紫金铜业有限公司（以下简称紫金铜业）硫酸厂现有一条 100 kt/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。

 

该自动装车系统具有以下特点 ：

         1）采用三畅智能化SCLDE一体型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**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。

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 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。

 

计量和装酸控制部分程序如下 ：

Network 6 // 计量 ；

LDN 关到位 S2:M0.5

A 计量脉冲 :M0.0

LD 手动清零 :M6.2

CTU C3，设定值 1:MW12

Network 8 // 开关阀 ；

LD 装酸 SB1:M0.2

AN C3

O 试验 SB3:M0.7

A 液位保护 S1:M0.4

A 急停 SA:M0.1

= 开阀信号 :M6.5

LD C3

ON 液位保护 :M0.4

ON 急停 SA:M0.1

ON 停止 SB2:M0.3

= 关阀信号 :M6.6

LD 开阀信号 :M6.5

EU

= M7.0

LD 关阀信号 :M6.6

EU

= M7.1

LD M7.0

O 开阀 KA1:M2.0

AN M7.1

A 停止 SB2:M0.3

A 液位保护 S1:M0.4

A 急停 SA:M0.1

= 开阀 KA1:M2.0

 

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。

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。