赤磷轉化過程自動控制裝置和方法
2023-06-21 19:36:21 2
專利名稱：赤磷轉化過程自動控制裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種赤磷轉化過程自動控制裝置和方法。
現有的赤磷轉化是人工操作控制，轉化爐內安裝轉化鍋的溫度測量採用熱電偶測量，測量的溫度數據信號輸入到控制室用二次儀表顯示，操作工根據不同轉化鍋轉化過程的溫度變化情況，按赤磷轉化工藝要求，手動切換電器控制轉化爐電阻絲通電狀況，對每一個轉化爐的電阻絲只能達到通斷二個操作形式，不能根據轉化鍋內溫度需求對不同電阻絲送不同電流，從而會出現因溫度控制不好造成質量問題，由於赤磷轉化過程周期長(全過程需72小時)，轉化過程中對溫度控制的時間要求嚴格，特別是在赤磷轉化進入放熱反應時反應劇烈，如對供電控制不及時，可造成黃磷從出水管中溢出而發生燃燒，有時還會發生爆炸危險;赤磷轉化過程產生大量煙氣對現場操作人員身體危害較大;人工根據觀測到的溫度再進行控制不容易達到準確，但人工操作的誤差會使產品出現質量問題，如會出現糊鍋或夾生，直接影響轉化率，並且電耗增加，直接造成成本增加。
本發明的任務是設計赤磷轉化過程自動控制裝置和自動控制方法。
本發明是這樣完成任務的赤磷轉化過程自動控制裝置是由電源、溫度採集、顯示、輸出裝置，中心主機是可編程序控制器，轉化爐溫度控制裝置、信號啟停控制裝置、報警裝置構成。
電源通過穩壓變壓器輸入到中心主機的電源模塊。
溫度採集、顯示、輸出裝置是由下列部件構成和工作的熱電阻對轉化爐內轉化鍋的溫度進行採集並輸入到控制室數顯表進行顯示，數顯表一個功能是顯示溫度信號，一個功能是將溫度信號轉換為電信號輸送給中心主機的模擬量輸入模塊。
中心主機可編程序控制器是模塊式結構，控制器的基板上設有若干插槽，供插入各種規格模塊和聯結擴展基板，控制系統的可編程序控制器由電源模塊、中央控制單元模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、編程器構成。控制程序存儲在軟盤上，通過編程器寫於主機的RAW上，由鋰電池加以保護。
轉化爐溫度控制裝置是由繼電器、電位器、調壓器、接觸器構成，根據不同溫度需求可編程序控制器從數字量輸出口輸出電壓信號給對應的繼電器，可編程序控制器共有五個輸出口，每一隻輸出口接一隻繼電器，當轉化爐電阻絲需要調壓送電時，繼電器的接點和電位器串聯後並接到調壓器控制端，調整電位器阻值可達到調整電壓輸出從而控制通過轉化爐電阻絲的電流，利用電流控制轉化爐的溫度，當轉化爐全部電阻絲全壓送電時，繼電器接點接到接觸器線圈控制迴路，不經過調壓器直接給電阻絲送電。
本發明設計有報警輸出口，報警輸出口接在本自動控制裝置的數字量輸出模塊上，報警裝置對可能出現的意外情況和轉化階段予以報警和提示。
因赤磷在轉化鍋內轉化過程中轉化鍋各層對溫度需求各不相同，因而對應各部位通過的電流也不一樣，對每一個轉化爐的電阻絲上聯結的三組單相負荷不平衡，除通過自動控制裝置調整外，在宏觀上採取互配調相的聯結方式，對每一個轉化爐的電阻絲所聯結相線與相鄰轉化爐互配聯結，例如1號轉化爐上部的一根電阻絲接A相，中間二根電阻絲接B相，下部二根電阻絲接C相;2號轉化爐上部一根電阻絲接B相，中間二根電阻絲接C相，下部二根電阻絲接A相……，以此類推，中線全部並聯使電位穩定，零線電流減至最低，降低零線線損，使負荷相對穩定。
本自動控制裝置的調控方法如下當將轉化爐內轉化鍋都裝好，人工啟動控制裝置的啟動開關，轉化爐便進入自動控制工作狀態，裝置發出轉化爐一檔輸出信號，一檔繼電器是不需要調壓而直接接在接觸器線圈，接觸器主觸點閉合，轉化爐五根電阻絲全部全壓送電，轉化爐升溫，總電流約90A，裝置不斷循環檢測轉化爐的溫度，當溫度升至205度，裝置立即發出信號切斷一檔，送出轉化爐的二檔輸出信號，即切斷轉化爐上部的一根電阻絲的電流，保留下部四根電阻絲全壓送電，總電流約為70A，此時裝置對轉化爐升溫速率進行檢測和監視，將自動控制裝置中的定時裝置定一個時刻，這個時刻在40～60秒內，最佳50秒，通過溫度檢測，測出給定的時間前後的溫度變化的溫差，溫差大於等於2度時，表示轉化進入放熱反應階段，溫差不在此範圍則是轉化的正常升溫，並進行再次時間給定，再次溫差檢測，直到檢測出放熱反應出現為止，轉化進入放熱反應階段，自動控制裝置發出停止轉化爐的所有電阻絲通電，並使一個定時器定時，時間定為7個小時，同時發出轉化爐開始放熱報警信號，注意控制轉化爐爐蓋開閉角度，使之既要利用好反應熱，使爐溫升得儘可能高，又不使反應過於劇烈使磷從轉化鍋中溢出。定時7小時後當爐溫低於278度，裝置啟動轉化爐的三檔通電，總電流為20A，當溫度低於276度，停止三檔，送四檔，總電流為30A;當溫度低於274度時，控制裝置指令停止四檔送電，給五檔送電，總電流為45A，當高於280度時，控制裝置停止給轉化爐送電……如此反覆，利用自動控制裝置可將轉化爐的爐溫控制在273度～280度之間，直到轉化時間完畢，自動停止送電。自動控制裝置給出轉化爐反應結束信號，再保溫八個小時可將轉化鍋吊出進入下一輪轉化循環附
圖1是本發明的控制方框圖。
附圖2-1附圖2-2是本發明的接線簡圖。
附圖3是本發明赤磷轉化裝置結構簡圖。
現結合附圖詳細說明本發明電源(1)經過穩壓變壓器(2)輸入到控制裝置的電源模塊(3)給裝置供電;熱電阻(4)從轉化鍋(5)中採集溫度信號輸送到數顯表(6)，由數顯表(6)將溫度信號轉變成電信號輸送到控制裝置的模擬量輸入模塊(7)，各個轉化鍋溫度信號轉化的電信號都輸送到這個模塊內，信號在中央控制單元(8)進行處理，經控制裝置的數字量輸出模塊(9)輸出給控制各個轉化鍋(5)的繼電器(10)，繼電器(10)與接觸器(19)有兩種接法，一種是轉化爐不需要調壓供電時繼電器(10)與接觸器線圈(19)聯結，在需要對轉化爐電阻絲電流進行調壓供電時，繼電器與電位器(18)串聯後與調壓器(11)控制端聯結，電位器(18)根據不同溫度的要求調定阻值，由接觸器或調壓器根據自動控制裝置給定的指令，向放置轉化鍋(5)的轉化爐(12)中安裝的五根電阻絲(13)分別送不同大小的電流，由電流的大小控制轉化爐溫度大小。整個赤磷轉化裝置有若干個，若干個轉化爐的電阻絲都被自動控制裝置控制，從而達到根據赤磷轉化的溫度需求自動控制赤磷轉化的目的。
每一個轉化裝置對應安裝一個轉化裝置啟停信號開關(17)，啟停信號開關(17)的信號輸送給數字量輸入模塊(18)，對整個控制裝置進行啟停控制。
本發明設計有報警輸出口(20)，報警輸出口接在本自動控制裝置的數字量輸出模塊(9)上。
本控制裝置還採取各轉化爐的電阻絲三相電位互配聯結方法，附圖2-1是一個轉化爐的電阻絲調相聯結示意圖，附圖2-2是相鄰轉化爐調相聯結示意圖，本發明的各轉化爐電阻絲調相互配聯結和繼電器(10)與電位器(18)、接觸器(19)的接線簡圖，每一轉化爐(12)安裝的電阻絲(13)共五根，轉化裝置的轉化爐(12)上部一根電阻絲接A相，向下二根電阻絲接B相，再向下二根電阻絲接C相，相鄰轉化裝置的轉化爐(12)的上部一根電阻絲接B相，向下二根電阻絲接C相，再向下二根接A相，……以此類推，中線全部並聯，使中線電位基本穩定，零線電流減至最低，線損降低，使負荷相對穩定。
附圖3是本發明的赤磷轉化裝置的結構簡圖，轉化鍋(5)安裝在轉化爐(12)中，轉化爐(12)上設有爐蓋(14)，轉化鍋(5)鍋蓋上設有熱電阻孔(15)和出水口管(16)，轉化爐(12)內安裝電阻絲(13)。
本發明的最佳實施例如下將黃磷裝入轉化鍋內並用少量水密封防止自燃，吊裝鍋蓋並擰緊，將轉化鍋整體吊裝入轉化爐，蓋上爐蓋，從熱電阻孔中插入BA2型熱電阻，熱電阻採集的溫度信號輸入控制室送給數顯表的信號輸入端，數顯表型號為XMZJ-100，本數顯表可將溫度信號變換為4～20mA電信號送入模擬量輸入模塊接口供自動控制裝置中心主機使用。
中心主機可編程序控制器選用德國西門子公司的S5-115U模塊式運行組件，主機基板上有若干插槽，本發明實施例採用的模塊為電源模塊型號為6ES5951-7ND12。
中央控制單元模塊(CPU)型號為6ES5941-7UA12。
模擬量模塊型號為6ES5465-7LA11。
數字量輸入模塊型號為6ES5420-7LA11。
數字量輸出模塊型號為6ES5457-7LA11。
編程器選用PG635，可用三種語言脫機編程，程序可存放在31/2寸軟盤上，也可通過編程器寫於主機的RAM上，由鋰電池加以保護。
啟停控制開關控制啟停信號並將此信號送入數字量輸入模塊接口，供操作和主機檢測控制使用。
對於每一個轉化爐，可編程序控制器有五個數字量輸出口，分別控制不同溫度變化階段對溫度需求的各電阻絲上的電流，轉化爐上部一根接A相，中間二根接B相，下部二根接C相，相鄰轉化爐上部一根接B相，中間二根接C相，下部二根接A相，……以此類推，可編程序控制器每一輸出口接一隻繼電器，對不需要調整電流全壓送電的一檔，繼電器接點接到接觸器線圈控制迴路，對於需要調電流的檔，繼電器接點串聯電位器後接到調壓器控制端，調整電位器電阻值可調整電壓輸出，改變輸給電阻絲的電流，從而控制轉化鍋內反應溫度。
當將轉化爐內轉化鍋都裝好，人工啟動控制裝置的啟動開關，轉化爐便進入自動控制工作狀態，以1號轉化爐為例，當1號轉化爐進入自動控制裝置工作狀態下，裝置發出1號轉化爐一檔控制輸出信號，一檔繼電器通電，一檔繼電器是不需要調壓而直接接在接觸器線圈，接通1號轉化爐一檔接觸器線圈，接觸器主觸點閉合，轉化爐五根電阻絲全部通電，轉化爐全壓送電升溫，總電流約90A，裝置不斷循環檢測1號轉化爐的溫度，當溫度升至205度，裝置立即發出信號切斷一檔，送出1號轉化爐的二檔，即切斷1號轉化爐上部的一根電阻絲的電流，保留下部四根電阻絲全壓送電，總電流約為70A，此時裝置對1號轉化爐升溫速率進行檢測和監視，將自動控制裝置中的定時裝置定時40～60秒，最佳50秒，通過溫度檢測，檢測出給定的時間前後的溫度變化的溫差，溫差大於等於2度時，此時轉化進入放熱反應階段，否則是轉化中的正常升溫，正常升溫就需要再次給定時間進行再次溫差檢測，直到檢測到放熱反應出現，當轉化進入放熱反應階段時，自動控制裝置發出停止1號轉化爐的所有電阻絲通電，並使一個定時器定時，時間定為7個小時，同時發出報警信號，提示1號轉化爐開始反應，注意控制轉化爐爐蓋開閉角度，使之既要利用好反應熱，使爐溫升得儘可能高，又不使反應過於劇烈使磷從轉化鍋中溢出，定時後當爐溫低於278度，裝置啟動1號轉化爐的三檔通電，總電流為20A，當溫度低於276度，停止三檔，送四檔，總電流為30A當溫度低於274度時，控制裝置指令停止四檔送電，給五檔送電，總電流為45A，當高於280度時，控制裝置停止給轉化爐送電……如此反覆，利用自動控制裝置可將轉化爐的爐溫控制在273度～280度之間，直到轉化時間完畢，自動停止送電。自動控制裝置給出1號轉化爐反應結束信號，再保溫八個小時可將轉化鍋吊出進入下一輪轉化循環。
本發明與現有技術相比有如下優點本自動控制裝置可自動檢測轉化爐溫度，並且自動輸出與溫度相對應的電流大小的信號，通過繼電器、電位器、調壓器給轉化爐不同部位的電阻絲送不同大小的電流，供轉化鍋內不同層次對反應溫度的要求，從而達到最佳反應溫度和效果，這是人工操作所達不到的;自動控制裝置可及時檢測轉化放熱開始時間，從而有效控制供電時間，防止轉化時因反應劇烈而跑磷造成燃燒或爆炸，也可有效利用反應熱，降低電耗，達到節能降低成本。操作人員在控制室內控制，避免反應產生的煙氣對人體損害，並大大減輕勞動強度。
權利要求
1.一種赤磷轉化過程自動控制裝置，其特徵在於赤磷轉化過程自動控制裝置是由電源、溫度採集、顯示、輸出裝置，中心主機是可編程序控制器，轉化爐溫度控制裝置、信號啟停控制裝置、報警裝置構成。
2.根據權利要求1所述的赤磷轉化過程自動控制裝置，其特徵在於電源通過穩壓變壓器輸入到中心主機的電源模塊。
3.根據權利要求1所述的赤磷轉化過程自動控制裝置，其特徵在於溫度採集、顯示、輸出裝置是由下列部件構成和工作的，熱電阻對轉化爐內轉化鍋的溫度進行採集，採集的信號輸入到控制室數顯表進行顯示和信號轉換，信號轉化為電信號再輸送給中心主機的模擬量輸入模塊。
4.根據權利要求1所述的赤磷轉化過程自動控制裝置，其特徵在於中心主機可編程序控制器是模塊式，控制器的基板上設有若干插槽，供插入各種規格模塊和聯結擴展基板，控制裝置的可編程序控制器由電源模塊、中央控制單元模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、編程器構成。
5.根據權利要求1所述的赤磷轉化過程自動控制裝置，其特徵在於轉化爐溫度控制裝置是由繼電器、電位器、調壓器、接觸器構成，可編程序控制器每一隻輸出口接一隻繼電器，當需要調壓送電時，繼電器的接點和電位器串聯後並接到調壓器控制端，當全壓送電時，繼電器接點直接與接觸器線圈控制迴路聯結。
6.根據權利要求1所述的赤磷轉化過程自動控制裝置，其特徵在於自動控制裝置設有報警輸出口。
7.根據權利要求1所述的赤磷轉化過程自動控制裝置，其特徵在於對每一個轉化爐的電阻絲所聯結相線與相鄰轉化爐互配聯結。
8.一種赤磷轉化過程的自動控制方法，其特徵在於人工啟動控制裝置的啟動開關，使轉化爐便進入自動控制工作狀態，發出轉化爐一檔輸出信號，轉化爐五根電阻絲全部全壓送電，使轉化爐快速升溫，裝置不斷循環檢測轉化爐的溫度，當溫度升至205度，裝置立即發出信號切斷一檔送電，輸出轉化爐的二檔送電信號，即切斷轉化爐上部的一根電阻絲的電流，保留下部四根電阻絲全壓送電，此時裝置對轉化爐升溫速率進行檢測和監視，檢測過程是，將自動控制裝置中的定時裝置設定一個時刻，時刻在區域為40～60秒中任一時刻，通過溫度檢測，顯示給定的時刻前後的溫度變化的溫差，檢測出轉化鍋中開始放熱的溫差信號，此溫差是大於等於2度，表示轉化進入放熱反應階段，否則是轉化中的正常升溫，自動控制裝置繼續檢測溫度的變化速率，直至檢測出轉化鍋入熱反應信號為止，轉化進入放熱反應階段，自動控制裝置發出停止轉化爐的所有電阻絲通電，並使一個定時器定時，同時發出轉化鍋內開始反應的報警信號，定時結束後，利用自動控制裝置將轉化鍋內轉化溫度控制在273～280度間，直到轉化時間完畢，自動停止送電。
全文摘要
一種赤磷轉化過程的自動控制裝置和自動控制方法，用熱電阻檢測轉化鍋內的溫度，並將溫度信號輸送給自動控制裝置的中央控制單元處理，將處理信號輸給轉化爐溫度控制裝置，用溫度控制裝置控制轉化爐的加熱電流大小，從而控制轉化鍋的反應對溫度的需求，達到最佳反應效果，提高赤磷轉化質量，減輕勞動強度，可以避免發生安全事故。
文檔編號C01B25/023GK1081650SQ9210766
公開日1994年2月9日 申請日期1992年7月29日 優先權日1992年7月29日
發明者陳寬明, 李青港, 王春萍, 白玉 申請人:連雲港市錦屏化工廠