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）是世界上比較先進的控制器生產(chǎn)商和系統(tǒng)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的較高水平，該產(chǎn)品將計算機技術、工業(yè)控制技術、顯示技術、通訊技術融為一體，是近幾年來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)中的使用實踐，介紹一下2704控制器在工業(yè)現(xiàn)場控制中的應用。

2　2704簡介

　　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(xiàn)場提供模擬輸入輸出、數(shù)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)過程的控制，可操作性較好，接好線路之后，只要選用相應的功能模塊，在相應的菜單項中輸入數(shù)據(jù)即可工作。同時，2704控制器附帶有ITOOLS配置軟件，通過計算機就可以進行參數(shù)的設置，把繁重瑣碎的工業(yè)現(xiàn)場調試工作變得簡便輕松?？刂破鬟€具有與外界進行通訊的能力，提供RS485 4線通訊接口或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。

3　在生產(chǎn)中的應用

　　隨著金礦資源的不斷開采，比較容易回收的礦源越來越少，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)采用了上述先進的生物氧化含砷礦技術，該技術的主體工藝是細菌對礦物進行氧化，該工藝過程在氧化槽內完成，其主要的控制對象是氧化礦漿的溫度。氧化過程是放熱反應，如果溫度過高，熱量積累過多，就會導致細菌死亡率過高，造成氧化率降低；而溫度過低，則細菌活性下降，細菌的氧化率也會降低。氧化率的降低會使金的回收率降低，導致生產(chǎn)成本升高，不利于生產(chǎn)的正常進行。降溫過程由通在氧化槽內的冷卻盤管完成，反應中產(chǎn)生的熱量由冷卻盤管中流動的水帶走，從而達到降溫的目的。根據(jù)工藝的要求，如果要使氧化率保持在一個較高的水平，溫度應保持在某一個恒定值，偏差在±0．3℃，顯然，人工控制這一過程根本無法達到要求。若使用2704就可以很好地完成這一控制過程，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(zhí)行器由氣動控制碟閥和閥門定位器組成。

　　在該系統(tǒng)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），其溫度變化是一個大的滯后過程，非常緩慢，因此積分時間應適當延長，實際的工業(yè)現(xiàn)場影響溫度的因素很多，積分時間的選定采用現(xiàn)場湊試法，最后確定在300s。但應該注意的是，積分時間亦不可過長，如果積分時間設置太長，盡管輸出調節(jié)信號的變化很平穩(wěn)，但控制碟閥時較長時間地停滯于某一值上，容易造成閥門動作失靈。
　　在實際生產(chǎn)過程中，要經(jīng)常根據(jù)實際的環(huán)境溫度和控制效果來對控制參數(shù)作適當?shù)男拚ＷC控制系統(tǒng)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)過程控制中常見的控制方式，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行添加，該過程由三臺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接收送來的物料2的流量值，根據(jù)設定的比例，與控制器1送入的值相比較，通過PID算法輸出一個信號來控制物料2的閥門，實現(xiàn)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。該控制過程連續(xù)運行。
　　在實際使用中，執(zhí)行機構一般采用調節(jié)閥，如果采用開關閥，就需要修改控制器的有關配置。
3．3　2704控制網(wǎng)絡的組建
　　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，隨著網(wǎng)絡時代和信息社會步伐的加快，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)絡化成為了未來發(fā)展的一個必然趨勢。
　　在整個生產(chǎn)工藝過程中，共計使用了17臺2704控制器，同時采用了歐陸公司的2500輸入模塊40塊，監(jiān)控值有近百個。因此，選用了一臺計算機作為上位機，以實現(xiàn)對監(jiān)控值的采集、顯示、存儲、打印等功能，組成一個分散控制、集中管理的分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，這樣，一旦某臺儀表出現(xiàn)故障，也不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，又可以對整個生產(chǎn)過程進行集中的管理，滿足了現(xiàn)場和工藝對控制的高要求。系統(tǒng)框圖如圖3所示。