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磁翻板式液位计在甲醇原料罐液面自动控制装置

文章作者:南京赛亚特福精密仪器有限公司    发布时间:2021-11-08
磁翻板式液位计在甲醇原料罐液面自动控制装置的开发和应用。
时间:2020-06-03来源:1.国防科技大学系统工程系;2.北京航天测试技术研究所作者:尚宇。曹建。
文摘:某套化工连续生产线以甲醇为主要原料,在开车运行过程中需要维持生产线上甲醇原料罐的液位符合计量泵进料要求。新建成一套基于西门子S7-200系列PLC的甲醇原料液位自动控制装置,根据实际生产情况,采用闭环反馈控制,自动完成间歇性甲醇加注,提高了生产效率,减少了隐患。
1 概述
一组以甲醇为主要原料,在其生产车间中设置若干个单体体积60m3的甲醇储罐,作为甲醇的储存容器,由原料供应商通过化工液体运输槽车进行转注,并将其输送至原料供应商[1]。该系统还配置了4m3甲醇原料罐,在60m3甲醇储罐内,通过叶型离心泵间歇地将甲醇添加到叶轮上,同时,用计量泵将甲醇连续地从甲醇原料罐中注入到生产线的后续反应装置中,因此,在开车生产过程中,需要确保甲醇原料罐的液位总是高于某一设定值。化工连续生产线建成投产后,以上设备的启停等操作,都是靠人工手工完成。
近几年来,随着自控技术的发展,液位控制的自动化技术已广泛应用于化工生产等领域,可以大大提高生产过程的安全性和稳定性[2-3]。本论文以西门子公司的PLC系统[4]为研究对象,开发了甲醇原料罐液面自动控制装置,以减轻现场操作人员的工作量,提高甲醇液位的稳定性,有一定的参考价值和推广应用前景。
二是硬件搭建。
本车间职工在原有的手工操作条件下,定期到甲醇原料罐内巡检,通过目视观察其磁翻板液位计的示数,决定是否启动离心泵对甲醇储罐进行注气,工艺流程如图1所示。
某生产线甲醇加注工艺系统
这次改造中,首先更换了原目视磁翻板液位计,并选择了带远传功能的磁翻板液位传感器[5]。磁翻板式液位计(液位传感器)适用于石油、化工等行业的液位显示。这种翻板式液位计结构简单,观察直观清楚,常用于高温.高压.腐蚀介质等工作场合,密封性好,不易堵塞,安装方便,维修简单。本发明的基本原理是浮力原理和磁力耦合作用,当甲醇原料罐内液面升降时,浮子内的磁性浮子也随之升降,浮子内的永磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器,驱动红/白双色翻柱180°。随着液面上升,翻柱体由白色变为红色,液面下降后,翻转柱由红色变为白色,指示器的红、白相交点就是容器内液面的实际高度,从而显示出液面。当前市场销售的磁翻板式液位计红/白两色翻柱宽度为10mm,也就是说,液面显示的视觉误差±10mm。
磁翻板式液位传感器必须具有远传功能,将电阻链固定在翻板式液位仪的附近,使其处于磁-翻板式液位计的同一磁耦系统中,液相位簧受浮子内磁场的作用而动作,使其改变电阻链阻值,并通过转换模块将变化的电阻信号转换为二进制4~20mA标准直流信号输出。经过PLC系统接收加工后,可实现显示.控制.调节、报警等自动控制目标。
以西门子S7-200系列为例,采用PLC作为一个小型可编程控制器,具有很高的性价比。PLC采用24V负载供电,可直接接至传感器和变送器;CPU型号222,有8位数字输入,6位数输出;可以连接2个扩展模块,RS485接口RS485接口,具有PPI通信协议.MPI通信协议,具有自由通信功能。另外,还有6kB字节程序和数据存储器;4个30kHz独立高速计数器,可编程及有复位输入,可同时进行2个独立输入端加减计数;20kHz高速脉冲输出。模量量扩展模块选用EM235型,实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能,其中,输入校验是在使用模拟量输入模块之前进行的。zui后,所述液位自控装置还选择了触摸屏作为操作者和PLC系统之间进行通信的接口,监控设备的运行状态,并随时处理设备运行情况的反馈。图2中显示了该设备的实体连接图。
液位自动控制装置示意图"
3组态软件程序。
本仪器的软件部分用WinCC组态软件编写。WinCC也是西门子公司的产品,其开放、稳定、有脚本编写功能,包括C翻译程序、ANSI-C标准函数,是一种较为常用的化工生产监控工具。
本软件具有良好的兼容性,通过PPI主从通信协议与PLC实现通讯。其基本组成是管理员.浏览器和运行系统。管理者被用来建立和管理新的项目,对现有的项目执行相关的行动。其功能是建立监控界面.定义和分配变量.编辑运行语言等等。运作系统的功能是让操作者监视设备状态。
该套化工连续生产线甲醇液面自动控制的原理是:甲醇原料罐内的液位传感器由变送器转化成4~20mA直流电流模拟量信号输入PLC,再一次转换成数字信号。在50%以下时,由输出端向变频器发送一个控制信号到变频器,控制变频器的输出功率,从而控制补加甲醇的离心泵电机转速,达到向甲醇原料储罐输送甲醇的目的。本控制器采用西门子7.5kW变频器,在考虑电网频率.变频器和电动机工作频率等诸多因素的基础上,将50Hz作为电动机运行时的工作频率。
本发明采用闭环控制方式,在液位低于50%时变频器通电,起动电动机,当液位超过90%时,变频器迅速降低频率,使离心泵减速,直至停止泵为止。图3中显示了控制系统结构图。本设备还配有液位检测和报警.变换器。

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