Система автоматизации вакуум-кристаллизационной и сгустительной установки обогащения карналита

УДК 681.5

СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ВАКУУМ-КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ И СГУСТИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ОБОГАЩЕНИЯ КАРНАЛИТА

Е.В. Галинова

Пермский государственный технический университет

В статье рассмотрены вопросы построения системы автоматизации вакуум-кристаллизационной и сгустительной установки обогащения карналлита на КОФ СКПРУ-1 ОАО «Сильвинит».

Обогащение карналлита осуществляется галургическим методом, который основан на изменении совместной растворимости KCl, NaCl и МС1г в воде при различных температурах. В горячем водном растворе хлористый магний обладает большей растворимостью, чем хлористый калий и натрий.

Галургический цикл включает операции выщелачивания (растворения) карналлита из руды горячим растворяющим щелоком, нагревания растворяющего щелока от температуры 60-75 °С до температуры, при которой производится растворение (110-115 °С), осветления и очистку горячего насыщенного раствора от содержащихся в нем взвешенных частиц соли и глины, охлаждения полученного концентрированного раствора в вакуум-кристаллизационной установке (ВКУ) с выделением кристаллов MgCl2, отделения MgCl2 от маточного раствора центрифугированием. Обезвоженные кристаллы MgCb поступают на сушку и отгружаются потребителю.

Главная особенность обогащения карналлита состоит в относительно невысокой скорости протекания технологического процесса и его непрерывности. Организация такого способа производства будет более эффективной в случае автоматизации, поскольку процесс будет идти равномерно, сократится численность обслуживающего персонала, увеличится срок службы оборудования, повысится качество готовой продукции при тех же затратах на сырье, увеличится производительность аппаратуры. Также следствием автоматизации производства

можно считать облегчение условий труда и снижение себестоимости обогатительного производства.

Автоматизация вакуум-кристаллизационной и сгустительной установки заключается в автоматическом контроле и регулировании температуры и давления в вакуум-кристаллизаторах, автоматическом контроле параметров воды, подаваемой на барометрические конденсаторы, автоматическом регулировании плотности сгущенной пульпы карналлита, контроле уровней щелока, фильтрата и пульпы в соответствующих емкостях путем установки контрольно-измерительных приборов и регулирующих устройств.

К системе автоматизации процессов обогащения карналлита предъявляются следующие требования.

Система автоматизированного управления должна:

1. Вести постоянный контроль над технологическим процессом, состоянием технологического оборудования;

2. Обеспечить возможность управления процессами и оборудованием с помощью средств полевой автоматики;

3. Обрабатывать показания аналоговых и дискретных датчиков и вести мониторинг технологического процесса с помощью пультов управления;

4. Производить диагностику и сигнализацию нарушений и аварийных ситуаций с их протоколированием;

5. Обеспечить возможность дистанционного управления регулирующими исполнительными механизмами, запорной и регулирующей аппаратурой; пуском-остановом приводов насосов и вентиляторов, а также ведение истории их состояния;

6. Вести локальное регулирование, в основном автоматическая стабилизация технологических параметров (расход, уровень и т.п.);

7. Производить расчет и прогноз сводных технологических и технико-экономических параметров и оперативный контроль над ними в часовом, сменном и месячном разрезах;

8. Обеспечить связь с существующей общезаводской управляющей сетью;

9. Производить хранение и представление значений измеренных и расчетных величин.

Системой также должен обеспечиваться обмен информацией между создаваемым комплексом и существующей на предприятии локальной сетью через систему связи типа Ethernet: оборудование, алгоритмы обмена информацией и программное обеспечение со стороны

комплекса. Кроме того, системы управления различными процессами карналлитовой фабрики должны иметь возможность объединения в централизованную систему управления всего предприятия, т.е. проектируемая САУ должна предусматривать возможность работы в общей системе управления.

Исходя из этих требований, в качестве управляющего вычислительного комплекса для создания АСУ ТП процессов вакуум-кристаллизации, сгущения и центрифугирования предлагается использовать микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-300 фирмы Siemens (Германия). САУ на их основе отличаются гибкостью и высокой надежностью. Кроме этого, применение однотипных систем управления процессами позволяет без труда объединить их в централизованную систему управления без применения каких-либо специальных дополнительных согласующих устройств и программного обеспечения.

В состав контроллера входит процессор CPU 315 2DP, отличающийся высоким быстродействием и большим объемом ОЗУ. Процессор предназначен для обработки по заданной программе информации, поступающей с датчиков, а также для управления модулями контроллера. Контроллер комплектуется различными модулями ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, коммуникационными процессорами для подключения контроллера к сети Ethernet. Программирование контроллера можно осуществлять с переносных программаторов (PG), имеющих для этого соответствующее программное обеспечение, через сервер; либо с помощью карты памяти контроллера (ММС), программа пользователя на которую записывается с любой ПЭВМ, имеющей пакет для программирования STEP 7 версии 5.1 или выше (фирмы SIEMENS).

Контроллер, АРМы и серверы объединены дублированной сетью Ethernet, для чего установлено два коммуникационных модуля, в контроллере - два коммуникационных процессора.

Сеть Ethernet построена на базе электрических коммутаторов ESM ТР80 фирмы SIEMENS, к которым подключаются терминальные устройства (контроллер, АРМы, сервер) через TP-порты. Модули ESM ТР80 соединяются между собой через порты RJ45 FC (Fast Connect) -витая пара, образуя промышленную сеть SIMATIC NET Ethernet со скоростью передачи информации 100 Мбит/с, объединяющую контроллеры управления, АРМы операторов-технологов и сервер БД. Через оконечные электрические коммутаторы, установленные на щите управления, организуется связь с общепроизводственной локальной сетью Industrial Ethernet.

Электрический коммутатор ESM ТР80 имеет 8 TP-портов, что позволяет подключать к нему до 8 терминальных устройств или других ESM или OSM модулей. Два порта коммутатора предназначены для резервирования и синхронизации сетей. На модулях ESM для увеличения надежности могут быть созданы кольцевые конфигурации.

Дублированный АРМ оператора-технолога выполнен в виде двух IBM-PC совместимых компьютеров, установленных в операторной. Оба компьютера АРМа машиниста функционально идентичны. При выходе из строя или выводе в ремонт или в режим регламентного технического обслуживания одного из компьютеров АРМа управление может производиться со второго компьютера. Для подключения к дублированной сети комплекса каждый из системных блоков имеет по два интерфейса Ethernet, работающих со скоростью 100 Мбит/с. Из прикладного программного обеспечения на каждом из компьютеров АРМа машиниста функционирует программа сервера приложений и программа визуализации (SIMATIC WinCC). Для контроля текущего состояния и управления технологическим оборудованием оператору предоставляется информация в виде мнемосхем, графиков, таблиц и гистограмм разной степени детализации.

АРМ оператора-технолога обеспечивает:

1. Управление технологическими процессами с помощью промышленных микропроцессорных контроллеров и IBM PC;

2. Представление объекта управления на мнемосхемах, трендах, панелях управления;

3. Контроль значений технологических параметров и обработка аварийных ситуаций в реальном времени;

4. Накопление данных в архиве на диске с возможностью дальнейшей обработки;

5. Автоматическая генерация отчётов.

В системе автоматизации используются измерительные преобразователи аналогового и микропроцессорного типов, имеющих на выходе стандартный токовый сигнал 4-20 мА.

Для измерения разряжения в вакуум-корпусах, барометрических конденсаторах и вакуум-насосах, а также для измерения давления воды на барометрических конденсаторах предлагается использовать микропроцессорные датчики Метран-49, состоящие из чувствительного элемента и электронного преобразователя, преобразующего сигнал сенсора в стандартный выходной сигнал.

Для измерения температур в системе автоматизации предлагается использовать измерительные преобразователи Sitrans ТК-Н фирмы Siemens совместно с датчиками температуры - термометрами сопротивлений PtlOO.

Для регистрации уровня жидкостей в баках установки используются бесконтактные ультразвуковые сигнализаторы уровня Pointek ULS 200 фирмы Siemens Pointek ULS 200.

Для измерения расходов растворяющего щелока и воды, поступающей на промывку вакуум-корпусов, применяются электронные преобразователи сигналов SONO 3000 совместно с первичными преобразователями SONO 3100 (условный диаметр 200 мм) и SONO 3300 (условный диаметр 50 мм) фирмы Siemens (Германия).

Для измерения плотности карналлита в сгустителях используются электронные датчики ИПБ-1К-1 бесконтактного типа отечественного производства, а для измерения массового расхода обогащенного (искусственного) карналлита предлагается использовать конвейерные весы MSI совместно с преобразователем сигналов BW-100 фирмы Siemens.

Все используемые датчики выбраны исходя из условий их работы и отличаются надежностью, высоким сроком службы и точностью измерений.

Для управления запорно-регулирующей арматурой системы предлагается использовать исполнительные механизмы типа МЭО-92К совместно с бесконтактными реверсивными пускателями ПБР-3.

Внедрение автоматизированных систем контроля и управления производством обогащенного карналлита позволяет значительно сократить потребность предприятия в людских ресурсах, снизить потери полезного вещества и уменьшить эксплуатационные расходы с одновременным повышением производительности фабрики и качества выпускаемой продукции.