元明粉生产线自动控制方法 【技术领域】
本发明是元明粉生产过程自动化控制的方法。
背景技术
元明粉(学名：无水硫酸钠)的生产工艺主要通过采卤、蒸发、离心和干燥等主要过程来实现的。在实际应用中，又可分为四效蒸发和五效蒸发，但从控制系统来说都是一致的。传统的元明粉生产线控制方法，是以仪表系统为主，由于控制系统的差异及整个生产装置物流匹配问题，各控制回路协调差，使得在控制过程中，出现液位波动大，温度、压力随之波动较大，经常出现物料在倒料和输送过程中出现粘结，和产品质量的不稳定，产品的颗粒小等问题。特别是在温度波动变化大时，在倒料过程中易出现粘结或堵塞管道，从而使整套装置停产，生产效率低。
【发明内容】
本发明能够对加热室温度、各效蒸发室的液位、温度、压力进行有效地控制，使各级蒸发器物料在结晶器结晶粒度大，并且在管路中流动时既不粘结，又要保证物料的流动速度。
本发明所述元明粉生产线自动控制方法，可采用PLC可编程逻辑控制器或DCS集散控制器，对现场检测仪表和调节阀进行数据收集和控制操作；其特征在于：
(1)应用压力变送器检测1效加热室蒸气进口的压力，采用自整定PID参数，使控制蒸气的阀门达到小惯性动作；根据1效加热室的加热时间常数，制定一组回路调节PID参数，进行蒸汽进汽调节阀的回路调节；同时，根据实际温度变化的时间常数，自整定出一组新的PID参数，以此自学习、自整定到一组又一组新的PID参数，进行回路调节，以达到加热室温度稳定性和可控制性；
(2)应用双法兰液位变送器检测出1效蒸发室液位的变化情况，采用多参数，自整定PID参数控制方式，调节清硝液调节阀，进行硝液进料量的控制，利用调节阀门的小惯性原理，从而保证1效蒸发室液位在控制范围内微小的波动；
(3)应用双法兰液位变送器检测2效蒸发室液位，通过多参数PID参数自整定，调节倒料调节阀，同时确定保证最低蒸发量和最低出料量时倒料阀的最小开度；以此开度作为基本开度，保证2效蒸发室液位在控制范围内波动，以保证结晶时间和晶体器内停留时间；
(4)干燥风量的调节是通过压力变送器检测风压和温度变送器检测进风温度，变频调速调节鼓风量、风压和通过压力变送器检测蒸气压力调节换热器蒸汽进口调节阀，保证最佳风压、风量、风温；
(5)应用双法兰变送器检测各冷凝平衡桶液位，经PID参数调节，调节各冷凝平衡桶调节阀，以保证平衡桶液位，同时起到液封的作用。
本发明应用计算机自动控制系统，检测有关参数，在控制方面采用PID参数方式，调节有关变量，使蒸发过程中进料量倒料量、蒸发量及出料量相平衡。同时为避免倒料中的堵塞现象，保证物料平衡的前提；保持倒料的最低流量和温度下限控制，即通过对蒸汽阀门的小惯性控制达到温度地稳定和倒料阀门的保持最小流量随动控制，实现蒸发装置的倒料平衡。从而保证一定的生产效率和提高产品质量，又能降低人工劳动强度，提高生产力。本发明所生产的产品的质量达到元明粉所要求的大颗粒、高白度和低水份的指标。
【附图说明】
图1是本发明所述1效加热室温度控制调节原理框图；
图2是本发明所述1效蒸发室液位控制调节原理框图；
图3是本发明所述倒料及2效液位的控制调节原理图；
图4是本发明所述干燥风量的调节原理框图；
图5是本发明所述各冷凝平衡桶液位调节阀控制原理框图；
图6是本发明所述元明粉生产线控制硬件线路实施例；
图7是本发明所述PID参数自整定，自学习过程原理框图。
具体实施方案
PID参数自整定，自学习的具体过程如下：在所述的各控制过程中，当回路控制投入以后，先以一组初始PID参数(P：比例系数，I：积分系数，D：微分系数)进行控制。同时记录下过程参数与设定的目标之间的差值，在初始PID参数控制的一个周期内，记录下从开始控制到过程参数与目标参数之间差值小于期望误差值时的时间作为整定I、D参数的依据。周期内的时间常数一般由工艺条件视特定回路中目标值的实现时间对整个流程的控制效果而定，当人为输入该时间常数后，控制程序将生成一个差值与时间常数的对照表，固定P值为常数，以每个周期I＋(1－n)后D－1或I－(1－n)后D＋1的规律进行差值与时间常数的记录，并记录下相应的PID参数，n为+1或-1的次数，具体数值视效果而定。当在输入的时间常数内误差小于期望值时，当前的PID参数即作为固定参数进行控制，当由于过程参数的波动产生新的差值时，控制程序将从对照表中选出对应误差值的PID值重新进行整定过程，列表中没有该值时，以初始PID值整定。在整个生产周期过程中，过程参数波动的次数越多，则对照表产生的对照值越多，从而在几个生产周期后使系统趋于智能化稳定。具体控制框图见图7。
1. 1效加热室温度控制：
针对蒸汽压力波动而导致的蒸发过程温度不稳定的现象，应用压力变送器检测1效加热室蒸汽进口的压力，采用自整定PID参数，使控制蒸汽的阀门达到小惯性动作。根据1效加热室的加热时间常数，制定一组回路调节PID参数，进行蒸汽进汽调节阀的回路调节。同时，根据实际温度变化的时间常数，自整定出一组新的PID参数，以此自学习、自整定到一组又一组新的PID参数，进行回路调节，从而达到加热室温度稳定性和可控制性。调节原理图如图1。
2. 1效蒸发室液位控制：
蒸发室的液位是由于蒸发量的变化和结晶体导出量的变化在随时随刻发生变化，只有保证蒸发室液位的稳定，才能保证结晶体在结晶器内停留速度和结晶的时间，从而保证产品的大颗粒和高品质。针对以上情况，应用双法兰液位变送器检测出1效蒸发室液位的变化情况，采用多参数，自整定PID参数控制思想，调节清硝液调节阀，进行硝液进料量的控制，利用调节阀门的小惯性原理，从而保证1效蒸发室液位在控制范围内微小的波动，从而满足生产高品质产品的需求。调节原理如图2。
3. 倒料及2效液位的控制
2效蒸发器的液位，是由于2效蒸发量和由1效导入2效的含结晶体的固液量以及2效出料量的变化而变化；在这一过程中，有以下几个关键点：
(1)蒸发量要保持在一定量的情况下，变化范围较小。
(2)由1效到2效的倒料管内的倒料量，要保持在最小蒸发量和最小倒料量的前提下，必须保持一个最小流量，从而保证固液体不会导致倒料管的堵塞，同时要保证2效液位的稳定。
(3)由于出料量随时随刻发生着变化，从而导致液位的变化，影响着倒料量的变化。
据以上情况，设计出依据蒸发量、倒料量，应用双法兰液位变送器检测2效蒸发室液位，通过多参数PID参数自整定，调节倒料调节阀，同时计算到保证最低蒸发量和最低出料量，倒料阀的最小开度，以此开度作为基本开度，保证2效蒸发室液位的控制范围内波动，从而保证结晶时间和晶体在结晶器内停留时间，保证产品的高品质。调节原理图如图3。
4、干燥风量的调节
经过离心机的湿物料，经给料机和螺旋输送机送到干燥管。由鼓风机正压热风输送经干燥管干燥，保证产品的含水量低于0.01％，但又不能由于温度过高，使产品变黄或风压过高粉尘外扬，造成粉尘污染。这样就要求风量，风温保持一个最佳状态，通过压力变送器检测风压和温度变送器检测进风温度，变频调速调节鼓风机风量、风压和通过压力变送器检测蒸汽压力调节换热器(换热面积固定)蒸汽进口调节阀，保证最佳风压、风量、风温，以此保证最佳干燥效果，并根据工艺要求，计算出保证干燥度的最小风量和最低、最高温度的参数值，以此值为基本值进行风量、风压、风温的调节。调节框图如图4。
5. 3效蒸发室的要求过程与1效蒸发室相同。
6. 4效蒸发室的要求过程与2效蒸发室相同。
7.由于各效加热室经换热后产生大量冷凝水，应用双法兰变送器检测各冷凝平衡液位，经PID参数调节，调节各冷凝平衡桶调节阀，以保证平衡桶液位，同时起到液封的作用，保证加热室温度稳定。