2704控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用

【摘　要】　介紹了歐陸公司的2704控制器及其在含砷礦細(xì)菌氧化工藝控制中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：2704控制器，PID控制，含砷礦，細(xì)菌氧化

1　引　言

　　英國歐陸公司（EUROTHERM）是世界上比較先進(jìn)的控制器生產(chǎn)商和系統(tǒng)集成商。該公司的2704可編程控制器代表了當(dāng)今世界工控技術(shù)的較高水平，該產(chǎn)品將計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、顯示技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體，是近幾年來該公司在中國的主要推廣產(chǎn)品之一。本文結(jié)合在冶金企業(yè)中的使用實(shí)踐，介紹一下2704控制器在工業(yè)現(xiàn)場控制中的應(yīng)用。

2　2704簡介

　　2704控制器采用了工控業(yè)界較為流行的模塊結(jié)構(gòu)，易于維護(hù)；可以提供三路PID控制及若干路的程序控制、串級(jí)控制；可以為工業(yè)現(xiàn)場提供模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出、繼電器輸出，功能比較強(qiáng)大。特別是，2704控制器的顯示面板采用了120×160的電子發(fā)光屏，顯示信息全面、清晰，具有良好的人機(jī)交互界面。
　　2704控制器主要應(yīng)用于溫度和工業(yè)過程的控制，可操作性較好，接好線路之后，只要選用相應(yīng)的功能模塊，在相應(yīng)的菜單項(xiàng)中輸入數(shù)據(jù)即可工作。同時(shí)，2704控制器附帶有ITOOLS配置軟件，通過計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，把繁重瑣碎的工業(yè)現(xiàn)場調(diào)試工作變得簡便輕松。控制器還具有與外界進(jìn)行通訊的能力，提供RS485 4線通訊接口或RS232接口，支持PROFIBUS協(xié)議和MODBUS協(xié)議，可以很方便地與其他控制器和計(jì)算機(jī)組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

3　在生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　隨著金礦資源的不斷開采，比較容易回收的礦源越來越少，我們更多的是面對難以處理的、回收的含砷礦源。對于含砷礦的冶煉，目前工業(yè)應(yīng)用中通行的方法有培燒法、加壓氧化法和細(xì)菌氧化法。其中，培燒法金的回收率比較低，并且污染環(huán)境；加壓氧化法成本較高，工藝操作復(fù)雜。相比之下，細(xì)菌氧化法是采用細(xì)菌氧化分解含砷礦物，使包裹金完全暴露，金的回收率較高，不污染環(huán)境，工藝成熟，是一種比較有前景的先進(jìn)方法。
3．1　2704在溫度PID控制方面的應(yīng)用
　　某冶金企業(yè)采用了上述先進(jìn)的生物氧化含砷礦技術(shù)，該技術(shù)的主體工藝是細(xì)菌對礦物進(jìn)行氧化，該工藝過程在氧化槽內(nèi)完成，其主要的控制對象是氧化礦漿的溫度。氧化過程是放熱反應(yīng)，如果溫度過高，熱量積累過多，就會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌死亡率過高，造成氧化率降低；而溫度過低，則細(xì)菌活性下降，細(xì)菌的氧化率也會(huì)降低。氧化率的降低會(huì)使金的回收率降低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高，不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。降溫過程由通在氧化槽內(nèi)的冷卻盤管完成，反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量由冷卻盤管中流動(dòng)的水帶走，從而達(dá)到降溫的目的。根據(jù)工藝的要求，如果要使氧化率保持在一個(gè)較高的水平，溫度應(yīng)保持在某一個(gè)恒定值，偏差在±0．3℃，顯然，人工控制這一過程根本無法達(dá)到要求。若使用2704就可以很好地完成這一控制過程，達(dá)到控制目的。原理圖如圖1所示。
　　因?yàn)橐ＷC送入控制器的溫度信號(hào)的準(zhǔn)確性和高精度，對溫度檢測的要求比較高，選用了羅斯蒙特公司的溫度傳感器和智能溫度變送器。變送器到控制器采用4～20mA的電流環(huán)傳送，執(zhí)行器由氣動(dòng)控制碟閥和閥門定位器組成。

　　在該系統(tǒng)中，控制器算法采用PI控制，采用微分反而容易造成自激震蕩。因?yàn)檠趸垠w積較大（780m3），其溫度變化是一個(gè)大的滯后過程，非常緩慢，因此積分時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長，實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場影響溫度的因素很多，積分時(shí)間的選定采用現(xiàn)場湊試法，最后確定在300s。但應(yīng)該注意的是，積分時(shí)間亦不可過長，如果積分時(shí)間設(shè)置太長，盡管輸出調(diào)節(jié)信號(hào)的變化很平穩(wěn)，但控制碟閥時(shí)較長時(shí)間地停滯于某一值上，容易造成閥門動(dòng)作失靈。
　　在實(shí)際生產(chǎn)過程中，要經(jīng)常根據(jù)實(shí)際的環(huán)境溫度和控制效果來對控制參數(shù)作適當(dāng)?shù)男拚?，保證控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。
3．2　2704在比值控制方面的應(yīng)用
　　比值控制是工業(yè)過程控制中常見的控制方式，應(yīng)用很廣泛，在本企業(yè)生產(chǎn)中同樣使用了比值控制。
　　在氧化槽的氧化反應(yīng)過程中，需要添加三種物料，這三種物料需要按照一定的比例進(jìn)行添加，該過程由三臺(tái)2704控制完成，原理如圖2所示。

　　物料1的流量值送入控制器1，經(jīng)過比例變換后，輸出值分為兩路，一路送入控制器2，另一路送入控制器3，控制器2接收送來的物料2的流量值，根據(jù)設(shè)定的比例，與控制器1送入的值相比較，通過PID算法輸出一個(gè)信號(hào)來控制物料2的閥門，實(shí)現(xiàn)比值控制，可以達(dá)到很高的精度。物料3的控制與上述方法相同。該控制過程連續(xù)運(yùn)行。
　　在實(shí)際使用中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用調(diào)節(jié)閥，如果采用開關(guān)閥，就需要修改控制器的有關(guān)配置。
3．3　2704控制網(wǎng)絡(luò)的組建
　　目前，工業(yè)控制已經(jīng)從單機(jī)控制走向了集中控制、集散控制，隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代和信息社會(huì)步伐的加快，信息集中管理的需要也對工業(yè)控制器的連網(wǎng)提出了新的要求，工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò)化成為了未來發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。
　　在整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中，共計(jì)使用了17臺(tái)2704控制器，同時(shí)采用了歐陸公司的2500輸入模塊40塊，監(jiān)控值有近百個(gè)。因此，選用了一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控值的采集、顯示、存儲(chǔ)、打印等功能，組成一個(gè)分散控制、集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，這樣，一旦某臺(tái)儀表出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又可以對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中的管理，滿足了現(xiàn)場和工藝對控制的高要求。系統(tǒng)框圖如圖3所示。