發煙硫酸汽車裝車系統的自動化改造

林仁華

（紫金銅業有限公司，福建龍巖 364204）

紫金銅業有限公司（以下簡稱紫金銅業）硫酸廠現有一條100kt/a發煙硫酸生產線，產出的發煙硫酸送往發煙硫酸庫儲存并進行汽車裝車銷售。利用酸罐與裝車點的地勢落差裝車，發煙硫酸由輸酸管道流經手動切斷閥、氣動切斷閥、裝酸鶴管和防溢流裝置對槽車進行充裝。人工操作裝車過程中存在以下問題：

1）發煙硫酸是危險化學品，嚴禁超載運輸，在充裝過程中一旦發生充裝過量，處理起來比較麻煩。裝酸鶴管配備防溢流裝置，該裝置液位檢測點高低不能自由調節，不能控制槽車充裝量。

2）裝車時發煙硫酸霧濃，防溢流檢測探頭存在著誤報等因素。

3）充裝槽車時，靠人工查看裝車的硫酸液位來控制裝酸量，工人勞動強度大，同時存在較大安全風險。

4）不能自動記錄充裝車次，也無法及時了解裝車發售發煙硫酸質量等數據。

為防止裝車時發生溢流泄漏、降低人員的勞動強度并有效保證人員安全、限制發煙硫酸超載裝車運輸、提升企業自動化控制水平，紫金銅業改造安裝了2套發煙硫酸汽車自動裝車系統。

1 基于PLC控制的發煙硫酸自動裝車系統

紫金銅業在原有自動切斷閥后裝酸管道上合適位置增裝了1臺一體式電磁流量計，增加了1臺帶觸摸屏的PLC控制箱，構成了發煙硫酸自動裝車系統。PLC控制器控制自動切斷閥打開，發煙硫酸儲罐的發煙硫酸通過裝酸管道依次流向手動切斷閥、自動切斷閥、電磁流量計和裝酸鶴管，向槽車進行定量充裝。裝車質量達到預設值時，自動關閉裝酸閥門，裝車完成。自動裝車系統設有防溢流與靜電接地設施，可有效地防止溢車、靜電打火現象[1]。裝酸鶴管端部帶有液位檢測探頭，一旦發生溢流，防溢流控制器將切斷閥門，并報警。

發煙硫酸自動裝車系統工作流程見圖1。

圖1 發煙硫酸自動裝車系統工作流程

該自動裝車系統具有以下特點：

1）采用橫河智能化一體型AXG電磁流量計作為發煙硫酸充裝流量的檢測裝置，該電磁流量計完全滿足自動裝車系統要求。

2）利用現有的庫存配件，PLC選用西門子的S7-200系列的CPU 224XP。西門子S7-200系統可靠性高、編程簡單、維修方便、通用性強。自帶有2路模擬量輸入和1路模擬量輸出，使用比較方便。由PLC控制的發煙硫酸自動裝車系統，相對于單片機式的定量裝車控制儀，其功能更強大，穩定性好。

3）觸摸屏選用Weinview的MT8101iE。觸摸屏與PLC串口通信連接，把裝車需要設置設定的控制參數傳給PLC處理，PLC把流量等數據傳至觸摸屏進行顯示并進行數據的記錄和操作。

4）裝酸自動切斷閥是原有的氣開式氣動閥，它接受PLC控制器的控制進行閥門開啟和關閉的動作，并把開到位和關到位的開關信號送至PLC控制器。

5）裝酸鶴管成套配置的防溢流裝置，液位超過允許高度時，裝在鶴管上部的防溢流液位開關聯鎖動作，發出控制信號至PLC控制器，關閉裝酸閥門停止裝酸，避免硫酸溢出，并報警提醒。

2 發煙硫酸自動裝車系統主要參數設置

汽車槽罐車裝酸量一般設定在30 t左右，發煙硫酸密度按1.89 t/m3計，該系統電磁流量計最大量程設為72 m3/h，每個脈沖對應0.020 m3。電磁流量計主要參數設置見表1。

表1 電磁流量計主要參數

3 發煙硫酸自動裝車系統控制過程

發煙硫酸自動裝車系統控制線路見圖2，操作界面見圖3。

圖2 自動裝車系統控制線路

圖2 中，S1為閥門開到位開關，S2為閥門關到位開關，S3為溢流開關，SB3為試驗按扭，KA2為閥門開到位指示，KA3為閥門關到位指示，KA4為報警指示。

發煙硫酸自動裝車系統控制過程如下[2]：

1）電磁流量計的累積流量以脈沖的形式傳送至PLC控制的高速計數端子I0.0，瞬時流量信號以4～20 mA電流的形式經500 Ω電阻轉換為2～10 V的電壓信號傳送至PLC控制器的AIW0端口。

2）PLC控制器接收并處理電磁流量計傳遞的流量信號，其中脈沖信號進入計數器計數，當計數器計數值達到預設的裝車質量時，關閉中間繼電器KA1，從而關閉自動切斷閥，裝車完成。瞬時流量信號經PLC控制器的A/D轉換和運算處理后于觸摸屏顯示瞬時流量。

3）觸摸屏與PLC控制器的串口進行通信連接，裝酸需要設置或調整的控制參數及操作指令由觸摸屏輸入，傳給PLC控制器進行處理。PLC控制器把流量等數據傳至觸摸屏進行顯示，并對操作數據和流量等數據進行記錄存檔。

4）裝酸自動切斷閥接受PLC控制器的控制，進行開啟閥門和關閉閥門的動作，并把開到位和關到位的開關信號送至PLC控制器。在PLC發出打開自動切斷閥的信號后，PLC未收到自動切斷閥開到位信號，自動將自動切斷閥關閉，停止裝車作業并報警。

5）裝酸鶴管成套配置的防溢流裝置檢測到溢流信號（開關量），防溢流裝置自動報警，并把溢流信號傳送至PLC控制器，由 PLC控制器關閉自動切斷閥，并進行報警記錄。

6）開始裝酸前現場需要在觸摸屏上確認“裝酸設定量”的值（見圖3），按觸摸屏“清零”按鈕將“裝酸計數量”清零；按下“裝酸”按扭SB1，中間繼電器KA1閉合，自動切斷閥閥門打開，開始裝酸。當PLC控制器接收到累計脈沖，計數到“裝酸設定量”的值時，PLC控制器斷電中間繼電器KA1，自動切斷閥關閉，裝酸完成。裝酸中途如果遇到問題，按 “停止”按鈕SB2，閥門關閉；“裝酸計數量”暫停計數，注意不要按“清零”按鈕。問題處理完后，按“裝酸”按鈕SB1，閥門打開，繼續裝酸，“裝酸計數量”繼續增加。該自動裝車系統設有“急停”開關SA，特殊情況下，不經過PLC控制器，直接關閉自動切斷閥，停止裝車作業并報警。

圖3 操作界面

計量和裝酸控制部分程序如下：

該自動裝車系統其他功能如下：

1）系統校正功能。因發煙硫酸密度隨季節、環境溫度等因素變化而變化，當“裝酸計數量”與實際過磅量差距較大時，需要適當調整“煙酸密度”的設定值。

2）歷史記錄功能。觸摸屏“歷史記錄”頁面按時間倒序記錄了系統進行清零、裝酸、停止、急停、開關液位保護、開關煙酸閥門等主要操作的時間記錄，還有裝車時間、次數和累計質量等數據的保存，必要時可在此頁面對操作過程進行查看。

4 實際使用效果

隨機抽取某天w(H2SO4)104.5%發煙硫酸自動裝車數據（見表2），其中實載量是罐車裝酸后質量減去罐車質量后的數據。該自動裝酸的控制精度高，取得了預期的效果。

表2 自動裝車數據

5 結語

該發煙硫酸自動裝車系統不僅裝車效率高，避免了少裝或多裝的現象，還降低了工人的勞動強度，安全性提高，環保性好，大大提高了管理水平。通過半年多的運用，自動控制系統達到了預期的效果。后期還可以增加溫度檢測，把溫度值送入PLC的AIW1端口，進行溫度補償，使裝酸質量的控制更加準確。為防止裝車過程中產生水擊現象和沖量現象，還可以通過更換自動切斷閥的執行機構、加裝智能閥門定位器、利用PLC的模擬量輸出端口，實現對閥門開啟和關閉的多段控制，使裝酸過程控制更加精準。