林仁华

（紫金铜业有限公司，福建龙岩 364204）

紫金铜业有限公司（以下简称紫金铜业）硫酸厂现有一条100kt/a发烟硫酸生产线，产出的发烟硫酸送往发烟硫酸库储存并进行汽车装车销售。利用酸罐与装车点的地势落差装车，发烟硫酸由输酸管道流经手动切断阀、气动切断阀、装酸鹤管和防溢流装置对槽车进行充装。人工操作装车过程中存在以下问题：

1）发烟硫酸是危险化学品，严禁超载运输，在充装过程中一旦发生充装过量，处理起来比较麻烦。装酸鹤管配备防溢流装置，该装置液位检测点高低不能自由调节，不能控制槽车充装量。

2）装车时发烟硫酸雾浓，防溢流检测探头存在着误报等因素。

3）充装槽车时，靠人工查看装车的硫酸液位来控制装酸量，工人劳动强度大，同时存在较大安全风险。

4）不能自动记录充装车次，也无法及时了解装车发售发烟硫酸质量等数据。

为防止装车时发生溢流泄漏、降低人员的劳动强度并有效保证人员安全、限制发烟硫酸超载装车运输、提升企业自动化控制水平，紫金铜业改造安装了2套发烟硫酸汽车自动装车系统。

1 基于PLC控制的发烟硫酸自动装车系统

紫金铜业在原有自动切断阀后装酸管道上合适位置增装了1台一体式电磁流量计，增加了1台带触摸屏的PLC控制箱，构成了发烟硫酸自动装车系统。PLC控制器控制自动切断阀打开，发烟硫酸储罐的发烟硫酸通过装酸管道依次流向手动切断阀、自动切断阀、电磁流量计和装酸鹤管，向槽车进行定量充装。装车质量达到预设值时，自动关闭装酸阀门，装车完成。自动装车系统设有防溢流与静电接地设施，可有效地防止溢车、静电打火现象[1]。装酸鹤管端部带有液位检测探头，一旦发生溢流，防溢流控制器将切断阀门，并报警。

发烟硫酸自动装车系统工作流程见图1。

图1 发烟硫酸自动装车系统工作流程

该自动装车系统具有以下特点：

1）采用横河智能化一体型AXG电磁流量计作为发烟硫酸充装流量的检测装置，该电磁流量计完全满足自动装车系统要求。

2）利用现有的库存配件，PLC选用西门子的S7-200系列的CPU 224XP。西门子S7-200系统可靠性高、编程简单、维修方便、通用性强。自带有2路模拟量输入和1路模拟量输出，使用比较方便。由PLC控制的发烟硫酸自动装车系统，相对于单片机式的定量装车控制仪，其功能更强大，稳定性好。

3）触摸屏选用Weinview的MT8101iE。触摸屏与PLC串口通信连接，把装车需要设置设定的控制参数传给PLC处理，PLC把流量等数据传至触摸屏进行显示并进行数据的记录和操作。

4）装酸自动切断阀是原有的气开式气动阀，它接受PLC控制器的控制进行阀门开启和关闭的动作，并把开到位和关到位的开关信号送至PLC控制器。

5）装酸鹤管成套配置的防溢流装置，液位超过允许高度时，装在鹤管上部的防溢流液位开关联锁动作，发出控制信号至PLC控制器，关闭装酸阀门停止装酸，避免硫酸溢出，并报警提醒。

2 发烟硫酸自动装车系统主要参数设置

汽车槽罐车装酸量一般设定在30 t左右，发烟硫酸密度按1.89 t/m3计，该系统电磁流量计最大量程设为72 m3/h，每个脉冲对应0.020 m3。电磁流量计主要参数设置见表1。

表1 电磁流量计主要参数

3 发烟硫酸自动装车系统控制过程

发烟硫酸自动装车系统控制线路见图2，操作界面见图3。

图2 自动装车系统控制线路

图2 中，S1为阀门开到位开关，S2为阀门关到位开关，S3为溢流开关，SB3为试验按扭，KA2为阀门开到位指示，KA3为阀门关到位指示，KA4为报警指示。

发烟硫酸自动装车系统控制过程如下[2]：

1）电磁流量计的累积流量以脉冲的形式传送至PLC控制的高速计数端子I0.0，瞬时流量信号以4～20 mA电流的形式经500 Ω电阻转换为2～10 V的电压信号传送至PLC控制器的AIW0端口。

2）PLC控制器接收并处理电磁流量计传递的流量信号，其中脉冲信号进入计数器计数，当计数器计数值达到预设的装车质量时，关闭中间继电器KA1，从而关闭自动切断阀，装车完成。瞬时流量信号经PLC控制器的A/D转换和运算处理后于触摸屏显示瞬时流量。

3）触摸屏与PLC控制器的串口进行通信连接，装酸需要设置或调整的控制参数及操作指令由触摸屏输入，传给PLC控制器进行处理。PLC控制器把流量等数据传至触摸屏进行显示，并对操作数据和流量等数据进行记录存档。

4）装酸自动切断阀接受PLC控制器的控制，进行开启阀门和关闭阀门的动作，并把开到位和关到位的开关信号送至PLC控制器。在PLC发出打开自动切断阀的信号后，PLC未收到自动切断阀开到位信号，自动将自动切断阀关闭，停止装车作业并报警。

5）装酸鹤管成套配置的防溢流装置检测到溢流信号（开关量），防溢流装置自动报警，并把溢流信号传送至PLC控制器，由 PLC控制器关闭自动切断阀，并进行报警记录。

6）开始装酸前现场需要在触摸屏上确认“装酸设定量”的值（见图3），按触摸屏“清零”按钮将“装酸计数量”清零；按下“装酸”按扭SB1，中间继电器KA1闭合，自动切断阀阀门打开，开始装酸。当PLC控制器接收到累计脉冲，计数到“装酸设定量”的值时，PLC控制器断电中间继电器KA1，自动切断阀关闭，装酸完成。装酸中途如果遇到问题，按 “停止”按钮SB2，阀门关闭；“装酸计数量”暂停计数，注意不要按“清零”按钮。问题处理完后，按“装酸”按钮SB1，阀门打开，继续装酸，“装酸计数量”继续增加。该自动装车系统设有“急停”开关SA，特殊情况下，不经过PLC控制器，直接关闭自动切断阀，停止装车作业并报警。

图3 操作界面

计量和装酸控制部分程序如下：

该自动装车系统其他功能如下：

1）系统校正功能。因发烟硫酸密度随季节、环境温度等因素变化而变化，当“装酸计数量”与实际过磅量差距较大时，需要适当调整“烟酸密度”的设定值。

2）历史记录功能。触摸屏“历史记录”页面按时间倒序记录了系统进行清零、装酸、停止、急停、开关液位保护、开关烟酸阀门等主要操作的时间记录，还有装车时间、次数和累计质量等数据的保存，必要时可在此页面对操作过程进行查看。

4 实际使用效果

随机抽取某天w(H2SO4)104.5%发烟硫酸自动装车数据（见表2），其中实载量是罐车装酸后质量减去罐车质量后的数据。该自动装酸的控制精度高，取得了预期的效果。

表2 自动装车数据

5 结语

该发烟硫酸自动装车系统不仅装车效率高，避免了少装或多装的现象，还降低了工人的劳动强度，安全性提高，环保性好，大大提高了管理水平。通过半年多的运用，自动控制系统达到了预期的效果。后期还可以增加温度检测，把温度值送入PLC的AIW1端口，进行温度补偿，使装酸质量的控制更加准确。为防止装车过程中产生水击现象和冲量现象，还可以通过更换自动切断阀的执行机构、加装智能阀门定位器、利用PLC的模拟量输出端口，实现对阀门开启和关闭的多段控制，使装酸过程控制更加精准。