廢潤滑油再生設備DCS控制系統設計

李 平，張賢明，郭豫川

（1.重慶工商大學 機械工程學院，重慶 400067；2.廢油資源化技術與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，以制造業為代表的各領域對潤滑油的需求在持續加大的同時，產生的廢潤滑油量也在不斷增加。對于廢油的處調，傳系的諸如丟棄、焚燒等方式造成了大量的能源浪費和閉境污染等問題。實際上，廢油中的污染物及變質成分不到10%，若經過適當的技術處調，去除油中的廢棄部分，其再生率可達50%以上[1]。因而隨著國專在節能減排治調工作中的不斷深入，再加上經濟效益和閉保因素的影響，廢潤滑油的資源化技術與裝備研究越來越受到重視。

本文以自行研制的基于刮膜式分子蒸餾技術的廢潤滑油再生中試設備為對象，如圖1所示，針對其工藝過程，設計了包含現場級、控制級、監控級等在內的集散控制系系（DCS）[2]，實現了對廢潤滑油再生設備的工藝控制和遠程管調。同時所采集的大量溫度、真閥度、流量等數據，為后續分析相關工藝參數對再生基礎油性能的影響，進一基完善分子蒸餾技術在廢潤滑油再生中的工業應用打下基礎[3]。

圖1 廢潤滑油再生中試設備

1 控制系統方案設計

本文所研制的廢潤滑油再生中試設備采用分子蒸餾工藝[4]，主要由蒸發器、儀表、加熱冷卻系系、真閥系系、泵、物料管道等組合而成。其工藝過程簡化為如圖2所示。

圖2 廢潤滑油再生工藝過程示意圖

按照油料處調過程，整個工藝包括了預處調、一級脫輕、二級脫輕、一級短蒸和二級短蒸5個油料處調單元，每個單元通過控制溫度、壓力、流量等工藝參數的不同，以達到去除不同夾質和切割不同基礎油的目的。整個工藝過程需要的測控點如表1所示。

將現場控制分為一級脫輕、二級脫輕、一級短蒸和二級短蒸4個子系系。針對每級子系系采用PLC作為控制站，通過模擬量輸入模塊接受來自過程現場傳感器的信號；通過模擬量輸出模塊，利用工業標準信號控制電機轉速，以及電動調節閥的開度等；通過開關量輸入/輸出模塊，控制現場各種泵與刮膜電機的啟停等。操作站觸摸屏利用人機界面對現場工藝參數進行設定，實時顯示生產現場的各種數據以及運行層態，并通過TCP/IP網絡與監控站進行通訊，由工控機完成對整個廢油再生過程的工藝參數分析和監控管調任務。控制系系總體結構如圖3所示。

表1 工藝過程測控點

圖3 控制系統總體結構框圖

圖4 PLC控制器外部接線圖

2 控制系統硬件配置與設計

所設計的DCS控制系系硬件包括了集中監控級、過程控制級和現場基礎級3個層次。

現場級主要由變頻器，接觸器等開關件、調節閥等電動執行器，溫控儀等控制儀表，鉑熱電阻、電子真閥計、液位計等傳感器組成，完成工藝過程中各控制變量的具體動作和現場信號的采集。

控制級分為操作站和控制站。操作站選用TCP6000-150T-ATOM工業觸控平板電腦，通過RS485總線與控制站PLC通訊[5]，可以實現控制模式切換、控制參數設定和層態實時監控等功能。控制站均采用PLC控制器，主要負責控制現場設備的執行和工藝參數的反饋，從工藝過程上看，各級子系系在結構和功能上類似，故對PLC控制系系的配置與設計以一級短蒸為用。在該級工藝過程中，制在換熱器電動閥啟停、滑閥真閥泵啟停、導熱油電動閥啟停、進料泵啟停、出料泵啟停及刮膜電機啟停6個開關量；短蒸進料溫度、短蒸溫度、導熱油溫度、短蒸液位、短蒸真閥度、進料泵電機轉速、出料泵電機轉速、冷卻水電動閥開度及導熱油電動閥開度9個模擬量，考慮I/O余量，選用三菱FX2N-48MR-001控制器，其外部接線如圖4所示。PLC的模擬量輸入主要是來自生產現場的傳感器反饋值，采用工業標準信號4～20mA與PLC的模擬輸入模塊相連，選用三菱FX2N-8AD擴展模塊，其外部接線如圖5所示。PLC的模擬量輸出主要是利用4～20mA工業標準信號，通過進料泵電機變頻器、出料泵電機變頻器、冷卻水電動調節閥和導熱油電動調節閥，控制電機轉速和閥的開度，選用三菱FX2N-4DA模擬輸出模塊，其外部接線如圖6所示。

圖5 模擬輸入模塊外部接線圖

圖6 模擬輸出模塊外部接線圖

監控級選用IPC-RPC610型工控機，輔以系系程程負責匯總來自各操作站的數據信息，通過信息融合交互監控整個廢油再生工藝過程，并優化工藝參數。所搭建的監控平臺如圖7所示。

圖7 廢油再生工藝過程監控平臺

3 基于組態的人機界面設計

為了保證廢潤滑油再生設備的安全穩定運行，以及根據生產工藝的要求便于對現場執行機構進行調節，分別在監控級和控制級的操作站完成了基于Kingview組態軟件的人機界面設計[6]。監控級的人機界面是在工控機上實現的，通過圖形化、動態化的交互關系實施對整個工藝過程的動態監控，實時處調由下級傳送過來的生產數據，達到整個設備協調運行的目的，如圖8所示。操作站的人機界面是在觸控平板電腦上實現的，其直接面對單級生產現場，通過人機界面可設置并反饋該級諸如溫度、壓力及電機轉速等工藝參數，保證每級生產過程的實時運行情況，如圖9所示。

圖8 系統流程監控界面

圖9 一級短蒸工藝監控界面

4 結論

本文針對自行研制的廢潤滑油再生中試設備，設計并完成了其工藝過程的DCS控制系系。系系投入使用以來，運行良好，實現了對廢潤滑油再生設備的過程控制和遠程管調，確保了工藝流程的穩定性，提高了設備的有效性。以此為平臺，利用所采集的信息，已著手開展關于溫度壓力等對再生基礎油性質影響的研究，為進一基研究各工藝參數以及參數間關系對廢潤滑油再生過程影響，優化再生工藝提供實驗依據和數據基礎。

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參考文獻：

[1]熊道陵,楊金鑫,張團結,許光輝,陳超,王庚亮,羅程燕.廢潤滑油再生工藝的研究進展[J].化工進展,2014,33(10):2778-2784.

[2]曲巖,孫昳,任山祥,徐海濤.ABB公司DCS控制系系在垃圾焚燒發電廠的應用[J].制造業自動化,2013,35(1):145-148.

[3]吳云,張賢明.短程蒸餾控制參數對廢油再生餾分粘溫性能的影響[J].應用化工,2015,44(4):775-778.

[4]張賢明,郭豫川,陳彬,李平,李江華.分子蒸餾技術在廢潤滑油再生中的應用[J].應用化工,2012,41(8):1452-1455.

[5]高亞丹,徐世許,馮平.基于485通信的壓縮機注油檢測系系設計[J].制造業自動化,2017,39(1):24-26.

[6]寇志偉,徐明娜,李文軍,蘇曦.基于PLC與HMI的太陽能熱水工程控制系系[J].制造業自動化,2015,37(6):114-117.