扑热双效LC自控回收系统

【摘要】扑热息痛生产中，母液回收是一个重要的生产步骤，传统工艺采用薄膜蒸发器，能耗高、污染大、劳动强度大，不符合现展理念。采用双效蒸发设备加上PLC自控组成的回收系统，节能、高效、环保，而且大大降低了工人的劳动强度，符合现代企业生产理念。

【关键词】双效；PLC；PID控制

1.引言

传统的薄膜蒸发器用于母液回收，电、蒸汽消耗大，工艺指标难以保证，工艺指标控制不好，而且易造成扑热息痛结晶附着在罐壁上，使热传导效率降低，蒸发效果差；操作工人上上下下来回巡视设备，手动操作阀门，劳动强度大，工艺指标无法保证。采用双效蒸发设备后，蒸汽先加热一效蒸发器，然后用一效蒸发出的蒸汽来加热第二效，使蒸汽热量得到二次使用，从而达到节能降耗的目的。但由于蒸汽压力的波动，一二效之间的互相关联，一二效蒸发温度不好协调控制，由于蒸发器进液量随少随补，人工调节比较困难，易造成堵管、内壁“疤锅”等现象，不易得到最佳效果。我们设计了以PLC为控制主体的自控系统，采用PID调节方式，解决了这个问题。

2.系统的自控功能要求、特点和方案设计

2.1 回收系统的自控功能要求

在人工控制的双效系统中，人观察蒸汽阀门前后压力大小，根据需要调节蒸汽阀门度；根据一二效蒸发器内的液位调节一二效的进液量；观察一二效之间蒸汽管路的压力状况，以确定管路是否通畅；检查母液池液位，决定母液泵是否工作，避免出现母液泵够不到液位空转，造成母液泵损坏的情况。要进行自动化改造，就必须把这些工艺参数用合适的传感器变换成电信号，这些电信号传入PLC，PLC通过智能计算输出信号控制阀门等相关设备，就可以实现系统的连续自动运行了。一效蒸发器和二效蒸发器安装双法兰差压变送器检测液位；差压变送器把液位信号传给PLC，PLC把液位信号和给定信号相比较，计算出一个合理数值，传送给相应的调节阀，保持最佳开度；蒸汽传感器把蒸汽压力信号传送给PLC，PLC把这个信号与给定信号相比较，采用PID调节方式，控制蒸汽调节阀开度，使蒸发器升温夹套内的蒸汽压力保持在一个最佳值；此外，维持系统正常运行所必需的压缩空气真空和母液液位等信号也要进入PLC，生产条件正常，系统启动；否则，系统不启动，防止意外事故的发生。此外，系统还要加入一些工艺联锁，防止工艺上出现的意外情况；为维修调试提供方便，还要具备自动手动控制转换功能；此外，还要具备报警功能，实时人机交互画面系统。这都要靠选择合适的硬件和软件来实现。

2.2 PLC的特点

PLC是一种智能化的可编程控制器。从上世纪70年代面世以来，功能不断发展与完善，目前已广泛应用于机械制造石化冶炼电力汽车交通及各种机电产品中，典型的应用实例如顺序控制、过程控制、数据处理以及联网打印等功能。在工业生产中尤其是化工生产中用PLC可以实现对温度压力流量物位等各种模拟量的控制，具有PID控制功能，通过模拟量的输入输出单元，可以实现闭环的过程控制，还可以通过其通讯功能和微机进行通讯，连接显示终端和打印机等设备，实现显示和打印功能。PLC还具有四则运算数据变换数据比较等功能，可以方便的对生产过程中的数据进行处理，实现软件滤波线性化处理标度变换的功能，构成多回路巡回监测系统闭环控制系统及模糊控制等。目前，自动化控制中，PLC是最方便性价比最高的自动化控制设备。在本双效系统的自动化改造中，I/O点不是太多，PLC无疑是最经济最方便的选择，完全可以满足要求。

2.3 方案设计

2.3.1 设计准则

任何一个控制系统的设计都是以实现被控对象的工艺要求为前提，以提高生产效率，产品质量和生产安全为准则，因此，做PLC系统时，应遵循以下基本原则：

1）最大限度地满足被控对象和用户的要求。

2）在满足要求的前提下，力求使控制系统简单，使用方便，一次性投资小，使用后节约能源。

3）硬件的配置为以后的发展留有余量。

4）保证控制系统安全可靠使用维修方便。

根据以上要求，设计出系统方块图（如图1所示）。

2.3.2 选择合适的硬件是整个系统稳定高效运转的重要保证

尤其是液位传感器和控制液位及蒸汽压力的调节阀，是整个系统平稳运行的核心部件。由于一二效蒸发器内有压力，而且物料易产生结晶且有腐蚀性，所以液位传感器选择了凸膜式隔膜密封式差压变送器双法兰液位计，材质为316L，耐腐蚀，测量膜片突出，适于测量易结晶液体。调节阀采用气动薄膜调节阀加上西门子定位器，动作灵敏，精度高。从系统安全性上考虑，为防止系统突然停电引发物料泄漏事故，阀门选用气开式，即意外停电停气时，阀门自动关闭，防止生产事故和发生人身伤害事故。一效连接二效的蒸汽管路上加压力变送器和PT100热电阻，用来监视管路是否畅通，以此判断系统是否工作正常。PLC使用S7-200 224XP CPU，由于其本身具有的模拟量通道不够，必须加扩展模拟量输入输出模块。模块输入模块采用EM231，可以输入四路4-20mA模拟信号；输出使用EM232模块，二路4-20mA模拟量输出。I/O输入输出接口经安全栅，使PLC与传感器信号实现电气隔离，对PLC起到保护作用。母液泵的启停有PLC发出开关量指令给变频器，变频器根据指令启动，并根据管道压力反馈，利用变频器本身的PLC功能和PID功能，自动调整输出频率，使母液在管道内部保持一定压力，达到节能目的。为使操作工操作更加方便，对系统运行情况有一个清晰直观的了解，配备一台电脑与PLC通讯，进行数据传递，及时显现系统运行情况，并把生产数据进行存储，为以后对生产进行分析研究提供数据。这些硬件基本满足了要求。

3.系统软件的选择

S7-200PLC采用STEP7-Micro/WIN V4.0编程，该编程软件是西门子公司专门为此系列的PLC设计的能在Windows操作系统下运行的编程软件。可以在联机或脱机情况下开发程序，并可以实时监控程序的运行状态。这对我们调试程序提供了有很大的方便。PID调节是此系统运行使用的主要调节方式，西门子PLC里面的PID指令可以方便的完成这一功能。西门子PLC还有强大的通讯功能，用PPI电缆把PLC和微机连接进行通讯，微机作为主站，PLC是从站。利用组态软件提供的可靠、灵活、高性能的监控系统开发平台，开发人机交互画面。组态软件提供的简单易用的配置工具和强大的功能，使我们能够针对各种规模的应用进行快速开发。利用微机上开发的人机交互界面，操作人员把控制参数输入微机，微机传送给PLC，PLC根据输入参数控制系统运行状态，并把生产数据如温度压力液位等信号传送给微机，在屏幕上显示出来，使操作人员对生产状况一目了然。PLC主要采用比较指令和PID算法指令来控制一效二效液位阀和蒸汽调节阀。使一二效液位及蒸汽压力保持在最佳数值。微机人机交互界面如图2。

4.结束语

本系统采用的微机加PLC的自控模式，经实际运行，效果理想，系统运行实现了自动连续运行，一般不需人工干预。系统投入运行后，每月较以前节电约六万度，节省蒸汽500吨左右，相当于每月成本下降八万元左右，该套系统总投资九十万元左右，一年即可收回全部投资。还大大降低工人劳动强度，原岗位减少一名操作人员，真正实现了减员增效。值得在类似工艺的化工生产中推广。

参考文献

[1]赵全利，李会萍，贾磊主编.S7-200PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]厉玉名.化工仪表及自动化[M].北京：化学工业出版社，1997.

[3]廖常初.可编程寻控制器应用技术（第五版）[M].重庆大学出版社，2007.

[4]李燕，王永.图解变频器应用[M].中国电力出版社，2009.

作者简介：刘世强（1973—），男，河北衡水人，大学专科，助理工程师，现供职于河北冀衡集团有限公司，主要研究方向：电气自动化。