阳极泥处理系统的自动控制

黄 萍 左池舟

(铜陵有色稀贵金属分公司， 安徽 铜陵 244021)

阳极泥处理系统的自动控制

黄 萍 左池舟

(铜陵有色稀贵金属分公司， 安徽 铜陵 244021)

通过对控制系统和典型控制回路的详细介绍，论述了自动控制系统在阳极处理工艺中应用是可行的，且可用于其它同类生产工艺中。

仪表; 控制; 自动化; 典型控制回路

铜阳极泥处理系统是在铜阳极泥中提炼各种贵金属和稀有金属的工艺过程。该工艺有湿法或火法冶炼，也有湿法加火法冶炼。湿法冶炼处理量小，自动化程度低，劳动生产率低，环境污染严重。2007年某公司选用了湿法加火法的冶炼工艺，自动化程度高，处理量大幅增加，回收率有了很大提高，环境污染得到有效控制。主流程引进国外先进工艺，主要由铜浸出、熔炼工序、烟气处理、硒回收等工序组成。该工艺既有化工行业的特点，又有冶炼行业的特点。基础设计由国外某公司完成,生产自动化程度高。生产工艺控制系统由检测仪表和计算机控制系统构成，其使用各种检测和控制仪表330多台(件),各种I/O点1 300多个。主控制系统采用Freelance2000/AC800F产品，所有工艺参数显示和电机控制均由DCS控制系统完成。

1 控制系统组成及特点

DCS控制系统选用的是Freelance2000/AC800F控制系统, 分为操作员级和过程级。操作员级具有操作、监控、归档和记录、趋势和报警功能。开环和闭环控制功能在控制器上处理，由两套独立的过程控制器组成,非冗余系统。两台操作员站和一台工程师站完成整个系统的操作和组态。PS1工作站通过Profibus DP总线与5组计53块I/O模块相连。PS2工作站通过Profibus DP总线与4组计47块I/O模块相连。并通过Profibus DP总线与称重仪表、变频器等现场仪表及设备进行通信。所有电气设备正常使用时均由DCS集中控制，实现电仪一体化。控制系统结构如图1所示。

图1 控制系统结构图

2 典型控制回路

2.1 泵和搅拌装置的连锁控制

所有泵和搅拌装置的电机均在DCS操作员站上远程手动启/停，现场安装隔离开关, 检修时，断开隔离开关，即断开电机电源主回路，可以确保维修人员的人身安全。各种循环槽排料泵，与音叉式液位开关连锁，当泵前管道及储槽排空时，音叉开关会发出一个开关量信号到DCS系统，DCS系统自动停泵，这样可以防止泵空转，提高了泵的使用寿命。在泵送物料进入压滤机过程中，当压滤机进口的压力大于一定值时，DCS系统发出信号自动停泵。通过控制回路可以确保设备安全，延长其使用寿命，降低操作人员的劳动强度。电机典型接线及控制回路如图2。

图2 典型电机控制回路图

2.2 熔炼炉运行控制

熔炼炉炉体旋转由电机传动，由两台变频电机同时驱动,并绕纵轴旋转,其中一台为主电机，另一台为从电机。驱动系统配备了两台ACS800变频器用于旋转电机的速度控制。炉子旋转速度的控制为开环控制，由操作人员根据生产情况和炉子倾转角度在操作台上设定，设定信号经过DCS系统与其它连锁信号经过逻辑运算后控制炉子旋转，确保炉子安全运行。

炉子倾转同样由电机传动,由1台ACS800变频器控制，倾转电机配备了一个脉冲编码器，用于测量炉子的实际倾转角度。倾转角度的控制不通过DCS系统,而是通过操作台上的操纵杆给出电信号远程控制变频器，变频器控制倾转电机工作。

2.3 喷枪的控制

喷枪控制包括两部分：一是喷枪设备本身的控制，另一个是进入喷枪工艺介质的控制。

喷枪分为燃烧和吹炼两种，它们的移动通过液压系统来控制。操作人员在操作台上通过按钮发出指令，经过DCS系统与相关条件逻辑运算后发出正确的控制命令，使喷枪运行到要求的位置，如喷枪准备插入炉中时，炉子的倾转角度必须在要求的范围内，吹炼喷枪在插入炉中40%～60%时必须加入吹炼空气等。否则，DCS系统会自动阻止喷枪的移动，防止喷枪被熔体堵塞或损坏喷枪，在这些连锁条件下保证了设备的安全，延长了喷枪的使用寿命。

燃烧系统的自动控制如图3所示，燃烧喷枪主要使用天然气和氧气用于炉子保温和加热。在不同的熔炼周期中，为了控制炉温，天然气量和氧气量是不同的。操作人员可以在DCS操作员站上根据生产要求设定天然气量。天然气和氧气的使用量有一定的比例关系，由比值控制系统控制，一定量的天然气就会伴随一定量的氧气自动送入炉中。

图3 天然气与氧气比值控制工艺仪表图

图4 阀门接线原理图

为了保证生产安全，燃烧喷枪点火启动后，在一定时间内操作人员必须确认喷枪已经点燃，超出设定时间时DCS系统会自动关闭天然气、氧气阀门，防止炉内集聚过多未燃天然气和氧气而引起爆炸，消除安全隐患。

2.4 阀门控制

为保证控制准确可靠，该工艺使用了近70台气动阀，其中50多台阀门处于恶劣环境中。为防止在该环境中腐蚀性气体腐蚀常用的阀位反馈开关触点，增加维护量，影响生产，故配置了电感式阀位反馈接近开关，在使用过程中发现该接近开关与I/O模块连接时，有感应电压进入控制系统，于是配备了中间继电器进行转接隔离。实践经验证明，使用5年多来，虽然初期投资比使用常用的机械式阀位开关大，但未发生阀位触点因腐蚀故障而引起控制失误，大幅减少了维护工作量和维修成本，也减少了故障停车时间。阀门接线见图4、图5。

3 检测仪表

检测仪表主要由温度计、液位变送器、流量计、称重系统、各种限位开关、速度开关、带位置反馈的开关阀、调节阀等组成，检测仪表的准确可靠为控制系统可靠运行提供了保证。

图5 电感式阀位限位开关接线图

3.1 温度计

选用一体化热电阻温度变送器，输出4～20 mA DC电信号送控制系统进行显示或实现保护功能。因被检测介质一般是强腐蚀性液体，为了减少泄漏点，各种储槽的温度检测均从槽顶向下插入，传感器的长度为槽深长度，插入深度一般为3 400 mm左右。由于储槽带有搅拌器，槽内介质按照一定方向流动，对保护管有很大的磨损作用，为此对所有槽内温度计都做了固定支架和保护套管,这样可以延长温度传感器的使用寿命。对一些腐蚀性较强，温度在100 ℃以下的介质，保护管采用SUS304L加外敷PTFE，对于高温、高压、腐蚀性强的介质采用了钛2(Ti2)保护套管，效果良好。

3.2 液位变送器

根据被测介质性质不同,选用了不同工作原理的液位计20多台套,根据不同的介质、不同的储槽选择了不同的液位计，主要使用非接触雷达液位计、导波雷达液位计、超声波液位计、放射线液位计等。

由于高压釜为密闭容器，安装有搅拌器，槽内加入了12 bar蒸汽和12 bar氧气,釜内介质腐蚀性非常强，无法使用直接测量液位的方法,故选用了非接触式的液位计- 放射线液位计,使用效果较好。其测量原理是基于射线在穿透某种材料时其能量会被衰减。该液位计一次安装，无需维护。

3.3 流量计

根据不同的测量介质选用不同的流量计,对于气体选用了热式质量流量计；对于液体，选用了电磁流量计，使用效果好。

为了检测进入反应釜内阳极泥的质量，采用了流量计和密度计同时测量的方法。电磁流量计测出体积流量，放射性密度计测出浆液中含有阳极泥的密度(其原理与放射线液位计相同)，体积流量乘以密度就得到质量。据此可以了解进入高压釜的阳极泥的数量，为生产金属平衡的计算提供依据。

3.4 压力测量

各种介质的压力测量均选用了现场压力表和压力变送器,在所有泵出口都安装有压力表,用于监测泵的运行情况。对于无腐蚀性的介质安装普通弹簧管压力表,对于有腐蚀性的介质则选用了隔膜压力表，对于压力波动比较大的测点增加了缓冲管。压力变送器将压力信号转换成DCS系统能够接收的4～20 mA DC电信号用于显示和控制。

3.5 配料系统

入炉的各种物料均采用静态料斗秤计量，通过送料机仓直接加入炉中，所有秤的信号均通过Profibus DP总线与控制系统连接。

4 安装

施工质量也是决定控制系统能否正常运行的重要标志，在施工时考虑了抗干扰问题，强电与弱电分开敷设，所有桥架均采用钢制桥架。由于环境中存在氯离子，与铝发生化学反应，产生有毒气体，影响身体健康，在施工时就选用了SUS304L不锈钢材料，所有仪表信号电缆均选用单屏加总屏计算机电缆，控制系统做了单独接地，其接地电阻满足了小于1 Ω的要求。由于施工过程中严格执行有关标准，虽然基建投资有所增加，但使用过程中未出现干扰和雷击问题，极大地减少了故障停车时间。

5 结束语

阳极泥处理工艺控制系统实现了电仪一体化，充分体现了当今控制技术的发展趋势，即控制技术、通讯技术、计算机技术融合的发展趋势。

实践证明，该套控制系统的设计架构在阳极泥处理工艺中应用是可行的，也是可靠的。检测仪表的正确选择和应用在阳极泥处理工艺中不可忽略，以液位检测为例，几年来对储槽液位测量进行了多次改进，不同的储槽其测量方法不同，主要原因是测量介质含有固体颗粒，粘附力和腐蚀性较强，有的槽内装有冷却盘管、导流板、搅拌浆等设备，采用接触式测量方法容易堵塞，非接触方法测量空间不能满足仪表测量要求，建议在储槽设计时设计人员考虑液位计在槽体上的安装方式和安装位置以满足仪表测量的要求。

Automatic Control of Anode Mud Treatment System

HUANG Ping, ZUO Chi-zhou

Through detailed description of the control system and typical control circuit, this paper expounds that the application of automatic control system in the treatment process of anode mud is feasible, and it can be used for similar production processes.

Instruments; control; automatic; typical control circuit

2014-08-13

黄萍(1964—)，女，江苏扬中人，大专，自动化高级工程师，主要从事仪表自动化技术管理。

TP272

A

1008-5122(2015)02-0033-04