1 引言 目前，復(fù)合肥生產(chǎn)線大多為人工操作，工人生產(chǎn)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且配料不精確，常常由于人為因素較多而造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。錦州特肥廠原有10萬(wàn)噸/年氮磷鉀三元素復(fù)合肥生產(chǎn)線，2000年通過(guò)技術(shù)改造，調(diào)整為30萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)和管理水平，該廠成套配置了復(fù)合肥生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 生產(chǎn)工藝及控制要點(diǎn): 氮磷鉀三元素復(fù)合肥生產(chǎn)分為3個(gè)工段:磷酸和硫酸工段、轉(zhuǎn)化和復(fù)肥工段、造粒工段。第一個(gè)工段主要是生產(chǎn)磷酸和濃硫酸，包括磷酸萃取、硫酸焙燒等工序;在轉(zhuǎn)化和復(fù)肥工段，先在反應(yīng)釜中按比例加入硫酸和氯化鉀，加溫至110℃并恒溫固定時(shí)間后進(jìn)入收集槽，然后在收集槽加入磷酸，混合后經(jīng)混酸泵打入管式反應(yīng)器，最后向管式反應(yīng)器加入中和氨氣，生產(chǎn)成品料漿;在造粒工段，成品料漿等經(jīng)噴漿控制進(jìn)入造粒機(jī)造粒，再經(jīng)過(guò)烘干等處理最后成為成品復(fù)合肥。 生產(chǎn)中控制回路主要包括各種原料的比值控制系統(tǒng)、反應(yīng)器和造粒機(jī)溫度控制系統(tǒng)、噴漿流量控制系統(tǒng)等;開(kāi)關(guān)控制主要包括各種礦漿物料變頻器啟/停、各種反應(yīng)器閥門(mén)開(kāi)/關(guān)等。有些設(shè)備需要順序控制和聯(lián)鎖控制。監(jiān)測(cè)參數(shù)包括溫度、壓力、流量、液位等多種參數(shù)。 2 控制系統(tǒng)構(gòu)組成 控制系統(tǒng)采用下位機(jī)+上位機(jī)+服務(wù)器三層模式。下位機(jī)包括兩套Eurotherm 公司的E2500小型DCS控制裝置和一套研華ADAM5510 PLC;上位機(jī)為2臺(tái)工控機(jī)，互為熱備份;服務(wù)器為普通PC機(jī)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。 E2500支持Modbus、Profibus、OPC等多種通訊協(xié)議，控制功能豐富。ADAM5510是研華公司的Pc Based產(chǎn)品，支持Modbus協(xié)議，采用C語(yǔ)言編程，方便靈活。上位機(jī)和服務(wù)器分別運(yùn)行iFIX運(yùn)行版和開(kāi)發(fā)版工業(yè)組態(tài)軟件，3套計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)互聯(lián)。上位機(jī)和下位機(jī)連接采用了485網(wǎng)絡(luò)，Modbus RTU通訊協(xié)議，通訊速率19200bps。ADAM5510安裝在現(xiàn)場(chǎng)，系統(tǒng)中加裝RS485中繼器。 3 系統(tǒng)主要功能機(jī)及實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)線的控制主要由下位機(jī)完成，上位機(jī)按工段提供人機(jī)交互界面，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、和統(tǒng)計(jì)等功能。服務(wù)器備份運(yùn)行操作和數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理。 3.1 上位機(jī)主要功能及實(shí)現(xiàn) 在上位機(jī)，可以通過(guò)主界面進(jìn)入各個(gè)工段監(jiān)控界面。在每個(gè)工段監(jiān)控界面中可以進(jìn)入其它工段。在工段監(jiān)控界面中顯示有關(guān)工藝流程，在相應(yīng)位置顯示過(guò)程參數(shù)。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)人員習(xí)慣，系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)參數(shù)列表界面，以表格形式分門(mén)別類顯示系統(tǒng)所有監(jiān)控參數(shù)。各個(gè)工段主要控制回路和監(jiān)控參數(shù)如下: （1） 磷酸和硫酸工段 · 控制回路:萃取礦漿流量和萃取硫酸流量比值控制;沖盤(pán)水流量單回路PID控制; · 監(jiān)控參數(shù):萃取礦漿變頻器、萃取硫酸變頻器啟停;硫酸過(guò)氧焙燒溫度、酸池液位等; （2） 轉(zhuǎn)化和復(fù)肥工段 ·控制回路:硫酸流量、氯化鉀流量、磷酸流量三比值控制系統(tǒng);中和混酸流量、中和氨流量比值控制系統(tǒng); ·監(jiān)控參數(shù):硫酸變頻器、氯化鉀變頻器、磷酸變頻器啟停;鹽酸流量、水流量、混酸池液位、中和氨壓力; （3） 造粒工段 ·控制回路:噴漿流量單回路PID控制A、B、C;溫度控制單回路PID控制; ·監(jiān)控參數(shù):機(jī)頭溫度A、B、C;機(jī)尾溫度A、B、C;成品料和返料皮帶變頻器啟停;皮帶物料重力、速度信號(hào);電機(jī)轉(zhuǎn)速。 在對(duì)應(yīng)的工段監(jiān)控界面中，每一個(gè)控制回路有對(duì)應(yīng)的PID操作面板，可以象操作常規(guī)儀表一樣進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)定、手動(dòng)/自動(dòng)切換等;對(duì)于比值控制系統(tǒng)，可以方便地進(jìn)行比值設(shè)定。比值控制系統(tǒng)比值斷開(kāi)/連接等功能。兩臺(tái)上位機(jī)互為熱備份，在運(yùn)行監(jiān)控時(shí)可以分別運(yùn)行在不同的界面，從而大大拓展運(yùn)行人員監(jiān)控視野。 3.2 下位機(jī)主要功能及實(shí)現(xiàn) 下位機(jī)具體實(shí)現(xiàn)回路控制和參數(shù)監(jiān)控。主要工藝流程由2套E2500實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，ADAM5510實(shí)現(xiàn)成品料和返料皮帶的監(jiān)控。 E2500控制裝置功能豐富，組態(tài)靈活。所有參數(shù)具有相應(yīng)的Modbus地址，可以直接供上位機(jī)讀寫(xiě)。2500控制裝置有標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法，可以直接用于單回路和比值控制系統(tǒng)。對(duì)于系統(tǒng)中反應(yīng)釜溫度控制等，系統(tǒng)隨著工況變化有較強(qiáng)的非線性，采用自適應(yīng)PID控制。同時(shí)設(shè)置多組PID參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)在對(duì)應(yīng)工況下自動(dòng)切換運(yùn)行，從而保證控制質(zhì)量。 E2500的一些參數(shù)具有Modbus地址源地址，利用這一特點(diǎn)，可以方便地在線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連接關(guān)系切換。比如，比值控制系統(tǒng)在手動(dòng)操作或者投運(yùn)前進(jìn)行調(diào)試時(shí)，需要切斷比值連接，要求相應(yīng)PID控制的給定值暫時(shí)轉(zhuǎn)換為本地給定。通過(guò)運(yùn)行iFix腳本命令，可以方便地修改給定值源地址實(shí)現(xiàn)這種功能。 成品料和返料的監(jiān)控中，主要是采集重力信號(hào)和速度信號(hào)，計(jì)算瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。系統(tǒng)中利用ADAM5510的COM1口擴(kuò)展了簡(jiǎn)單的鍵盤(pán)和顯示，可以方便進(jìn)行就地參數(shù)設(shè)定和測(cè)皮控制、標(biāo)定等操作。 3.3 報(bào)表和系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理 報(bào)表實(shí)現(xiàn)方法有多種，系統(tǒng)應(yīng)用VB6.0將EXCEL對(duì)象引入應(yīng)用程序，在已經(jīng)設(shè)定好的報(bào)表模板中加入自定義宏，屏蔽掉ＥＸＣＥＬ菜單欄及工具欄中無(wú)用的項(xiàng)目而僅留頁(yè)面設(shè)置、打印預(yù)覽、打印及退出4個(gè)項(xiàng)目，使操作人員可以方便操作。每天8:00整打印和存儲(chǔ)日?qǐng)?bào)表，報(bào)表內(nèi)容包括各種物料瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、返料量、成品量以及各點(diǎn)溫度、壓力等的歷史紀(jì)錄。歷史紀(jì)錄是按每半小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次生成的過(guò)去24小時(shí)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生日?qǐng)?bào)表，每月第一天計(jì)算出上月總量，日均消耗各種物料量等，生成生產(chǎn)月報(bào)表。 歷史數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、采集和顯示分別用iFIX的HTA、HTC和 HTD，每24小時(shí)生成一個(gè)文件存儲(chǔ)在硬盤(pán)上。通過(guò)趨勢(shì)顯示、歷史報(bào)告和數(shù)據(jù)分析，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行評(píng)估，不斷優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。 4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 系統(tǒng)在電源、上位機(jī)和E2500控制裝置兩級(jí)上都作了冗余設(shè)計(jì)。上位機(jī)兩臺(tái)工控機(jī)一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)熱備份，通過(guò)iFix開(kāi)發(fā)工具EDA編程互相監(jiān)控。兩臺(tái)工控機(jī)都通過(guò)RS-485通訊接口連接E2500。E2500系統(tǒng)中采用雙CPU模塊冗余技術(shù)，兩臺(tái)CPU模塊應(yīng)用程序相同，一臺(tái)CPU模塊周期性與另一CPU模塊通訊，超時(shí)未得到應(yīng)答則自動(dòng)轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)。 生產(chǎn)線上所有的設(shè)備都有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)，可隨時(shí)脫離控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到手動(dòng)操作模式，而不影響整條生產(chǎn)線的工作，便于設(shè)備維護(hù)，增進(jìn)了系統(tǒng)可靠性。 5 結(jié)束語(yǔ) 錦州特肥廠復(fù)合肥生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2000年全面投運(yùn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)使工廠生產(chǎn)、管理都提高到一個(gè)新的水平。由于系統(tǒng)已經(jīng)采集了生產(chǎn)線上大量數(shù)據(jù)，如何進(jìn)行深層次的數(shù)據(jù)挖掘和分析，是一個(gè)有意義的新的課題。