振性以及良好電磁屏蔽等多項優(yōu)異性能廣泛應用于航空航天、汽車等交通工具以及電子通信領域廣泛應用于航空航天、汽車等交通工具以及電子通信領域 具有比較強的還原性，具有比較強的還原性，能與沸水反應放出氫氣能與沸水反應放出氫氣，極易溶解于有機和無機酸，極易溶解于有機和無機酸中，中，鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合。但和鹵代烴在無水的條件下反應卻。但和鹵代烴在無水的條件下反應卻較為劇烈，鎂能和二氧化碳發(fā)生較為劇

2、烈，鎂能和二氧化碳發(fā)生燃燒反應燃燒反應，因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅，因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅火器滅火。鎂由于能和火器滅火。鎂由于能和N和和O反應，所以鎂在空氣中燃燒時，劇烈燃燒反應，所以鎂在空氣中燃燒時，劇烈燃燒發(fā)出耀眼白光，放熱，生成白色固體。在食醋中的變化為快速冒出氣泡，發(fā)出耀眼白光，放熱，生成白色固體。在食醋中的變化為快速冒出氣泡，浮在醋液面上，逐漸消失。一些煙花和照明彈里都含有鎂粉，就是利用了浮在醋液面上，逐漸消失。一些煙花和照明彈里都含有鎂粉，就是利用了鎂在空氣中燃燒能發(fā)出耀眼的白光的性質。鎂在空氣中燃燒能發(fā)出耀眼的白光的性質?；瘜W性質化學性質氯化鎂：工業(yè)上用于生產鎂的原料氯化鎂：

3、工業(yè)上用于生產鎂的原料常態(tài)下存在形式：常態(tài)下存在形式：MgCl2 6H2O，俗稱水氯鎂石。易溶于水和酒精，俗稱水氯鎂石。易溶于水和酒精MgCl2MgCl2 6H2O脫脫4分子水，生成低水合氯化鎂分子水，生成低水合氯化鎂簡單加熱簡單加熱直接加熱直接加熱水解副反應水解副反應MgO一、工藝流程一、工藝流程反應結晶偶和脫水反應結晶偶和脫水工藝流程簡圖工藝流程簡圖吸吸收收塔塔LS離心機離心機精精溜溜塔塔煅燒爐煅燒爐固體去除固體去除LS溶解槽溶解槽水氯鎂石水氯鎂石結結晶晶器器產品產品液氨液氨濾液濾液水及雜質水及雜質溶溶劑劑溶溶劑劑洗滌液洗滌液氮氣與氨氣氮氣與氨氣氮氣氮氣P102P106冷卻水冷卻水P114

4、蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽調節(jié)閥調節(jié)閥無水氯化鎂工藝流程（反應結晶偶和脫水）無水氯化鎂工藝流程（反應結晶偶和脫水）低碳混合醇低碳混合醇40度下度下反應結晶反應結晶有機溶劑有機溶劑離心分離得離心分離得MgCl2 6NH3壓力控制壓力控制溫度控制溫度控制壓力控制壓力控制邏輯控制系統(tǒng)邏輯控制系統(tǒng)：根據(jù)外界輸入的特定信號和某種要求，自動地接通或者斷：根據(jù)外界輸入的特定信號和某種要求，自動地接通或者斷開電路，斷續(xù)地或者連續(xù)地改變電路參數(shù)或運行狀態(tài)，實現(xiàn)對電路或非電開電路，斷續(xù)地或者連續(xù)地改變電路參數(shù)或運行狀態(tài)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、調節(jié)和保護的一種自動控制電路。對象的切換、控制、調節(jié)和保護的一種自動控

5、制電路。過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)：是以表征生產過程的參數(shù)為被控制量使之接近給定值或保：是以表征生產過程的參數(shù)為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內的自動控制系統(tǒng)。通過對過程參數(shù)的控制，可使生產過程持在給定范圍內的自動控制系統(tǒng)。通過對過程參數(shù)的控制，可使生產過程中產品的產量增加、質量提高和能耗減少。中產品的產量增加、質量提高和能耗減少。數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)：簡稱數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)：簡稱數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系

6、統(tǒng)。機系統(tǒng)。電梯控制系統(tǒng)設計成敗的關鍵電梯控制系統(tǒng)設計成敗的關鍵-系統(tǒng)總體控制方案系統(tǒng)總體控制方案系統(tǒng)充分調研基礎之上進行的系統(tǒng)充分調研基礎之上進行的控控制制要要求求技技術術指指標標現(xiàn)現(xiàn)場場調調研研理論與數(shù)據(jù)支持理論與數(shù)據(jù)支持二、控制要求二、控制要求系統(tǒng)方案的選擇是在對系統(tǒng)充分調研的基礎上進行的。系統(tǒng)方案的選擇是在對系統(tǒng)充分調研的基礎上進行的。調研內容：調研內容：（1）用戶對系統(tǒng)的功能要求，常說的工藝要求？）用戶對系統(tǒng)的功能要求，常說的工藝要求？（2）系統(tǒng)技術指標要求？）系統(tǒng)技術指標要求？（3）系統(tǒng)應用的現(xiàn)場信息：工業(yè)現(xiàn)場分布情況、控制方式）系統(tǒng)應用的現(xiàn)場信息：工業(yè)現(xiàn)場分布情況、控制方式（4）

7、現(xiàn)場環(huán)境：電磁干擾、溫度、安裝空間等）現(xiàn)場環(huán)境：電磁干擾、溫度、安裝空間等正常工業(yè)控制系統(tǒng)參考（正常工業(yè)控制系統(tǒng)參考（1）（）（2）（）（3）三個方面來確定系）三個方面來確定系統(tǒng)的功能，如統(tǒng)的功能，如（1）系統(tǒng)能實現(xiàn)工藝所要求的控制功能；（系統(tǒng)能實現(xiàn)工藝所要求的控制功能；（2）系統(tǒng)主要）系統(tǒng)主要設備能通過網絡遠程監(jiān)控；（設備能通過網絡遠程監(jiān)控；（3）故障警報功能；（）故障警報功能；（4）數(shù)）數(shù)據(jù)處理、報表打印功能等。據(jù)處理、報表打印功能等。無水氯化鎂有三點特殊要求：無水氯化鎂有三點特殊要求：（1）指定區(qū)域內的控制設備必須具有防爆特性）指定區(qū)域內的控制設備必須具有防爆特性；為什么？；為什么？（2

8、）對溫度、流量、液位等過程量要求很高的控制精度；）對溫度、流量、液位等過程量要求很高的控制精度；（3）現(xiàn)場環(huán)境對設備和系統(tǒng)的可靠性提出了嚴格要求。）現(xiàn)場環(huán)境對設備和系統(tǒng)的可靠性提出了嚴格要求。根據(jù)生產過程的原理，選擇根據(jù)生產過程的原理，選擇控制參數(shù)控制參數(shù)：控制控制P102和和P106兩個泵的轉速來控制結晶器兩個液體流量，兩個泵的轉速來控制結晶器兩個液體流量，P114控制冷水流速，實現(xiàn)溫度控制控制冷水流速，實現(xiàn)溫度控制吸收塔和精餾塔蒸汽閥的開啟度控制壓力吸收塔和精餾塔蒸汽閥的開啟度控制壓力一、系統(tǒng)設計流程：圖一、系統(tǒng)設計流程：圖4.2系統(tǒng)調研與分析系統(tǒng)總體控制方案設計系統(tǒng)可靠性設計與可行性分析

9、系統(tǒng)硬件設計控制柜設計PLC程序設計現(xiàn)場施工系統(tǒng)安裝、調試交付使用二、控制方案設計：遵循的原則二、控制方案設計：遵循的原則滿足要求、安全可靠、經濟適用、適應發(fā)展?jié)M足要求、安全可靠、經濟適用、適應發(fā)展三、系統(tǒng)可靠性設計三、系統(tǒng)可靠性設計冗余技術：兩個冗余技術：兩個CPUControlLogix平臺：生產者平臺：生產者/消費者消費者 模式模式本安防爆：原理、措施有三個本安防爆：原理、措施有三個良好的電源設計良好的電源設計變頻器的用處：抑制浪涌電壓和高次諧波電流變頻器的用處：抑制浪涌電壓和高次諧波電流輸入輸出抗擾：數(shù)字信號用硬件光電隔離，模擬信號用軟件濾波輸入輸出抗擾：數(shù)字信號用硬件光電隔離，模擬信

10、號用軟件濾波電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負載或大電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負載或大型負載時常常會產生很高的操作過電壓，這型負載時常常會產生很高的操作過電壓，這種瞬時過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓種瞬時過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓（或浪涌電流），是一種瞬變干擾。（或浪涌電流），是一種瞬變干擾。一、硬件設計一、硬件設計BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危險危險區(qū)域區(qū)域安全安全區(qū)域區(qū)域上位機上位機CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模塊模塊1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPower

11、Monitor1SMC2E321DSA13PowerFlex70020危險區(qū)域危險區(qū)域安全區(qū)域安全區(qū)域防爆電機防爆電機普通電機普通電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機帶有雙帶有雙CPU的的ControlLogix框架框架上位機上位機防爆系統(tǒng)防爆系統(tǒng)冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)Rsview32監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)E34傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)ControlLogix平臺采用了平臺采用了生產者生產者/消費者消費者通信模式通信模式類似與點對點傳送，又略有不同，一個生產者可類似與點對點傳送，又略有不同，一個生產者可以對應以對應N個消費者，但是一個消費者只能對應一個個消費者，但是一個消費者只能對應一個生產者，每

12、個生產者消費者對應一個地址，占一生產者，每個生產者消費者對應一個地址，占一個網絡節(jié)點。三個特點：個網絡節(jié)點。三個特點：88頁頁網絡功能劃分：兩個優(yōu)點網絡功能劃分：兩個優(yōu)點1、傳感器及變送器選型、傳感器及變送器選型傳感器傳感器（英文名稱：（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝）是一種檢測裝置，置，能感受到被測量的信息能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。息的傳輸、處理、存儲、顯示、

13、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。變送器：變送器：把傳感器的輸出信號轉變?yōu)榭杀豢刂破髯R別的信號把傳感器的輸出信號轉變?yōu)榭杀豢刂破髯R別的信號（或將傳感器輸入的非電量轉換成電信號同時放大以便供遠方（或將傳感器輸入的非電量轉換成電信號同時放大以便供遠方測量和控制的信號源）的轉換器測量和控制的信號源）的轉換器二、設備選型二、設備選型壓力、液位傳感器及變送器壓力、液位傳感器及變送器溫度傳感器溫度傳感器流量傳感器及變送器選擇流量傳感器及變送器選擇2、顯示儀表選型、顯示儀表選型主要用于顯示壓力、溫度、液位、流量等數(shù)值主要用于顯示壓力、溫度、液位、流

14、量等數(shù)值3、執(zhí)行機構選型、執(zhí)行機構選型BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危險危險區(qū)域區(qū)域安全安全區(qū)域區(qū)域上位機上位機CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模塊模塊1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPowerMonitor1SMC2E321DSA13PowerFlex70020危險區(qū)域危險區(qū)域安全區(qū)域安全區(qū)域防爆電機防爆電機普通電機普通電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機帶有雙帶有雙CPU的的ControlLogix框架框架上位機上位機防爆系統(tǒng)防爆系統(tǒng)冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)Rsv

15、iew32監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)E34傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)防爆電機：防爆電機：是一種可以在易燃易爆廠所使用的一種電機，是一種可以在易燃易爆廠所使用的一種電機，運行時不產生電火花。運行時不產生電火花。93頁頁軟起軟起動器動器變頻器變頻器軟起動器是一種集電機軟起動、軟軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置。一體的新穎電機控制裝置。93頁頁智能智能繼電器繼電器當達到它的工作電壓就可以導通當達到它的工作電壓就可以導通電路，否則就起阻斷作用，一般電路，否則就起阻斷作用，一般用于智能照明開關。一般用于安用于智能照明開關。一般用于安全，可以遠距

16、離控制。全，可以遠距離控制。99頁頁智能智能繼電器繼電器電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會吸引到哪邊，然后通過控制閥體的移動來檔住或通電閥體就會吸引到哪邊，然后通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又會帶動同的排油管，通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又會帶動活塞

17、桿，活塞桿帶動機械裝置動。活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動通斷就控制了機械運動。電磁閥：電磁閥：通電線圈驅動，就是開和關兩個作用，快開和快關。通電線圈驅動，就是開和關兩個作用，快開和快關。電動閥：電動閥：電機驅動，開度可以控制電機驅動，開度可以控制熱電偶熱電偶是根據(jù)熱電效應測量溫度的傳感器，是溫度測量儀表是根據(jù)熱電效應測量溫度的傳感器，是溫度測量儀表中常用的測溫元件。中常用的測溫元件。熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。是測量精度高，性能

18、穩(wěn)定。4、PLC，I/O模塊及相關網絡設備模塊及相關網絡設備PLC：CPU個數(shù)和位數(shù)，存儲容量個數(shù)和位數(shù)，存儲容量I/O模塊：輸入輸出節(jié)點個數(shù)，模塊：輸入輸出節(jié)點個數(shù)，DI、DO、AI、AO與傳感器配套的模塊：熱電偶、熱電阻與傳感器配套的模塊：熱電偶、熱電阻BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危險危險區(qū)域區(qū)域安全安全區(qū)域區(qū)域上位機上位機CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模塊模塊1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPowerMonitor1SMC2E321DSA13PowerFlex700

19、20危險區(qū)域危險區(qū)域安全區(qū)域安全區(qū)域防爆電機防爆電機普通電機普通電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機帶有雙帶有雙CPU的的ControlLogix框架框架上位機上位機防爆系統(tǒng)防爆系統(tǒng)冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)Rsview32監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)E34傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)網絡掃描模塊網絡掃描模塊防爆模塊防爆模塊防爆通信模塊防爆通信模塊帶有冗余電源模塊的帶有冗余電源模塊的PLC框架框架網絡適配器：網卡，功能很多，網絡適配器：網卡，功能很多，比如說流量控制；比如說流量控制；一、信號的性質，熱電阻本身是電阻，溫度的變化，使電阻一、信號的性質，熱電阻本身是電阻，溫度的變化，使電阻產生正的或者是負的產生正的

20、或者是負的阻值變化阻值變化；而熱電偶，是產生；而熱電偶，是產生感應電壓感應電壓的變化的變化，他隨溫度的改變而改變。，他隨溫度的改變而改變。二、兩種傳感器檢測的溫度范圍不一樣，熱電阻一般檢測二、兩種傳感器檢測的溫度范圍不一樣，熱電阻一般檢測0-150度溫度范圍，最高測量范圍可達度溫度范圍，最高測量范圍可達600度左右（當然可以度左右（當然可以檢測負溫度）。熱電偶可檢測檢測負溫度）。熱電偶可檢測0-1000度的溫度范圍（甚至度的溫度范圍（甚至更高）所以，前者是低溫檢測，后者是高溫檢測。更高）所以，前者是低溫檢測，后者是高溫檢測。熱電偶和熱電阻熱電偶和熱電阻三、從材料上分，熱阻是一種金屬材料，具有溫

21、度敏感變化三、從材料上分，熱阻是一種金屬材料，具有溫度敏感變化的金屬材料，熱電偶是雙金屬材料，既兩種不同的金屬，由的金屬材料，熱電偶是雙金屬材料，既兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個不同金屬絲的兩端產生電勢差。于溫度的變化，在兩個不同金屬絲的兩端產生電勢差。BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危險危險區(qū)域區(qū)域安全安全區(qū)域區(qū)域上位機上位機CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模塊模塊1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPowerMonitor1SMC2E321DSA13PowerFlex70020危險區(qū)域危險區(qū)域安全區(qū)域安全區(qū)域防爆電機防爆電機普通電機普通電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機防爆電機帶有雙帶有雙CPU的的ControlLogix框架框架上位機上位機防爆系統(tǒng)防爆系統(tǒng)冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)Rsview3