立式叶滤机联锁逻辑控制系统设计

2015-03-15黄其杨贵阳铝镁设计研究院有限公司贵州贵阳550081

自动化博览 2015年3期

关键词：压阀滤饼液位

黄其杨（贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州　贵阳　550081）

立式叶滤机联锁逻辑控制系统设计

黄其杨（贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳550081）

本文通过对立式叶滤机生产流程及其工作原理的分析, 讨论分析叶滤机生产流程中的仪表检测及控制方法，提出立式叶滤机的联锁逻辑控制策略以及基于PLC的自动控制系统实现实例。

立式叶滤机；联锁逻辑；时序控制；PID；PLC

在目前氧化铝生产过程中，铝酸钠溶液粗液的控制过滤设备大多为所熟悉的新型立式叶滤机。该设备相比较其他过滤设备，具有过滤效率高、自动化程度高、占地面积少、经济效益高等优点。本文就其自动控制设计予以分析探讨。

1　立式叶滤机工作流程及原理

粗液槽中粗液由粗液泵打入叶滤机筒体内，再借助粗液泵提供的一定压力，粗液通过滤袋即形成精液，精液沿导流管流入聚液器，然后进入机筒外部的精液总管，最后进入精液槽；未通过滤袋的滤渣在滤袋外部形成滤饼，通过叶滤机筒体底部排泥阀进入滤饼槽。立式叶滤机一个过滤周期由进料、过滤、泄压、排泥四个过程组成。如图1所示。

初次进料阶段：（适用于初次使用，或排空料后再次重新开机）开启粗液泵，打开进料阀和循环阀，粗液进入叶滤机内。

滤布挂泥阶段：此时透过滤布的滤液为浑浊液，经循环阀返回粗液槽，在此循环过程中，滤布表面逐渐形成均匀的涂层，当浑浊液变清后，关闭循环阀，进入正常过滤阶段。

正常过滤阶段：此时仅进料阀开启，粗液中浮游物被隔离在滤布表面形成滤饼，滤后精液经外部组管排放到高于叶滤机顶部的高位槽后进入精液槽。

泄压反冲排泥：关闭进料阀延时几秒后打开泄压阀，再延时几秒后再打开排泥阀，排出上一循环沉降浓缩于筒体锥底的滤饼。此时高位槽内作为蓄能的精液自上而下反向流动，新鲜滤饼被精液反冲后脱落于悬浮液中，向筒体锥底部沉积。

液面调整及循环：关闭排泥阀，开启液面调整阀，重新调整液位，调整完毕后关闭液面调整阀和泄压阀，打开进料阀和循环阀，在机体内顶部重新建立气垫。从第2阶段开始重新进入下一轮循环。

2　立式叶滤机联锁逻辑控制设计

立式叶滤机是否可以高效稳定运行，除机械系统的可靠性设计外，控制系统设计也很关键。控制要求的提出除了要满足设备的工作原理以外，还要符合生产工艺的要求，为了增强控制系统对不同工况物料的适应性，还希望可以通过细化控制参数设定的方法来实现。

2.1时序控制

根据以上对叶滤机工作流程及工作原理的分析，可以得出，叶滤机每循环中进料阀、泄压阀、排泥阀、液面调整阀以及循环阀的开闭时序设计，如图2所示。

参数说明：T表示一个循环周期总时间，范围5～120min，通常60min；t0=T/N表示卸料频率，由系统计算，N表示正在工作的叶滤机台数（多台叶滤机并行使用情况）；t1表示液位调整延时时间，范围20～30sec，通常25sec；t2表示液位调整时间，范围0～10sec，通常0sec；t3表示气垫释放时间，范围0～10sec，通常5sec；t4表示泄压时间，范围40～120sec，通常55sec；t5表示排泥时间，范围4～10sec，通常7sec；t6表示液位调整延时时间，范围0～10sec，通常5sec；t7表示回收时间，0～4min，通常2min。

以上提供的时间范围及设置仅供参考，实际操作时应根据所用工序的物料性质、工艺要求及设备（主要是粗液泵和滤布）的使用情况，具体问题具体对待。

进料阀、泄压阀、排泥阀、液面调整阀以及循环阀均采用双控气动阀，“打开”和“关闭”分别由2个电磁阀控制，同时采用2个限位开关来判断气动阀的开闭位置状态。

2.2进料压力控制

叶滤机的过滤能力是靠叶滤机筒体允许的最大工作压力（即进料压力）来限定的，这个压力可通过叶滤机进料粗液泵用变频调速来实现控制。在过滤阶段，希望泵的转速能够保证在壳体压力不发生激烈变化的情况下设计压力与设定压力间的偏差尽量小，因为如果在调节压力时造成实际压力波动较大，滤饼由于压力变化的作用会发生变化，影响过滤效果。

如果操作者提高粗液泵的设定压力值，叶滤机的产能将增加。该立式叶滤机的工作压力设定范围为0.05MPa≤P≤0.39MPa，粗液泵的调速范围将按最小0.05MPa和最大0.39Mpa两个限制压力值进行计算。调节回路图如图3所示。

图2　立式叶滤机时序控制原理

图3　立式叶滤机进料压力控制原理

粗液泵出口设压力变送器，该压力检测信号送入控制系统。粗液泵选用变频调速，状态及控制信号送入控制系统。控制回路采用单回路PID控制，先设定压力值为控制目标，现场检测的压力信号通过PID控制器的运算输出来调节变频器的频率，致使粗液泵的运转速度变化，从而导致粗液泵出口压力相应的变化，以达到事先设定的目标值。

2.3报警系统

为了适应产能的变化需求，粗液槽液位需保持在一定的液位，并设置高液位、低液位报警。当液位高报警时，操作者决定增加叶滤机工作台数或者增加叶滤机进料流量，反之，当液位低报警时，操作者决定减少叶滤机工作台数或者减小叶滤机进料流量。

高位槽设置低液位报警检测，从泄压阀限位开关开到位时开始计时直到低液位报警停止计时器，再用此计时器的计时时间与设定值（通常在10～15sec）比较，如果连续出现3次以上计时器时间大于设定值的情况，则可考虑滤布再生了。

对于进料阀、泄压阀、排泥阀、循环阀以及液面调整阀，如果在执行开命令3秒后仍未开到位，或者在执行关命令3秒后仍未关到位，则给予操作者报警信号，操作者决定是否终止过滤进程。

叶滤机筒体顶部设置压力检测并设置高报警点（0.35MPa），压力高报警发生时，操作者决定是否停止粗液泵。

3　自动控制系统

通过以上的介绍和分析可以看出，叶滤机控制系统需要控制的设备主要有5个电控气动阀和1台变频泵，参与控制的仪表检测点有粗液泵出口压力、流量、叶滤机顶部压力及高位槽低液位。统计有AI点5个，AO点1个，DI点15个，DO点11个。控制规模较小，所以采用罗克韦尔自动化的SLC500，上位机软件采用Rsview SE。有了上述控制策略的详细描述，很容易编程调试完成此控制系统，实现全自动控制。

4　结语

该自控系统已成功应用在多家氧化铝厂，在生产过程中运行稳定、可靠，自动化程度高，可调参数设置合理。针对不同介质，只要根据不同介质物性调整设置不同的参数，即可实现叶滤机的全自动控制。

[1] 刘温波. 罗克韦尔SLC500 PLC控制系统在立式叶滤机中的应用[J]. 电工技术, 2010, 3.

[2] 李健,岳恒. 铝酸钠叶滤过程控制仿真实验平台[J]. 化工学报, 2011, 8.

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Design of Interlock and Logic Control System for Vertical Leaf Filter

This paper analyses the production workflow and principle of vertical leaf filter, discusses its instrument measurement and control methodsand proposes the logic control strategy with interlock and the example for automatic control system based on PLC.

Vertical leaf filter; Interlock and logic; Schedule control; PID; PLC