本文对化工系统原料（复合肥）的储运和配料的自动化配料控制器、状态检测及故障诊断报警系统、实时动态称重配料控制系统、料位检测技术、自动控制定位的可逆配料设备、卸料装置、物料排堵新工艺等进行了研究, 成果应用到大庆工程中, 效果良好, 达到国际同类系统的先进水平。
1　研究目标、内容及指标
1.11　研究目标及内容
本项目的研究目标是全面完成大庆石油化工总厂30万t/a复合肥装置储运系统、自动配料系统项目合同规定的内容, 研究开发适合化工系统的机电一体化系统、自动控制器、实时监控报警系统, 技术水平达到国内领先, 替代进口。
本项目物料储运、配料控制系统集机、电、仪、信息技术于一体, 涉及物料自动搬运 (自动输送) 与储存、信息自动识别、数据采集与通讯、实时监控、系统集成、系统仿真等多种技术及设备, 是自动化、信息化、智能化的成套系统。其主要功能是根据各种不同生产工艺的要求, 准确自动地实现氮磷钾3种基础原料及填料的储运、装卸、输送、存储、配料、混料和造粒等工艺过程。主体设备为各种粉体工程设备和自动化控制与计算机监控管理系统。
为了达到预期目标, 需就如下几方面进行研究:
(1) 系统设备配置的优化设计;
(2) 自动化控制器的研究;
(3) 实时状态检测及故障诊断报警系统研究;
(4) 化工物料漏斗堵塞问题的研究;
(5) 适合化工物料料位检测设备的合理选取;
(6)成品料输送过程中, 降低成品料的破损率的研究
(7) 研制合理设备, 提高料库容量的利用率
1.12　技术指标
(1) 系统生产能力原料上料系统:80t/h; 复合肥（尿素）上料系统:80t/h; 原料配料部分:20t/h(每台给料机); 成品至散料库部分:70t/h; 成品至包装楼部分:135t/h。
(2) 称量精度给料机配料精度:015%; 皮带秤计量精度:015%。
(3) 自动化监控系统操作方式为现场手动操作、DCS系统远程单动操作和DCS系统远程顺控操作3种方式; 实现实时状态检测及故障诊断报警。
2　储运和配料技术研究
大庆石油化工总厂30万t/a高浓度复合肥装置是国家重大项目,NPK复合肥生产工艺采用法国K-T公司的先进技术, 我所承担了原料储运和配料2大系统。
2.11　储运系统和配料控制器组成
2.1111　储运系统储运系统包括原料运输系统、NPK成品输送系统及除尘系统
原料运输系统是将氯化钾、磷酸一氨、重钙和填料等原料, 通过拆包经刮板输送机上料至散料库。NPK成品输送系统是将由NPK车间生产出的成品输送到成品散料仓库以及由成品散料仓库输送到成品包装楼。除尘系统主要是消除原料拆包及上料系统各部分粉尘, 改善工作环境。
2.1112　配料控制器包括原料上料系统、配料控制器系统及尿素输送系统,原料上料系统把氯化钾、磷酸一氨、重钙和填料等由带式输送机输送到NPK装置界区内, 进行筛分、破碎后, 由提升机及旋转分料器分别输送到各原料储料仓储存。原料配料控制器的料仓下均安装料仓出料定量给料机, 通过胶带调速, 根据不同配方所需流量准确地将物料加入到混料带式输送机中进入下道工序。
尿素上料在厂房内进行拆包、上料, 由埋刮板输送机、斗提机和三通阀门分别送至尿素储料仓储存。尿素储料仓下均安装有惯性振动给料斗、手动闸扳阀和气动闸扳阀。通过惯性振动给料斗加料到带有电子皮带秤的带式输送机上, 进行实时在线计量, 再通过四通漏斗按照需要进入不同的尿素溶解槽中。
2.1113　储运、化肥配料的电气系统
由硬件与软件2部分组成。
系统硬件:
(1) 工控机采用西门子 PCIL40P4系列工业控制计算机,用于系统监控管理。
(2) 可编程控制器采用西门子S7300系列PLC, 完成对执行机构的控制。
(3) 定量给料机及电子皮带秤采用ICS-DT-5A称重控制仪, 完成所配物料的称重与控制。
系统软件:
(1) 组态软件 (系统监控管理软件) 　主要完成系统全自动运行下的工艺流程及外围设备运行状态的监控管理, 并编译输出各种原料用量的日、月、年管理报表。
(2) 通信软件　完成称重配料控制仪表、PLC、工控机及DCS系统之间的信息交流。
(3) 可编程控制器执行软件　根据工艺要求, 完成对执行机构的动作控制。
2.1114　储运、配料的监控管理系统该监控管理系统在计算机画面上显示各个设备的运行状态、故障信息及配方输入和生产报表管理。
(1) 储运系统计算机画面分为“储运上料”、“储运堆料”、“成品堆料”和“成品出库”4个画面。在各个分画面里, 点击相关按钮可以进入其他储运分画面。也可按“配料”等配料控制器画面按钮进入配料系统监控画面。按“报表”按钮可以进入“储运及配料控制系统报表”分画面。
(2) 配料控制器画面分为“配料”、“原料上料”、“尿素”、“设备连动设置”和“配方管理”几个部分。其中配方管理又分为按K-T公式计算配方和“手动配方”2部分。
2.12　控制系统主要功能
(1) 上位机监控管理
生产配方的计算、储存及发送; 生产报表的生成及打印; 设备报警信息的管理; 设备运行状况的监控。
(2) 料位测量及报警
采用缆式导向微波物位计对料仓料位进行连续测量; 每只料仓可设置低料位、高料位及高高料位3个报警点。
(3) 通讯方式PLC与DCS
系统通过MODEBUS 进行通讯;PLC与上位机通过PROFIBUS进行通讯; 上位机与给料机仪表及皮带秤仪表通过RS485接口进行通讯。213　项目特点(1) 规模大项目总投资115亿元, 原料储运、配料和电气系统及监控管理系统总合同额847万元。工艺复杂、技术难度大NPK生产采用法国K-T公司的先进工艺, 工艺复杂, 所涉及的设备种类、品种多, 技术难度大。
(3) 自动化控制程度高
采用DCS对原料储运、配料控制器进行自动控制, 随时观测各料仓的时实模拟料位状况、系统各设备工作状态及其报警, 对定量给料机配料量进行自动控制及调节, 并进行计量、统计, 形成报表,通过打印机打出。
(4) 制造精度、配料精度高
定量给料机及电子皮带秤的称重精度为0.15%。
3　自动配料技术创新及成果
(1) 自动控制定位的可逆配料设备通过研发并采用自动控制定位的可逆配料设备, 变化不同卸料位置来提高成品库的利用率, 减少成品库的占地面积, 节约了成本。
(2)“之”字形卸料装置成品产品品质的好坏, 与成品的破损率有很大关系。在成品料输送过程中首次采用网格“之”字形卸料装置以降低成品料的流速, 同时大大减小了成品料的跌落高度与冲击力, 降低了成品料的破损率。
(3) 自动化控制、状态检测及故障诊断报警系统在PLC系统及组态软件基础上开发了工程应用软件, 由监控机随时观察各料仓的时实模拟料位状况、系统各设备动作状态及其监控报警, 对定量给料机配料量进行自动控制及调节, 并进行称重、统计, 形成报表, 通过打印机打出。
(4) 缆式导向微波物位计首次在化工复合肥行业采用缆式导向微波物位计, 很好地解决了昔日采用其他料位计因粉尘、潮解等因素对信号测量的影响, 完成动态监测原料仓高、中、低料位的功能。
(5) 采用新工艺, 解决物料堵料问题物料堵料对于任何工程都是一件头疼的事。本项目采用惯性振动给料斗与空气炮清堵装置、流化装置的有机结合新工艺, 解决了化工行业原料料仓粘性物料的堵料问题。
(6) 降低粉尘污染, 改善工作环境为了减少物料下落时飞溅产生的粉尘, 首次在输送设备出料处设置自动变角卸料装置。该卸料装置可根据料堆高度的具体情况, 自动调整卸料角度, 降低卸料高度, 以达到降低粉尘的目的, 同时又在卸料口处配设除尘器除尘, 改善工作环境。
4　结束语
复合肥储运系统和配料控制器从投入运行至今, 已安全运行1年多, 使用表明, 配料控制系统设计合理, 运行安全可靠, 自动化程度高, 操作方便, 完全达到设计要求, 收到较好的经济效益。该系统及关键设备研制成功并推广应用后, 完全可以替代进口, 为国家节省大量建设资金和外汇。随着该项目成果的进一步推广, 应用领域的扩大, 将使我国散料输送技术的发展与国际接轨。该项目取得的成果亦可应用在矿山、钢铁、建材、港口码头等领域。

作者: 许晓晖　张尊敬

深圳市卓禾仪器有限公司是一家专门从事称重仪表和全自动包装码垛生产线的研发及生产的高新技术企业，所生产的JY500系列称重显示控制器（包括配料秤仪表、皮带秤仪表、包装秤仪表、重量变送器等）高速高精度，使用寿命长。卓禾仪器有十数年的现场校验经验，在业内有良好的口碑，且有专门的售后工程师帮忙解决产品使用过程中遇到的技术问题，客户可以放心省心顺心的使用我司的产品。如果对我司的产品感兴趣，欢迎咨询。