銅精礦氣力輸送系統PLC控制與維護

唐小雄

（中鋁東南銅業有限公司，福建 寧德 352100）

選擇氣力輸送裝置時，首先要對輸送物料的性質和料粒形狀、密度，輸送條件，輸送距離進行了解和研究。氣力輸送系統關聯設備較多，生產連續性要求高，控制邏輯合理性、可靠性是充分發揮出氣力輸送系統設備性能，保持穩定高效運行前提條件。本文以中鋁東南銅業銅精礦正壓濃相輸送系統為例，從工藝流程、系統主要設備、控制系統編程組態、系統調試和主要故障處理等幾個方面，對銅精礦氣力輸送系統PLC控制與維護方面進行探討。

1 銅精礦氣力輸送系統主要設備及工藝流程

1.1 銅精礦氣力輸送系統主要設備

主要包括輸送罐、儲氣罐、壓縮空氣總管流量計、手動插板閥、進料閥、進口柔性膨脹節、合金耐磨彎頭、加料倉流化裝置、出料閥、出口柔性膨脹節、輸送管件、濃相穩定助推裝置及管件、終端旋風接收器、泵稱重裝置、壓力變送器、接收料倉料位計、接收料倉的安全閥、配氣管道及控制閥門組件和PLC控制系統及內部電纜等。

銅精礦氣力輸送采用兩套氣力輸送系統，采用雙罐CD濃相輸送泵同時工作，交替輸送，共用一個輸送管道，任何一個CD輸送泵停止工作時，另一個CD輸送泵可獨立工作。每個輸送泵包括進料閥，輸送罐，出料閥，主氣閥、排氣閥、硫化閥、肩部閥，排堵閥、稱重裝置、配氣組件、氣控箱等。

1.2 銅精礦氣力輸送CD濃相輸送泵工藝流程

（1）進料閥門打開，出料閥門關閉，排氣閥門開啟，供料倉往輸送罐加料，精礦在重力作用下落入SCP泵中。

（2）銅精礦下落填充SCP泵持續加料至設定重量，進料閥門關閉，停止加料。排氣閥門同時關閉，輸送氣源打開，往輸送泵送氣加壓。

（3）當輸送泵壓力達到輸送壓力設定值時，出料口閥門打開，銅精礦物料在壓縮空氣推動下從輸送泵輸出輸送管道到銅精礦目標倉。

（4）當輸送泵內壓力降到設定值或重量降至設定值，輸送進氣閥關閉，出料閥關閉，旁通輸送氣路打開，將管道內物料繼續送至精礦目標倉，完成一個輸送循環。

（5）另一臺倉泵重復上述輸送過程，至此兩臺倉泵開始交替運行。

依據生產情況，在每臺料倉下方布置二臺7m3的SCP泵，每臺SCP設有出錐段流化、出料口流化，出口濃相穩定器，保證物料充分流化，不在管道中沉積。在輸送泵出口將管道合并為一根DN250輸送管道，輸送泵內物料交替通過DN250輸送管道進入目標倉，布置一臺160㎡的布袋除塵器處理煙塵，確保空氣排放達到國家標準。

2 PLC型號選擇和I/O模塊、通訊網絡選型

2.1 I/O點數的估算

I/O點數的估算：根據被控對象的IO信號分類匯總后的總點數，加上15%～30%的備用量。用戶存儲器容量的估算，用戶應用程序占用多少內存與許多因素（如IO點數、控制要求、運算處理量、程序結構等）有關。PLC還應考慮裝載存儲器容量，裝載存儲器保存用戶程序、標簽數據（符號表）、組態信息等數據，一般容量按用戶程序容量的兩倍考慮。考慮到與DCS系統兼容性，選擇西門S7-PLC 1200系列，開發軟件為博途(TIA PORTAL)。

2.2 通信模塊

氣力輸送系統采用以PLC為核心的完整的檢測、連鎖和保護裝置的獨立控制系統，實現對氣力輸送設備及其附屬系統啟/停的控制、正常運行的監視和調整以及系統運行異常與事故工況的處理；配套的監測（壓力、溫度、料位等）、設備運轉情況，現場控制箱，所有控制信號進入DCS系統，PLC系統采用和DCS系統相匹配Profibus DP通訊接口，設備自帶儀表通過硬接線接至PLC系統電控柜。

3 控制條件及要求

3.1 工藝設備條件分析

要做好氣力輸送程序設計，必須掌握原始條件進行分析，才能保證設備安全高效運行。銅精礦粉物料特性是硬度大，磨琢性強，腐蝕性強，受潮易粘結成塊狀，干燥后銅精礦物料溫度95℃～130℃。根據生產需要采用兩套輸送能170 t/h氣力輸送系統，每套輸送系統中配兩臺輸送罐，輸送物料水平長度約32m，提升垂直高度約45m，24小時連續作業。

銅精礦物料粒度決定氣力輸送的布置路線、輸送距離和選擇合適的氣流速度。輸送量還與工藝流程有關，可根據工藝要求選擇采用間歇式或者連續式輸送控制自由切換，在選用正壓濃相氣力輸送形式還應考慮裝置的可靠性，要估計氣力輸送一旦發生故障對生產和環境的影響。綜合考慮除塵設備性能，防止對大氣的污染，氣力輸送裝置除了要求能現場就地控制和調整參數，還要實現DCS系統集中控制和參數調整，由中央控制室進行遠程控制。還需充分考慮電氣控制設備選型，關聯設備聯鎖關系，氣源類型及儲氣罐安全裝置，實現上下游工藝設備連鎖，防止事故發生。銅精礦氣力輸送系統過程檢測與控制流程如圖1所示。

圖1 銅精礦氣力輸送系統過程檢測與控制流程圖

3.2 控制和數據顯示、報警信息要求

3.2.1 氣力輸送SCP泵由PLC控制

SCP泵的就地氣控箱內裝有觸摸屏，有電磁閥和壓力表數據信息，用于顯示SCP泵泵內壓力，并提供就地控制和顯示主控制畫面，包括有SCP泵的主啟動/停止/吹掃開關。

3.2.2 主控畫面

主控畫面包括以下操作員控制、指示和報警信息。SCP泵的主啟動/停止/吹掃開關。允許操作員啟動或者停止系統。當這個開關置于“啟動”位置時，SCP泵系統將正常運行。當這個開關置于“吹掃”位置時，SCP泵將在進料閥不打開的情況下進行循環。這個功能在系統維護過程中或者吹掃系統中的殘余精礦時使用。

3.2.3 SCP泵的控制啟動/停止開關

對于SCP泵，只有這個開關和主控畫面上的啟動/停止開關都置于“啟動”位置時才能運行，安裝在輸送空氣配氣管路空氣入口上的壓力表用于指示輸送管道內的壓力。程序設計需具有自動控制、就地手動控制、顯示界面參數調整控制三種方式。

4 銅精礦氣力輸送系統邏輯程序設計思路

SCP泵運行流程：輸送循環開始時，控制系統將檢查下列循環啟動聯鎖條件是否滿足。

（1）SCP泵就地氣控盤上的啟動/停止開關置于“啟動”位置。

（2）主控畫面上的啟動/停止/吹掃開關置于“啟動”或者“吹掃”位置。

（3）SCP泵內壓力小于0.3barg。

（4）輸送壓縮空氣壓力大于5.0barg。

（5）SCP泵進料閥關閉到位。

（6）SCP泵排氣閥關閉到位。

（7）銅精礦目標庫的高料位開關沒有被覆蓋。

（8）輸送管道確認可用。

（9）最小循環周期定時器已經計時完畢。

當上述條件均為真值時，將觸發一次輸送循環并且按照以下步驟運行：

步驟1：進料閥和排氣閥分別通過相應的電磁閥線圈得電開啟，同時啟動短填充定時器(30秒)、循環時間監視定時器(130秒)、最小循環周期定時器(151秒)和最大排氣定時器(90秒)。精礦將通過重力作用落入SCP泵內。同時出料閥將通過相應的電磁閥線圈得電關閉。

步驟2：當SCP泵內的料位開關已被覆蓋或者當短填充定時器已經計時完畢時，SCP泵的排氣閥通過相應的電磁閥線圈失電關閉，同時啟動過填充定時器(0.1秒)。如果料位開關被覆蓋或短填充定時器計時完畢以前最大排氣定時器已經計時完畢，則排氣閥通過相應的電磁閥線圈失電關閉。

步驟3：過填充定時器計時完畢時，進料閥將通過相應的電磁閥線圈失電關閉。

注意：如果在輸送循環開始時，SCP泵的料位開關被覆蓋或者啟動/停止/吹掃開關置于“吹掃”位置，則不開啟進料閥，循環從下一步驟繼續。

步驟4：當進料閥和排氣閥關閉到位，而且出料閥得電開啟，主進氣閥和流化進氣閥將分別通過相應的電磁閥線圈得電開啟。壓縮空氣進入SCP泵，泵內壓力上升。

步驟5：如果在輸送過程中泵內壓力升高到4.0barg時，主進氣閥和流化進氣閥將通過相應的電磁閥線圈失電關閉，直到泵內壓力降低到3.5barg以下時才重新開啟。

步驟6：精礦通過輸送管道進入終端灰庫。當安全輸送定時器計時完畢并且泵內壓力下降到0.3barg以下時，控制系統將發出輸送完成的信號，主進氣閥和流化進氣閥將通過相應的電磁閥線圈失電關閉。同時啟動循環復位定時器(3秒)。

步驟7：當循環復位定時器計時完畢，則輸送循環完成。如果在循環過程中，任何一個啟動聯鎖條件變為非真值，則本次循環將繼續進行到完成，然后系統將停止，直到所有的啟動聯鎖條件重新變為真值。例如，系統啟動時進料灰斗的料位計是被覆蓋的。如果在循環過程中，這個料位計變為不被覆蓋，這個條件將被忽略而不會使循環停止或者復位。通過PLC程序鎖定循環啟動指令實現。

當發生一個故障，允許循環執行到下一步驟，然后循環進程將被掛起，直到聯鎖條件為真值后，才循環將繼續執行下一步。下一步驟循環進程的循環信息將被鎖定，使得出現故障，隨后的聯鎖條件變為非真值時，循環不會停止或者倒退。閉鎖在循環末的循環復位定時器運行過程中解除。

5 主要故障及維護

5.1 系統報警

當設備啟動不起來，發生報警時報警指示燈會亮起，觸摸屏上會出現具體的報警信息。這時候需要到現場檢查對應的閥門開關狀態。

（1）平移閥有沒有發生漏氣現象，導致壓力反饋開關壓力達不到；

（2）閥門被灰塊或者異物卡住；

（3）儀表氣源壓力確認。

出現閥門卡住的情況，在現場控制箱找到對應電磁閥，手動按下紅色的按鈕把閥門打開，之后打開進氣閥們手動吹掃一遍。再關上閥門看看報警是否消除，未消除需把電磁閥進行復位。

5.2 堵管處理

排堵堵管的界定：在輸送過程中，當輸送時間超過正常輸送時間2倍～3倍并大于30分鐘，輸送壓力較高并沒有明顯下降趨勢，該輸送就判定為失敗（既發生堵管）。當自動排堵閥反復的開關狀態、壓力始終下不來的時候需要按下吹掃按鈕開始吹掃管道，停止輸送當壓力下降到0.2 barg時候不再上升，則排堵成功。在上述方法無法排除堵管時，單擊觸摸屏上強制停止按鈕，整套設備會立刻停止，各閥門都關閉。此刻把每個閥門都打到就地，手動操作每個閥門打開或者關閉。把主進氣和出口補氣大約一分鐘左右聽氣旋那塊有沒有嘩嘩進氣的聲音有的話說明已排堵，沒有的話繼續吹掃。期間可以觀察壓力表變化情況，確定管道有沒有疏通。重新落料時，可以將落料時間和循環間隔時間設置較小的參數，并逐漸增加。

5.3 其他維護事項

（1）當觀察輸送曲線壓力頻繁的升高壓的時候或者壓力曲線下不來需要停止設備運行，吹掃一下管道。

（2）空壓機含水的問題，每天巡檢檢查過濾調壓器是否含水，防止水進到氣缸了導致氣缸失靈，減少閥門使用壽命。

（3）當設備出現故障的時候需拆卸閥門時，倉泵壓力必須低于0.2公斤，防止發生人身危險。

（4）現場的壓力表和壓變要定期的檢驗。

（5）定期要查看輸送歷史曲線，觀察輸送的情況。

6 結語

一套氣力輸送系統PLC控制系統的設計、選型，應根據工藝系統的組成、設備布置、操作要求等方面的情況，從系統規模、控制功能的要求、網絡互連及可靠性、擴展性、性價比等方面確定系統的配置；控制邏輯和聯鎖條件要充分考慮上、下流程設備狀況，壓力容器，正壓濃相輸送粉塵物料要充分考慮可能出現突發情況，防止安全環保事故發生。