第九讲无水氯化镁生产过程的控制系统设计

1、 孟范伟2015年04月09日镁镁镁是最轻的结构金属材料镁是最轻的结构金属材料具有具有高比强度高比强度、高比刚度高比刚度、高阻尼减振性以及良好电磁屏蔽等多项优异性能、高阻尼减振性以及良好电磁屏蔽等多项优异性能广泛应用于航空航天、汽车等交通工具以及电子通信领域广泛应用于航空航天、汽车等交通工具以及电子通信领域 具有比较强的还原性，具有比较强的还原性，能与沸水反应放出氢气能与沸水反应放出氢气，极易溶解于有机和无机酸，极易溶解于有机和无机酸中，中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合镁能直接与氮、硫和卤素等化合。但和卤代烃在无水的条件下反应却。但和卤代烃在无水的条件下反应却较为剧烈，镁能和二氧化碳发生较为剧

2、烈，镁能和二氧化碳发生燃烧反应燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。镁由于能和火器灭火。镁由于能和N和和O反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧发出耀眼白光，放热，生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡，发出耀眼白光，放热，生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡，浮在醋液面上，逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了浮在醋液面上，逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。化学性质化学性质氯化镁：工业上用于生产镁的原料氯化镁：

3、工业上用于生产镁的原料常态下存在形式：常态下存在形式：MgCl2 6H2O，俗称水氯镁石。易溶于水和酒精，俗称水氯镁石。易溶于水和酒精MgCl2MgCl2 6H2O脱脱4分子水，生成低水合氯化镁分子水，生成低水合氯化镁简单加热简单加热直接加热直接加热水解副反应水解副反应MgO一、工艺流程一、工艺流程反应结晶偶和脱水反应结晶偶和脱水工艺流程简图工艺流程简图吸吸收收塔塔LS离心机离心机精精溜溜塔塔煅烧炉煅烧炉固体去除固体去除LS溶解槽溶解槽水氯镁石水氯镁石结结晶晶器器产品产品液氨液氨滤液滤液水及杂质水及杂质溶溶剂剂溶溶剂剂洗涤液洗涤液氮气与氨气氮气与氨气氮气氮气P102P106冷却水冷却水P114

4、蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽调节阀调节阀无水氯化镁工艺流程（反应结晶偶和脱水）无水氯化镁工艺流程（反应结晶偶和脱水）低碳混合醇低碳混合醇40度下度下反应结晶反应结晶有机溶剂有机溶剂离心分离得离心分离得MgCl2 6NH3压力控制压力控制温度控制温度控制压力控制压力控制逻辑控制系统逻辑控制系统：根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通或者断：根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通或者断开电路，断续地或者连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电开电路，断续地或者连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、调节和保护的一种自动控制电路。对象的切换、控制、调节和保护的一种自动控

5、制电路。过程控制系统过程控制系统：是以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保：是以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。通过对过程参数的控制，可使生产过程持在给定范围内的自动控制系统。通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。数字控制系统数字控制系统：简称数控系统，根据计算机存储器中存储的控制程序，执：简称数控系统，根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系

6、统。机系统。电梯控制系统设计成败的关键电梯控制系统设计成败的关键-系统总体控制方案系统总体控制方案系统充分调研基础之上进行的系统充分调研基础之上进行的控控制制要要求求技技术术指指标标现现场场调调研研理论与数据支持理论与数据支持二、控制要求二、控制要求系统方案的选择是在对系统充分调研的基础上进行的。系统方案的选择是在对系统充分调研的基础上进行的。调研内容：调研内容：（1）用户对系统的功能要求，常说的工艺要求？）用户对系统的功能要求，常说的工艺要求？（2）系统技术指标要求？）系统技术指标要求？（3）系统应用的现场信息：工业现场分布情况、控制方式）系统应用的现场信息：工业现场分布情况、控制方式（4）

7、现场环境：电磁干扰、温度、安装空间等）现场环境：电磁干扰、温度、安装空间等正常工业控制系统参考（正常工业控制系统参考（1）（）（2）（）（3）三个方面来确定系）三个方面来确定系统的功能，如统的功能，如（1）系统能实现工艺所要求的控制功能；（系统能实现工艺所要求的控制功能；（2）系统主要）系统主要设备能通过网络远程监控；（设备能通过网络远程监控；（3）故障警报功能；（）故障警报功能；（4）数）数据处理、报表打印功能等。据处理、报表打印功能等。无水氯化镁有三点特殊要求：无水氯化镁有三点特殊要求：（1）指定区域内的控制设备必须具有防爆特性）指定区域内的控制设备必须具有防爆特性；为什么？；为什么？（2

8、）对温度、流量、液位等过程量要求很高的控制精度；）对温度、流量、液位等过程量要求很高的控制精度；（3）现场环境对设备和系统的可靠性提出了严格要求。）现场环境对设备和系统的可靠性提出了严格要求。根据生产过程的原理，选择根据生产过程的原理，选择控制参数控制参数：控制控制P102和和P106两个泵的转速来控制结晶器两个液体流量，两个泵的转速来控制结晶器两个液体流量，P114控制冷水流速，实现温度控制控制冷水流速，实现温度控制吸收塔和精馏塔蒸汽阀的开启度控制压力吸收塔和精馏塔蒸汽阀的开启度控制压力一、系统设计流程：图一、系统设计流程：图4.2系统调研与分析系统总体控制方案设计系统可靠性设计与可行性分析

9、系统硬件设计控制柜设计PLC程序设计现场施工系统安装、调试交付使用二、控制方案设计：遵循的原则二、控制方案设计：遵循的原则满足要求、安全可靠、经济适用、适应发展满足要求、安全可靠、经济适用、适应发展三、系统可靠性设计三、系统可靠性设计冗余技术：两个冗余技术：两个CPUControlLogix平台：生产者平台：生产者/消费者消费者 模式模式本安防爆：原理、措施有三个本安防爆：原理、措施有三个良好的电源设计良好的电源设计变频器的用处：抑制浪涌电压和高次谐波电流变频器的用处：抑制浪涌电压和高次谐波电流输入输出抗扰：数字信号用硬件光电隔离，模拟信号用软件滤波输入输出抗扰：数字信号用硬件光电隔离，模拟信

10、号用软件滤波电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。一、硬件设计一、硬件设计BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危险危险区域区域安全安全区域区域上位机上位机CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模块模块1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPower

11、Monitor1SMC2E321DSA13PowerFlex70020危险区域危险区域安全区域安全区域防爆电机防爆电机普通电机普通电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机带有双带有双CPU的的ControlLogix框架框架上位机上位机防爆系统防爆系统冗余系统冗余系统Rsview32监控系统监控系统E34传动系统传动系统ControlLogix平台采用了平台采用了生产者生产者/消费者消费者通信模式通信模式类似与点对点传送，又略有不同，一个生产者可类似与点对点传送，又略有不同，一个生产者可以对应以对应N个消费者，但是一个消费者只能对应一个个消费者，但是一个消费者只能对应一个生产者，每

12、个生产者消费者对应一个地址，占一生产者，每个生产者消费者对应一个地址，占一个网络节点。三个特点：个网络节点。三个特点：88页页网络功能划分：两个优点网络功能划分：两个优点1、传感器及变送器选型、传感器及变送器选型传感器传感器（英文名称：（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装）是一种检测装置，置，能感受到被测量的信息能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。息的传输、处理、存储、显示、

13、记录和控制等要求。它是实现它是实现自动检测和自动控制的首要环节。自动检测和自动控制的首要环节。变送器：变送器：把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号（或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方（或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源）的转换器测量和控制的信号源）的转换器二、设备选型二、设备选型压力、液位传感器及变送器压力、液位传感器及变送器温度传感器温度传感器流量传感器及变送器选择流量传感器及变送器选择2、显示仪表选型、显示仪表选型主要用于显示压力、温度、液位、流量等数值主要用于显示压力、温度、液位、流

14、量等数值3、执行机构选型、执行机构选型BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危险危险区域区域安全安全区域区域上位机上位机CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模块模块1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPowerMonitor1SMC2E321DSA13PowerFlex70020危险区域危险区域安全区域安全区域防爆电机防爆电机普通电机普通电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机带有双带有双CPU的的ControlLogix框架框架上位机上位机防爆系统防爆系统冗余系统冗余系统Rsv

15、iew32监控系统监控系统E34传动系统传动系统防爆电机：防爆电机：是一种可以在易燃易爆厂所使用的一种电机，是一种可以在易燃易爆厂所使用的一种电机，运行时不产生电火花。运行时不产生电火花。93页页软起软起动器动器变频器变频器软起动器是一种集电机软起动、软软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。一体的新颖电机控制装置。93页页智能智能继电器继电器当达到它的工作电压就可以导通当达到它的工作电压就可以导通电路，否则就起阻断作用，一般电路，否则就起阻断作用，一般用于智能照明开关。一般用于安用于智能照明开关。一般用于安全，可以远距

16、离控制。全，可以远距离控制。99页页智能智能继电器继电器电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会吸引到哪边，然后通过控制阀体的移动来档住或通电阀体就会吸引到哪边，然后通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又会带动同的排油管，通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又会带动活塞

17、杆，活塞杆带动机械装置动。活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动通断就控制了机械运动。电磁阀：电磁阀：通电线圈驱动，就是开和关两个作用，快开和快关。通电线圈驱动，就是开和关两个作用，快开和快关。电动阀：电动阀：电机驱动，开度可以控制电机驱动，开度可以控制热电偶热电偶是根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表是根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表中常用的测温元件。中常用的测温元件。热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。是测量精度高，性能

18、稳定。4、PLC，I/O模块及相关网络设备模块及相关网络设备PLC：CPU个数和位数，存储容量个数和位数，存储容量I/O模块：输入输出节点个数，模块：输入输出节点个数，DI、DO、AI、AO与传感器配套的模块：热电偶、热电阻与传感器配套的模块：热电偶、热电阻BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危险危险区域区域安全安全区域区域上位机上位机CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模块模块1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPowerMonitor1SMC2E321DSA13PowerFlex700

19、20危险区域危险区域安全区域安全区域防爆电机防爆电机普通电机普通电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机带有双带有双CPU的的ControlLogix框架框架上位机上位机防爆系统防爆系统冗余系统冗余系统Rsview32监控系统监控系统E34传动系统传动系统网络扫描模块网络扫描模块防爆模块防爆模块防爆通信模块防爆通信模块带有冗余电源模块的带有冗余电源模块的PLC框架框架网络适配器：网卡，功能很多，网络适配器：网卡，功能很多，比如说流量控制；比如说流量控制；一、信号的性质，热电阻本身是电阻，温度的变化，使电阻一、信号的性质，热电阻本身是电阻，温度的变化，使电阻产生正的或者是负的产生正的

20、或者是负的阻值变化阻值变化；而热电偶，是产生；而热电偶，是产生感应电压感应电压的变化的变化，他随温度的改变而改变。，他随温度的改变而改变。二、两种传感器检测的温度范围不一样，热电阻一般检测二、两种传感器检测的温度范围不一样，热电阻一般检测0-150度温度范围，最高测量范围可达度温度范围，最高测量范围可达600度左右（当然可以度左右（当然可以检测负温度）。热电偶可检测检测负温度）。热电偶可检测0-1000度的温度范围（甚至度的温度范围（甚至更高）所以，前者是低温检测，后者是高温检测。更高）所以，前者是低温检测，后者是高温检测。热电偶和热电阻热电偶和热电阻三、从材料上分，热阻是一种金属材料，具有温

21、度敏感变化三、从材料上分，热阻是一种金属材料，具有温度敏感变化的金属材料，热电偶是双金属材料，既两种不同的金属，由的金属材料，热电偶是双金属材料，既两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属丝的两端产生电势差。于温度的变化，在两个不同金属丝的两端产生电势差。BCNRDNBCNBAIAICPUPSAOCNBAIPSDOAO危险危险区域区域安全安全区域区域上位机上位机CPUDOCNRAAIAIAIIRT防爆防爆I/O模块模块1797-Flex IOControlNetControlNetDeviceNetDeviceNetPowerMonitor1SMC2E321DSA13PowerFlex70020危险区域危险区域安全区域安全区域防爆电机防爆电机普通电机普通电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机防爆电机带有双带有双CPU的的ControlLogix框架框架上位机上位机防爆系统防爆系统冗余系统冗余系统Rsview3