自動(dòng)化技術(shù)在鉀肥生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢探索

任斌(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

在目前科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，自動(dòng)化技術(shù)逐漸得到了推廣普及，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)也使得生產(chǎn)效率與質(zhì)量得到明顯提升。鉀肥的生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，自動(dòng)化技術(shù)能夠在鉀肥生產(chǎn)的許多環(huán)節(jié)得到有效應(yīng)用，同時(shí)也具有良好的發(fā)展前景。

1 自動(dòng)化技術(shù)及其在鉀肥生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢

自動(dòng)化技術(shù)是一門具有很強(qiáng)綜合性的技術(shù)，其中計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制理論是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。此外還和系統(tǒng)工程、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)等都有著十分密切的關(guān)系。鉀肥的生產(chǎn)過程中，要同時(shí)運(yùn)用化學(xué)處理與物理處理兩種方式，具體包括采集原料、運(yùn)輸、加工、過濾和結(jié)晶等處理步驟，在質(zhì)量上具有較高的控制標(biāo)準(zhǔn)，比如制作無氯鉀肥時(shí)，需要將氯化鉀含量控制在45%～50%，硫含量控制在18%[1]。目前包括曼海姆法在內(nèi)的生產(chǎn)工藝能夠達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，但成本相對較高。在目前的發(fā)展趨勢下，自動(dòng)化技術(shù)在鉀肥生產(chǎn)中得到了很高的重視程度，通過自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，使鉀肥的生產(chǎn)表現(xiàn)出以下兩方面發(fā)展趨勢。

1.1 智能化趨勢

自動(dòng)化技術(shù)在鉀肥生產(chǎn)中的運(yùn)用，使生產(chǎn)過程逐漸趨向于智能化，比如可以將智能馬達(dá)控制系統(tǒng)應(yīng)用于鉀肥生產(chǎn)。運(yùn)用智能化生產(chǎn)技術(shù)，能夠使系統(tǒng)的自我保護(hù)、自我診斷能力得到加強(qiáng)，可以通過對網(wǎng)絡(luò)的控制，有效管理鉀肥的生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且還能夠起到降低成本的作用。

1.2 集成化趨勢

通過對控制系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，采用統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，能夠保證各個(gè)子系統(tǒng)在操作方式上具有一致性，促進(jìn)鉀肥生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。同時(shí)還可以節(jié)省成本與人力資源的應(yīng)用，促進(jìn)生產(chǎn)流程的簡化。

2 自動(dòng)化技術(shù)在鉀肥生產(chǎn)中的應(yīng)用

鉀肥在生產(chǎn)工藝上，首先需要通過水采船進(jìn)行原礦的采集，隨后將采集的礦料運(yùn)至泵站，而后運(yùn)送到工廠，在工廠對上述原料進(jìn)行加工，其中包括浮選、結(jié)晶、調(diào)漿與加入化學(xué)藥品等步驟，最終經(jīng)過包裝后生產(chǎn)出氯化鉀成品。在鉀肥的實(shí)際生產(chǎn)過程中，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用取得了良好成效，在不同的生產(chǎn)步驟都能夠得到有效應(yīng)用，以下介紹一種在鉀肥生產(chǎn)中運(yùn)用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用于鉀肥生產(chǎn)過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對于全廠的自動(dòng)化控制。在近百平方公里的范圍內(nèi)，分布有水采船與各級泵站，并且依靠通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)的主要部分可以分為中心控制室、變電站和水采機(jī)系統(tǒng)等。在該系統(tǒng)當(dāng)中，中心控制室為核心部分，在這一部分當(dāng)中，具有操作員站、工程師站和無線電臺(tái)。其中操作員站能夠?qū)ο到y(tǒng)當(dāng)中每個(gè)部分的運(yùn)行情況進(jìn)行操作，工程師站的作用為進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)管理，二者都能夠利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與變電站、水采機(jī)的通信。在中心控制室當(dāng)中還包括可編程序控制器系統(tǒng)，對工廠內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行有效控制。

2.2 變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)

變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中具體包含110kV、35kV與10kV變電所，同時(shí)還具有操作員站與工程師站各一臺(tái)。利用可編程序控制器系統(tǒng)監(jiān)控3個(gè)變電所，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)與中心控制室進(jìn)行通信。該系統(tǒng)具備自動(dòng)化的保護(hù)功能。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，變電站系統(tǒng)具體通過可編程序控制器，對于高低壓開關(guān)柜起到控制作用。并運(yùn)用 PM3000電力監(jiān)控模塊，以及DSA輸入輸出控制模塊控制其中的各個(gè)變電所[2]。其中，35kV/10kV主變壓器的輸入方式為三相電流方式，具備過負(fù)荷保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、復(fù)合電壓啟動(dòng)過流保護(hù)等功能。并配合相應(yīng)的雙相電流線路，具備故障記憶、過流和接地等功能。10kV配電變壓器的輸入方式為雙相電流，具有高壓側(cè)過流與高壓側(cè)不平衡電流保護(hù)等方面的功能。并且具備PT切換、低電壓保護(hù)等方面的功能。此外，還通過有效結(jié)合相同母線的多個(gè)保護(hù)裝置判斷量，在母線發(fā)生故障時(shí)能夠起到快速保護(hù)母線的作用。除了以上保護(hù)功能，變電站控制系統(tǒng)還具有畫面顯示、報(bào)表打印等功能，能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行情況作出顯示，并能打印負(fù)荷曲線、溫度曲線、日報(bào)表和月報(bào)表等。

2.3 水采機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在水采機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，主要包括岸基站、水采船、活動(dòng)加壓站。其自動(dòng)化控制功能主要包括以下幾方面。第一是PLC，GPS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)走向。系統(tǒng)中應(yīng)用了雙天線GPS系統(tǒng)，能夠有效測量水采船經(jīng)度、緯度與角度，并能夠?qū)Ρ菺PS所接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)站校正數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上提高數(shù)據(jù)精度。運(yùn)用GPS、PLC共同指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。第二是船體水平保持控制。水采船在水面進(jìn)行工作時(shí)，需要依靠浮力保持平衡，并且依靠重力使行走機(jī)構(gòu)在鹽田底部行走。這一過程中通過運(yùn)用具有姿態(tài)控制功能的GPS系統(tǒng)，依靠GPS數(shù)據(jù)，對船體不平衡方向作出準(zhǔn)確判定，對下壓力作出調(diào)節(jié)。第三是切割頭控制。在這一系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)用兩個(gè)開關(guān)對油缸伸縮作出調(diào)控，從而控制切割頭運(yùn)動(dòng)。其中的關(guān)鍵在于對2個(gè)油缸伸縮的速度進(jìn)行合理控制，并保持兩個(gè)油缸伸長量、縮短量的差在5%左右。配合GPS數(shù)據(jù)監(jiān)控船體姿態(tài)，更好對切割頭進(jìn)行控制。第四是濃度控制。將密度計(jì)安裝于礦漿入口附近，而后通過系統(tǒng)中的PID實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能。其中應(yīng)注意對PID參數(shù)的合理設(shè)置，才能起到有效的控制作用。第五是初級泵、增壓泵控制，該系統(tǒng)當(dāng)中能夠?qū)υ鰤罕眠M(jìn)行堵泵和抽空的功能，也能夠進(jìn)行初級泵、增壓泵自動(dòng)調(diào)節(jié)。第六是岸基站組態(tài)畫面控制。通過設(shè)置岸基站，能夠在管理人員不在現(xiàn)場的情況下有效監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況與水采船工作情況，同時(shí)開展數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和指揮等工作。

2.4 加工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)

加工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體組成部分為PLC RSlogix5000系統(tǒng)，而后運(yùn)用DEVICENET將其與幾十面智能MCC柜相連接。其主要功能包括以下幾方面。第一，出線開關(guān)和驅(qū)動(dòng)裝置控制。具體方式為通過集成式E3 PLUS馬達(dá)控制中心、POWERFLEX750變頻器，結(jié)合DEVICENET網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行情況、執(zhí)行狀態(tài)等通過監(jiān)控畫面展示，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。第二，監(jiān)控畫面組態(tài)。其中包括水泵、攪拌電機(jī)、水平 機(jī)、離心機(jī)等工作狀態(tài)，對于工廠生產(chǎn)各個(gè)流程作出監(jiān)控。具體包括濃密機(jī)、浮選機(jī)工作情況，帶機(jī)狀態(tài)與結(jié)晶器狀態(tài)，以及干燥車間、包裝車間的生產(chǎn)情況。第三是浮選機(jī)槽體液位的測量，通過雷達(dá)液位技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的液位監(jiān)測，運(yùn)用算法作出具體的測量。第四是結(jié)晶器物料液相濃度測量。在結(jié)晶器當(dāng)中同時(shí)包含飽和溶液與結(jié)晶固體兩種物質(zhì)，為了減少對測量結(jié)果的影響，具體要運(yùn)用間接方式對液相濃度進(jìn)行測量。具體方法為將壓力傳感器放在結(jié)晶器下方，檢測物體壓力，而后運(yùn)用核密度計(jì)檢測結(jié)晶器當(dāng)中固液百分比。第五是干燥爐的控制，利用PID控制干燥爐的爐壓、爐溫和燃?xì)庥昧康葏?shù)。第六是水平帶式過濾機(jī)濾餅的測量。運(yùn)用水平帶式過濾機(jī)進(jìn)行固體、液體分離過程中，通過激光測距傳感器開展測量工作，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確控制濾餅厚度的作用。

3 結(jié)語

目前自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用，使鉀肥的生產(chǎn)表現(xiàn)出智能化與集成化發(fā)展趨勢。在鉀肥的生產(chǎn)過程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對變電站、水采機(jī)與加工廠的自動(dòng)化控制，全面控制鉀肥生產(chǎn)中的各個(gè)具體流程，促進(jìn)了鉀肥生產(chǎn)效率與質(zhì)量的提高。