2704控制器在工業(yè)控制中的應用

【摘　要】　介紹了歐陸公司的2704控制器及其在含砷礦細菌氧化工藝控制中的應用。
關(guān)鍵詞：2704控制器，PID控制，含砷礦，細菌氧化

1　引　言

　　英國歐陸公司（EUROTHERM）是世界上比較先進(jìn)的控制器生產(chǎn)商和系統集成商。該公司的2704可編程控制器代表了當今世界工控技術(shù)的較高水平，該產(chǎn)品將計算機技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、顯示技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體，是近幾年來(lái)該公司在中國的主要推廣產(chǎn)品之一。本文結合在冶金企業(yè)中的使用實(shí)踐，介紹一下2704控制器在工業(yè)現場(chǎng)控制中的應用。

2　2704簡(jiǎn)介

　　2704控制器采用了工控業(yè)界較為流行的模塊結構，易于維護；可以提供三路PID控制及若干路的程序控制、串級控制；可以為工業(yè)現場(chǎng)提供模擬輸入輸出、數字輸入輸出、繼電器輸出，功能比較強大。特別是，2704控制器的顯示面板采用了120×160的電子發(fā)光屏，顯示信息全面、清晰，具有良好的人機交互界面。
　　2704控制器主要應用于溫度和工業(yè)過(guò)程的控制，可操作性較好，接好線(xiàn)路之后，只要選用相應的功能模塊，在相應的菜單項中輸入數據即可工作。同時(shí)，2704控制器附帶有ITOOLS配置軟件，通過(guò)計算機就可以進(jìn)行參數的設置，把繁重瑣碎的工業(yè)現場(chǎng)調試工作變得簡(jiǎn)便輕松?？刂破鬟€具有與外界進(jìn)行通訊的能力，提供RS485 4線(xiàn)通訊接口或RS232接口，支持PROFIBUS協(xié)議和MODBUS協(xié)議，可以很方便地與其他控制器和計算機組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )。

3　在生產(chǎn)中的應用

　　隨著(zhù)金礦資源的不斷開(kāi)采，比較容易回收的礦源越來(lái)越少，我們更多的是面對難以處理的、回收的含砷礦源。對于含砷礦的冶煉，目前工業(yè)應用中通行的方法有培燒法、加壓氧化法和細菌氧化法。其中，培燒法金的回收率比較低，并且污染環(huán)境；加壓氧化法成本較高，工藝操作復雜。相比之下，細菌氧化法是采用細菌氧化分解含砷礦物，使包裹金完全暴露，金的回收率較高，不污染環(huán)境，工藝成熟，是一種比較有前景的先進(jìn)方法。
3．1　2704在溫度PID控制方面的應用
　　某冶金企業(yè)采用了上述先進(jìn)的生物氧化含砷礦技術(shù)，該技術(shù)的主體工藝是細菌對礦物進(jìn)行氧化，該工藝過(guò)程在氧化槽內完成，其主要的控制對象是氧化礦漿的溫度。氧化過(guò)程是放熱反應，如果溫度過(guò)高，熱量積累過(guò)多，就會(huì )導致細菌死亡率過(guò)高，造成氧化率降低；而溫度過(guò)低，則細菌活性下降，細菌的氧化率也會(huì )降低。氧化率的降低會(huì )使金的回收率降低，導致生產(chǎn)成本升高，不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。降溫過(guò)程由通在氧化槽內的冷卻盤(pán)管完成，反應中產(chǎn)生的熱量由冷卻盤(pán)管中流動(dòng)的水帶走，從而達到降溫的目的。根據工藝的要求，如果要使氧化率保持在一個(gè)較高的水平，溫度應保持在某一個(gè)恒定值，偏差在±0．3℃，顯然，人工控制這一過(guò)程根本無(wú)法達到要求。若使用2704就可以很好地完成這一控制過(guò)程，達到控制目的。原理圖如圖1所示。
　　因為要保證送入控制器的溫度信號的準確性和高精度，對溫度檢測的要求比較高，選用了羅斯蒙特公司的溫度傳感器和智能溫度變送器。變送器到控制器采用4～20mA的電流環(huán)傳送，執行器由氣動(dòng)控制碟閥和閥門(mén)定位器組成。

　　在該系統中，控制器算法采用PI控制，采用微分反而容易造成自激震蕩。因為氧化槽體積較大（780m3），其溫度變化是一個(gè)大的滯后過(guò)程，非常緩慢，因此積分時(shí)間應適當延長(cháng)，實(shí)際的工業(yè)現場(chǎng)影響溫度的因素很多，積分時(shí)間的選定采用現場(chǎng)湊試法，最后確定在300s。但應該注意的是，積分時(shí)間亦不可過(guò)長(cháng)，如果積分時(shí)間設置太長(cháng)，盡管輸出調節信號的變化很平穩，但控制碟閥時(shí)較長(cháng)時(shí)間地停滯于某一值上，容易造成閥門(mén)動(dòng)作失靈。
　　在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，要經(jīng)常根據實(shí)際的環(huán)境溫度和控制效果來(lái)對控制參數作適當的修正，保證控制系統工作于最佳狀態(tài)。
3．2　2704在比值控制方面的應用
　　比值控制是工業(yè)過(guò)程控制中常見(jiàn)的控制方式，應用很廣泛，在本企業(yè)生產(chǎn)中同樣使用了比值控制。
　　在氧化槽的氧化反應過(guò)程中，需要添加三種物料，這三種物料需要按照一定的比例進(jìn)行添加，該過(guò)程由三臺2704控制完成，原理如圖2所示。

　　物料1的流量值送入控制器1，經(jīng)過(guò)比例變換后，輸出值分為兩路，一路送入控制器2，另一路送入控制器3，控制器2接收送來(lái)的物料2的流量值，根據設定的比例，與控制器1送入的值相比較，通過(guò)PID算法輸出一個(gè)信號來(lái)控制物料2的閥門(mén)，實(shí)現比值控制，可以達到很高的精度。物料3的控制與上述方法相同。該控制過(guò)程連續運行。
　　在實(shí)際使用中，執行機構一般采用調節閥，如果采用開(kāi)關(guān)閥，就需要修改控制器的有關(guān)配置。
3．3　2704控制網(wǎng)絡(luò )的組建
　　目前，工業(yè)控制已經(jīng)從單機控制走向了集中控制、集散控制，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )時(shí)代和信息社會(huì )步伐的加快，信息集中管理的需要也對工業(yè)控制器的連網(wǎng)提出了新的要求，工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò )化成為了未來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。
　　在整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中，共計使用了17臺2704控制器，同時(shí)采用了歐陸公司的2500輸入模塊40塊，監控值有近百個(gè)。因此，選用了一臺計算機作為上位機，以實(shí)現對監控值的采集、顯示、存儲、打印等功能，組成一個(gè)分散控制、集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò )控制系統，這樣，一旦某臺儀表出現故障，也不會(huì )影響整個(gè)系統的正常運行，又可以對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中的管理，滿(mǎn)足了現場(chǎng)和工藝對控制的高要求。系統框圖如圖3所示。