ControlLogixTM系统在管道化控制系统中的应用

1 引言
管道化溶出装置是从原西德引进的一套铝冶炼世界先进技术之一，它具有能耗低、产量高、工艺简单的特点。管道化溶出装置就是将原矿浆通过熔盐加热后(365℃)形成偏铝酸钠的溶液，再经过沉降、过滤，分解培烧后生产出合格氧化铝。在整个工艺过程中对建立热平衡是关键，对压力、温度、液位以及熔盐炉的自动控制技术要求较高。它影响整个工艺产品的性能和质量，因此对其系统进行全面分析和改造十分重要。

2 系统存在的问题分析
根据系统长期发生的故障分析，控制系统主要存在以下几个方面的问题。
2.1 熔盐炉的自动控制
熔盐炉有十几个联锁控制点，经常出现点不着炉的问题，风量不足、点火困难、补油通过量少、粘度大、蒸汽比例调节阀失控，上内、上外、下外的温度报警连锁，加热量不足。
2.2 隔膜泵的自动控制
隔膜泵有十几个连锁点，任何一个连锁点出现问题隔膜泵都无法启动，P1、P2停留罐压力误报、连杆温度误报、补油量不足，减速机油量小等原因造成停车。还有计算机系统控制不稳定，波动量较大。采样点设置不合理，准确灵敏度较低。
2.3 塔架自动控制
无法实现向蒸发器液位的自动控制，影响建立良好的系统液位，无法保证液位的控制，以致于经常出现液位较高，是BWT段(泛汽加热段)带料,造成K系统含碱超高，影响到沉降系统的稳定，对氧化铝工艺生产稳定带来破坏。
针对上述问题，综合要解决:
(1) 液位、压力、流量、密度的监控问题;
(2) 母液、矿浆泵等的速度控制控制问题;
(3) 进出口料浆温度、冷却水温度、进出口熔盐温度、停留罐料浆温度、出口乏汽温度等的精确监控。

3 自控系统改造方案
按照工艺要求的条件，确定信号采样点，将信号传输到DCS系统。通过执行达到控制对新的要求。通过对整个系统的综合分析，把系统分为三大部分，即:
(1) 主控室，安装四台操作站，一台PLC主站，一个从站，主要对风机、泵类变频器的控制和监控，此部份共有:AI:30点，AO:13点，D1:105点，DO:36点;
(2) 塔架部份，此部份建立三个PLC分站，主要完成，各个主要工作点温度，液位、电导率等及电动阀的控制。共有:AI:103点，AO:15点，D1:15点，DO:13点。
(3) 隔膜泵部份，此部份一个PLC分站，一个隔膜泵监控站，主要完成对隔膜泵膜片检测、油压、各种槽液位、密度、压力、轴承温度等的监控，共有:AI:63点，D1:18点，DO:2点。
根据管道化溶出对控制要求的高安全性和可靠性特点，经全面研究和论证，系统采用美国AB公司最新的Controllogix5000 PLC以及采用通讯速度快，具有冗余的Controlnet通讯网络。
系统的通讯整体结构如图1所示:

图1 通讯整体结构图

系统各采样点的检测和控制如图2所示:

图2 采样和调节框图

4 ControlLogixTM系统结构介绍
系统PLC CPU采用的是:1756-L55M23。Log- ix5000系列产品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太网等网络结构。管道化控制系统采用了ControlNet冗余通讯网络，它具有独特、先进、高效的Producer/Consumer技术，冗余、开放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传输速率达5MB/S。ControlNet能够可靠发送数据，具有高度的确定性。
工控机内安装通讯卡，型号为1784-KTCX，与PLC之间通过ControlNet网进行通讯。通过Rslinx软件可以方便地设定内存地址、站地址、中断号等参数。上位机通过1784-KTCX网卡与1756-CNBR/D通讯模板互相连接。1756-CNBR/D冗余模板联结两条网络主干线，通讯模板随时接送两条传输通道上的数据传输并检验。
整个系统在主控制室设四台上位操作站，隔膜泵控制室设一个上位操作站，下位在主控制设一个PLC主站，一个PLC从站，塔架设三个PLC从站，隔膜泵控制室设一个PLC从站。所有站通过CONTROLNET冗余网络通讯。
该系统由现场PLC完成数据采集、数据处理、控制运算、控制输出等功能，与上层设备的信息交互通过现场总线进行，现场PLC单元通过现场总线和网桥设备与上层管理设备相连，向上层网络传送所要求的监控数据、系统运行信息和状态，在上层网络的监控计算机中以文字、列表、曲线、图形和动画的形式显示现场数据、变化趋势、故障情况和报警状态，为管理人员的操作提供可靠，准确的实时信息;同时现场PLC单元接收上层管理下发的命令，进而实现整个系统的远程监控系统。

5 结束语
改造后的系统效果显著。隔膜系统出口压力波动小,隔膜泵跳停少，对隔膜泵的进料量影响小;泛汽加热段的温度控制(BWT段)温度稳定, 建立良好的热平衡;使隔膜泵的进料达到了300m3/小时;溶出率达到90%以上;消除K7系统带料(含碱)的问题;保证了熔盐加热温度;确保了矿浆溶出温度;建立了整个系统的热平衡,给下一道工序沉降创造了条件;操作更加简单方便;实现了自动化控制。
需进一步开发和解决的问题包括核定各采样点的参数;模拟信号改为数字信号,确保参数的准确性;消除分站传输各种干扰信号的影响，程序控制的进一步优化。