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某化工项目中自动灌装系统的设计浅析

来源:化工时刊 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-06-13
作者:网站采编
关键词:
摘要:随着我国经济快速发展,化工项目日益增多,对化工生产的产能及生产装置的自动化水平要求也逐年提高。很多化工企业提出了仪表计量及控制系统升级的要求。但受到资金和生产的制

随着我国经济快速发展,化工项目日益增多,对化工生产的产能及生产装置的自动化水平要求也逐年提高。很多化工企业提出了仪表计量及控制系统升级的要求。但受到资金和生产的制约,企业往往会倾向于对局部工艺工段的区域性改造,这对设计方的专业性、针对性、细节考虑等均提出了要求。

本文以某化工项目中对称重系统的自动化改造为例,从设计思路和实际方案两方面进行阐述。

1 项目情况

上海某化工厂根据生产需要,计划对某加料区域进行升级改造,将原有的手动灌装改为自动化灌装。为此,需要设计一套自动化加料方案。

原厂加料区未设计自动化系统,为手动加料灌装。在实际操作过程中,由于配料人员能力不足、环境干扰、加料时注意力不集中等原因,加之配方变化,涉及配料种类众多,时常会发生配料错误,影响产品质量,产生严重后果。为此,业主提出以下需求:设置一套独立的自动化称重系统,并与全厂主生产控制系统进行联网。通过预设的不同配方,自动完成不同原料的灌装及计量。

2 技术分析

配料:根据生产或反应需要,将两种或两种以上的原料经由一定的比例进行配置的过程。

称重:常规由秤体/称重传感器(设置于现场)、称重变送单元(设置于控制箱)、分析控制单元(设置于控制室)组成。对加料系统送来的原料,由现场的称重检测元件进行计量,并将重量原始信号输送至称重变送单元,由变送单元将其转换为标准通讯信号后,送至控制室内的分析控制单元,进行记录、存储、分析等。

3 解决方案

精细化工具有批量运行、多生产线、多产品品种等特点,根据GB —2020《精细化工企业工程设计防火标准》“5.8 过程检测及制动控制”之要求,在操作方式上需要现场监控与控制室集中监控相结合。为了能更有效、安全、合理地配置过程监控系统,可优先考虑采用可编程控制器、数据通信网络、一体化触摸屏等产品技术[1]。根据工厂生产的特点及需要,确定需要监控的工艺参数,设置相应的仪表与自动控制系统。

本次改造的自动化加料系统,主要包括加料管路、压缩空气管路、控制系统、现场仪表及阀门等。储罐/原料容器、计量泵、加料流量记录(质量流量计)等均属原有设备。

设置一套小型可编程逻辑控制系统(PLC)及配套一体化触摸屏(HMI 人机界面),称重区域设置现场防爆操作箱、称重仪表和自动阀(灌装阀,管道上安装)等。

PLC 称重控制系统主机安装在现场安全区(现场控制室),现场的防爆称重仪表通过Profibus-DP 通讯方式将称重数据实时发送给安全区的PLC 控制器。操作人员通过控制室的人机界面,通过菜单式操作设定灌装配方和批次灌装的目标量,当称重值达到目标量时,系统停止灌装。并能通过现场的指示灯告知操作人员,灌装完成。称重控制系统也可经由以太网通讯协议与厂区的主PLC 进行通讯,接收主PLC 的加料要求。根据获取称重数据的反馈信号,通过灌装阀实现加料的闭环控制。相关加料系统的控制框图见图1。

图1 加料系统的控制框图

通过控制系统判断尾料状态,在尾料加料过程中,调节加料阀开度,使加料量按一定比率,由正常加料设定值逐渐减少至零加料,确保尾料阶段加料的均匀度。

控制主机接受阀门开度、加料泵的状态反馈,当出现故障状态时,停止加料并现场报警。

现场设备均采用防爆设计,满足ExIIBT4 防爆等级要求。

3.1 控制系统概述

称重控制系统主机安装在安全区,采用威图标准机柜。控制柜由电源装置、断路器、PLC、接线端子排、继电器等组成,是整个控制系统的核心部件。

PLC 选用西门子SIMATIC S7-1200 系列。该系列PLC 是西门子公司新一代产品,属于面向简单而高精确度自动化任务的PLC。具有模块化、结构紧凑、功能全面、高可靠性等特点,适用于多种应用场合。此PLC 同时具有集成PROFINET 接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性等特点,为各种工艺任务提供了简单通讯和有效的解决方案,尤其满足多种应用中完全不同的自动化需要。

PLC 采用Profibus-DP 通讯方式与称重仪表进行通讯,使PLC 可以实时检测当前称重数据,并在人机界面上进行显示。在启动灌装后,PLC 可以实时将当前称重值与设定目标值进行比较,当重量达到设定值时,灌装结束,关闭灌装阀门,灌装完成,指示灯亮。

文章来源:《化工时刊》 网址: http://www.hgskzz.cn/qikandaodu/2021/0613/1278.html



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