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   摘要：結(jié)合國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司年產(chǎn)120萬噸鉀肥項目，介紹大型鉀肥生產(chǎn)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能；以美國羅克韋爾自動化的產(chǎn)品為例，按照系統(tǒng)的層級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并結(jié)合工藝流程介紹具體實施方案。

   關(guān)鍵詞：鉀肥；控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

   1引言

  國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司年產(chǎn)120萬噸鉀肥項目是國家“十一五”發(fā)展規(guī)劃項目之一。整個生產(chǎn)過程包括原礦的采集、原礦的輸送和由原礦加工成產(chǎn)品的過程。原礦的采集是通過多條水采機(jī)組在鹽田中不斷的采掘，并將采掘到的礦料經(jīng)浮管送至碼頭增壓泵站；原礦的輸送就是將由水采機(jī)組采集到的原礦通過增壓泵站輸送到加工廠；加工廠將源源不斷的原礦經(jīng)過過濾、結(jié)晶，并加入化學(xué)藥劑，經(jīng)過物理化學(xué)過程生產(chǎn)出成品硫酸鉀。加工廠工藝流程如圖1所示：

                 
                                 圖1 加工廠工藝流程示意圖

  該項目的控制系統(tǒng)由北京金自天正智能控制股份有限公司承擔(dān)，已于2008年10月投產(chǎn)。

  2 系統(tǒng)構(gòu)成

  2.1 原礦采集、輸送控制系統(tǒng)

  原料采集、輸送控制系統(tǒng)包括6個采收控制子系統(tǒng)，每一個采收控制子系統(tǒng)由1個碼頭泵站及4套水采機(jī)、錨機(jī)構(gòu)成。6個碼頭泵站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)組成星型網(wǎng)絡(luò)，每個碼頭與4套水采機(jī)、錨機(jī)通過無線以太網(wǎng)通訊。碼頭泵站、水采機(jī)、錨機(jī)均選用美國Rockwell公司SLC500系列可編程控制器（PLC），選用具有devicenet網(wǎng)絡(luò)總線功能的MCC智能馬達(dá)控制單元。每條水采機(jī)配有操作員站，通過計算機(jī)監(jiān)控原料采收和輸送。該系統(tǒng)能夠自動完成原料的采收、輸送控制過程，其核心技術(shù)在于：水采機(jī)、錨機(jī)的自動導(dǎo)航行走和采收；碼頭泵站的自動調(diào)速控制；安全可靠的數(shù)據(jù)通信。具體方案如下：

  采用SLC500（處理器1747-L552）系列,E3_Plus智能馬達(dá)控制單元、Powerflex700H系列變頻器。

  采用具有管理功能的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過單模光纜實現(xiàn)遠(yuǎn)距離信息傳輸，優(yōu)化通信數(shù)據(jù)以減輕網(wǎng)絡(luò)通信壓力。
通過GPS定位系統(tǒng)完成水采機(jī)、錨機(jī)的導(dǎo)航控制。包括兩部分：岸基站和移動站。岸基站設(shè)備：Novatel Propak-V3 GPS接收機(jī)及GPS數(shù)據(jù)鏈無線電臺PDL。 移動站：使用Trimble SPS550和SPS550H接收機(jī)，雙天線姿態(tài)控制，并通過GPS無線電臺EDL獲取基站信息，產(chǎn)生一個RTK差分信號，從而獲取高精度的坐標(biāo)值。SPS550和SPS550H也經(jīng)過差分，得到一個角度信號，即船的姿態(tài)信號。

  2.2 加工廠控制系統(tǒng)

  加工廠控制系統(tǒng)由脫鹵、磨礦分解、軟鉀尾礦、氯化鉀尾礦、氯化鉀、軟鉀、主廠房中控室、洗滌混鉀、結(jié)晶離心、干燥、產(chǎn)品儲運11個子系統(tǒng)構(gòu)成。每個子系統(tǒng)由獨立的PLC控制站和具有devicenet網(wǎng)絡(luò)總線功能的MCC智能馬達(dá)控制單元組成。該系統(tǒng)監(jiān)控部分由兩臺冗余的服務(wù)器及16臺操作員站、1臺工程師站組成。采用EtherNET/IP通訊協(xié)議和冗余光纖環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)交換機(jī)將各PLC的控制站、操作員站、工程師站、服務(wù)器、打印機(jī)等連接起來，實現(xiàn)了全廠工藝參數(shù)在加工廠中央控制室集中顯示、監(jiān)控、越限報警、報表打印。加工廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

                    
                                        圖2 加工廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

  具體實施方案如下：

  2.2.1 PLC及監(jiān)控軟件

  加工廠控制系統(tǒng)選用美國Rockwell公司的ControlLogix控制平臺，與傳統(tǒng)的PLC相比，ControlLogix具有更高的性價比。可以實現(xiàn)順序控制、過程控制、運動控制的任意組合控制。支持靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無需任何編程或者處理器干預(yù)，即可實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通訊橋接和數(shù)據(jù)交換。

   采用美國Rockwell公司的RSView SE（服務(wù)器+客戶機(jī)版）的監(jiān)控軟件,作為組建冗余服務(wù)器與操作員客戶機(jī)的軟件支持。它具有多服務(wù)器集群和多客戶端的分布式結(jié)構(gòu)。應(yīng)用組態(tài)存在于RSView SE服務(wù)器當(dāng)中，而客戶端可以任意的調(diào)用顯示各服務(wù)器中的應(yīng)用，組成集成的一體化的監(jiān)控方案。在主服務(wù)器出現(xiàn)故障時，從服務(wù)器自動成為主服務(wù)器，保證系統(tǒng)的可靠運行。

   2.2.2 MCC智能馬達(dá)控制中心

  車間設(shè)備級控制采用DeviceNet 現(xiàn)場總線。Devicenet是一種低成本的通訊總線。通過DeviceNet總線將智能電動機(jī)保護(hù)器、智能電動機(jī)控制器、交流變頻器、PLC及電力監(jiān)控模塊等連接起來，實現(xiàn)了所有設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)控制與監(jiān)控。從而消除了昂貴的硬接線成本，同時提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級診斷功能。 

  整個生產(chǎn)線的智能馬達(dá)控制中心MCC全部采用美國Rockwell公司的IntelliCENTER智能產(chǎn)品。其特點是內(nèi)置開放式網(wǎng)絡(luò)DeviceNet接口。本系統(tǒng)所設(shè)計的MCC主要包括以下幾個主要單元。

  （1）E3 Plus智能固態(tài)過載熱繼電器

  一種基于微處理器的多功能固態(tài)過載繼電器，E3 Plus智能固態(tài)過載繼電器是基于DeviceNet的產(chǎn)品。它通過DeviceNet可以把電機(jī)電流、電壓等數(shù)據(jù)快速傳給PLC，達(dá)到電壓電流的實時監(jiān)控。它的遠(yuǎn)程參數(shù)診斷、保護(hù)和報警等功能非常豐富，對電機(jī)缺相、接地、失速、堵轉(zhuǎn)、過熱等故障都設(shè)置處理方式，并把具體的故障傳給PLC，極大的方便了維修人員判斷問題，提高了生產(chǎn)效率。因為鉀肥生產(chǎn)流程比較復(fù)雜，電機(jī)等設(shè)備很多，使用E3 Plus大大減少了MCC柜和PLC控制柜間的電纜數(shù)量，也減少了因為電纜引起的故障點，為安全生產(chǎn)提供保障。

  （2）SMC-Flex軟啟動器

  集成了I/O和先進(jìn)的診斷和保護(hù)功能，它具有保護(hù)和診斷功能、電源檢測功能、遠(yuǎn)程參數(shù)診斷功能，它通過DeviceNet通訊卡20-COMM-D連接到DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上。

  （3）Powerflex700變頻器

  PowerFlex700提供了一系列強(qiáng)大的編程參數(shù)，并可通過DeviceNet實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。通過編程可以遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)及故障報警信息。

  2.2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

  整個控制系統(tǒng)基于三級網(wǎng)絡(luò)層：信息層、控制層以及設(shè)備層，各層網(wǎng)絡(luò)功能明晰，可方便地將設(shè)備層的數(shù)據(jù)、控制層的狀態(tài)信息無縫集成到信息層數(shù)據(jù)庫中。

   (1) 信息層。采用EtherNet(以太網(wǎng))結(jié)構(gòu)將各PLC控制站、服務(wù)器、操作員站、工程師站連接起來。通過以太網(wǎng)進(jìn)行全廠控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、統(tǒng)計、設(shè)備維護(hù)管理，系統(tǒng)管理員可在這層網(wǎng)絡(luò)上對控制器中的程序進(jìn)行修改。

   (2) 控制層。采用ControlNet(控制網(wǎng))結(jié)構(gòu)將PLC與它所控制的I/O模板連接起來。

   (3) 設(shè)備層。采用DeviceNet(設(shè)備網(wǎng))結(jié)構(gòu)將PLC與智能馬達(dá)控制中心MCC連接起來。在中控室即可配置、監(jiān)控底層設(shè)備。這種連接無需通過I/O模塊，即可方便快速地實現(xiàn)與工業(yè)現(xiàn)場大量設(shè)備的高速數(shù)據(jù)采集。

   3系統(tǒng)主要控制功能

   3.1 原礦采集系統(tǒng)

   水采機(jī)是原礦采集系統(tǒng)最主要的設(shè)備，是整個工藝生產(chǎn)的關(guān)鍵點之一。水采機(jī)在采收過程中航道的劃分，按設(shè)定航道及航角進(jìn)行采收以及自動切換航道都是通過在操作員站設(shè)定及在PLC中進(jìn)行編程實現(xiàn)的。具體的實現(xiàn)方法是：操作人員根據(jù)工藝要求，在操作員站監(jiān)控畫面中輸入需要采收航道的編號及寬度，根據(jù)航道編號和寬度計算出水采機(jī)采收時設(shè)定航道的位置，然后與通過GPS實時監(jiān)測到水采機(jī)航線位置進(jìn)行比較，當(dāng)實際航線位置與設(shè)定航線位置偏差大于70m時，通過調(diào)整水采機(jī)轉(zhuǎn)向油缸的方向?qū)⑶昂笮凶呗膸д{(diào)整為與設(shè)定航線垂直的狀態(tài)，以最大的偏角切入新航道，當(dāng)偏差小于70m時,根據(jù)距離偏差計算出轉(zhuǎn)向油缸的轉(zhuǎn)向方向及轉(zhuǎn)向值，從而調(diào)整前后行走履帶的行走狀態(tài)。當(dāng)偏差小于0.3m時，水采機(jī)進(jìn)入微調(diào)區(qū)，即行走方向的履帶根據(jù)距離偏差計算出的轉(zhuǎn)向值調(diào)整轉(zhuǎn)向，使履帶回歸到中心位置。當(dāng)距離偏差小于0.08m時，前后行走履帶均回歸中心點，采船進(jìn)入設(shè)定航線，進(jìn)行直線采收行走。

   3.2 濃密機(jī)系統(tǒng)

   濃密機(jī)系統(tǒng)的功能是對礦漿進(jìn)行濃縮和轉(zhuǎn)送控制。

  3.2.1濃密機(jī)底流泵控制

  濃密機(jī)對料液進(jìn)行濃縮，其濃縮濃度由料液在濃密機(jī)內(nèi)的沉積時間決定。改變濃密機(jī)底流流量，即改變了料液在濃密機(jī)內(nèi)的沉積時間，從而控制料液的底流濃度。 濃密機(jī)底流濃度是通過控制濃密機(jī)底流泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)底流流量，從而達(dá)到控制底流濃度的目的。

   3.2.2濃密機(jī)耙子控制

   耙子在濃密機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)動，使物料均勻并保持流動。耙架可以上下移動調(diào)整耙子的縱向位置。

  耙子的電流需要控制在一定的范圍以內(nèi)。如果電流低需要降低耙架，若耙子電流過大未能升高耙架則會造成壓耙事故導(dǎo)致停產(chǎn)，故耙架控制十分重要，需要根據(jù)電流變化提前測算可能的壓耙概率，及時做出控制調(diào)整。

   3.3 浮選系統(tǒng)

   浮選系統(tǒng)也是整個工藝生產(chǎn)的關(guān)鍵點之一。浮選系統(tǒng)通過加入浮選藥劑，使料漿中NaCl濃度顯著降低。

    浮選槽液位控制是浮選系統(tǒng)的關(guān)鍵，控制分為手動方式和自動方式。浮選槽液位由于受浮選機(jī)的作用波動較大，所以液位計的輸出信號也隨之波動。選擇合適的液位檢測設(shè)備并采用移動平滑數(shù)字濾波方法效果很好，保證了自動控制液位穩(wěn)定。

  3.4 結(jié)晶系統(tǒng)

  結(jié)晶也是整個工藝生產(chǎn)的關(guān)鍵點之一，也是最難控制的部分。采用控制系統(tǒng)計算出的礦水比和實測結(jié)晶器溢流母液的波美度相結(jié)合的辦法進(jìn)行控速分解和控速結(jié)晶，得到硫酸鉀料漿打到高位槽，進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行脫水分離，濾餅水份小于8%；分離后的濾餅經(jīng)皮帶送到干燥系統(tǒng)。

  3.5 離心系統(tǒng)

   離心系統(tǒng)的功能主要是去除殘留的鈉鹽，調(diào)節(jié)產(chǎn)品的純度和甩干產(chǎn)品中的水分。

  4結(jié)語

   國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司年產(chǎn)120萬噸鉀肥項目已于2008年10月成功投產(chǎn)，該項目引入了水采機(jī)GPS導(dǎo)航控制、ControlLogix控制平臺、RSView SE管理級的監(jiān)控軟件、智能MCC、多介質(zhì)多層次網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等先進(jìn)控制技術(shù)和設(shè)備，提高了整體作業(yè)線生產(chǎn)的自動化水平，減少了故障和停機(jī)時間，使控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。  

   摘自《自動化博覽》2011年第十期