CN107308678A - 一种结晶器的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结晶器的自动控制系统，其包括：第一控制系统，其包括结晶罐(1)，皮带秤显示仪(101)，皮带秤(102)，波美度控制仪(103)，波美度测量仪(104)，温度显示仪(105)，温度计(106)，搅拌机(107)，皮带(108)，流量计算仪(109)，频率控制器(110)，流量控制仪(111)，流量计(112)和底流泵(113)；第二控制系统，其包括溢流槽(2)，液位控制仪(201)，液位计(202)，阀门执行器(203)和阀门(204)；第三控制系统，其包括细晶罐(3)，液位控制仪(301)，液位计(302)，流量计算仪(303)，流量控制仪(304)，流量计(305)，频率控制器(306)和(309)，控制仪(307)，流量计(308)，母液泵(310)和分解水泵(311)。

Description

一种结晶器的自动控制系统

技术领域

本发明属于结晶器领域，具体地涉及钾肥生产中结晶器的自动控制系统。

背景技术

自动控制(automatic control)是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。

自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。

结晶器的工序是钾肥生产反浮选-冷结晶工艺中的核心工序之一，结晶工艺的控制能力、结晶粒度和结晶回收率直接影响整个生产工艺的产品产量、质量和回收率，结晶器由结晶罐体、细晶罐体以及配套淡水罐、泵体、管道等附属设备组成。结晶器是根据结晶动力学原理，利用过饱和溶液形成晶核，不同的过饱和度影响结晶速率形成不同粒度和不同物质的结晶体，在结晶罐体中合理的过饱和度是保证氯化钾晶体粒度、质量以及回收率达到最优的关键，过饱和度近似由波美度反映，即结晶系统控制主要控制结晶罐内的波美度。细晶罐的作用是储存结晶罐溢流母液，并利用分解水溶解溢流母液中的细小氯化钾晶核。影响结晶罐内波美度的因素主要有结晶搅拌转速、母液流量、分解水流量、结晶进矿量、温度、结晶底流流量等。结晶搅拌目的是保证搅拌均匀，防止局部过饱和度过高，控制结晶搅拌转速主要由结晶罐体的体积和结构决定，并防止转速过高对结晶体的破坏作用。

目前对结晶器使用的操作方式是依据进矿量人工手动控制细晶罐母液流量、分解水流量、结晶罐底流流量等来实现对波美度的控制。由于结晶进矿量时刻发生变化，人工手动调节波美度经常出现过高或过低的情况，严重影响结晶系统的正常工作。

因此，需要一种能够全方位控制结晶器的自动控制系统。

发明内容

为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的一种结晶器的自动控制系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种结晶器的自动控制系统，其中，该控制系统包括：一种结晶器的自动控制系统，其中，自动控制系统包括：第一控制系统，其包括结晶罐1，皮带秤显示仪101，皮带秤102，波美度控制仪103，波美度测量仪104，温度显示仪105，温度计106，搅拌机107，皮带108，结晶底流流量计算仪109，结晶底流流量频率控制器110，结晶底流流量控制仪111，结晶底流流量计112和结晶底流泵113；第二控制系统，其包括溢流槽2，溢流槽液位控制仪201，溢流槽液位计202，结晶溢流阀门执行器203和结晶溢流阀门204；第三控制系统，其包括细晶罐3，细晶罐液位控制仪301，细晶罐液位计302，流量计算仪303，母液流量控制仪304，母液流量计305，母液流量频率控制器306，分解水流量控制仪307，分解水流量计308，分解水流量频率控制器309，母液泵310和分解水泵311，溢流槽2设置在结晶罐1中，结晶罐1与细晶罐3通过结晶溢流阀门204相连接，自动控制系统对光卤石进矿量、波美度、分解水流量、母液流量、结晶溢流槽液位、细晶罐液位、结晶搅拌转速、结晶器底流流量、结晶罐内温度进行实时监控。

根据本发明的一个优选实施方式，第一控制系统为结晶底流流量控制系统，用于控制结晶底流流量。

根据本发明的一个优选实施方式，第二控制系统为结晶溢流槽液位控制系统，用于控制结晶溢流槽液位，在第二控制系统中，溢流槽液位控制仪201与结晶溢流阀门执行器203连接。

根据本发明的一个优选实施方式，第三控制系统包括分解水流量控制系统和母液流量控制系统，用于控制分解水流量和母液流量。

根据本发明的一个优选实施方式，温度显示仪105与波美度控制仪103连接。

根据本发明的一个优选实施方式，波美度控制仪103与分解水流量控制仪307连接。

根据本发明的一个优选实施方式，皮带秤显示仪101与皮带秤控制仪101与流量计算仪303连接，以控制分解水流量和母液流量。

根据本发明的一个优选实施方式，波美度控制仪103与母液流量控制仪304连接。

根据本发明的一个优选实施方式，皮带秤显示仪101、分解水流量控制仪307和细晶罐液位控制仪301与结晶底流流量计算仪109连接。

通过以上技术方案，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的自动控制系统对光卤石进矿量、波美度、分解水流量、母液流量、结晶溢流槽液位、细晶罐液位、结晶搅拌转速、结晶器底流流量、结晶罐内温度等全方位数据进行实时监控，不仅实现了对工艺过程的优化控制，还大大减少各种误操作的发生。

(2)本发明的第三控制系统实现了波美度在线自动调节，优化了结晶器的工艺控制水平，提高结晶器氯化钾的结晶粒度、品质和回收率。

(3)本发明的自动控制系统利用解耦控制原理实现控制，兼容性好，抗干扰能力高，在极端生产环境下可以与新增变量控制系统融合。

附图说明

图1为本发明的结晶器的仪表流程图。

图2为图1的结晶器的总控制系统简图。

图3为图1的第一控制系统的原理框图。

图4为图1的第二控制系统的原理框图。

图5为图1的第三控制系统的原理框图。

在图1中，附图标记为：1-结晶罐，101-皮带秤显示仪，102-皮带秤，103-波美度控制仪，104-波美度测量仪，105-温度显示仪，106-温度计，107-搅拌机，108-皮带，109-结晶底流流量计算仪，110-结晶底流流量频率控制器，111-结晶底流流量控制仪，112-结晶底流流量计，113-结晶底流泵，2-溢流槽，201-溢流槽液位控制仪，202-溢流槽液位计，203-结晶溢流阀门执行器，204-结晶溢流阀门，3-细晶罐，301-细晶罐液位控制仪，302-细晶罐液位计，303-流量计算仪，304-母液流量控制仪，305-母液流量计，306-母液流量频率控制器，307-分解水流量控制仪，308-分解水流量计，309-分解水流量频率控制器，310-母液泵，311-分解水泵。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的结晶器的仪表流程图。在图1中细实线上加短划线表示控制信号线，如图1所示，本发明提供了一种结晶器的自动控制系统，其中，该控制系统包括：第一控制系统第一控制系统，其包括结晶罐1，皮带秤显示仪101，皮带秤102，波美度控制仪103，波美度测量仪104，温度显示仪105，温度计106，搅拌机107，皮带108，结晶底流流量计算仪109，结晶底流流量频率控制器110，结晶底流流量控制仪111，结晶底流流量计112和结晶底流泵113；第二控制系统，其包括溢流槽2，溢流槽液位控制仪201，溢流槽液位计202，结晶溢流阀门执行器203和结晶溢流阀门204；第三控制系统，其包括细晶罐3，细晶罐液位控制仪301，细晶罐液位计302，流量计算仪303，母液流量控制仪304，母液流量计305，母液流量频率控制器306，分解水流量控制仪307，分解水流量计308，分解水流量频率控制器309，母液泵310和分解水泵311，溢流槽2设置在结晶罐1中，结晶罐1与细晶罐3通过结晶溢流阀门204相连接。第一控制系统为结晶底流流量控制系统，用于控制结晶底流流量。第二控制系统为结晶溢流槽液位控制系统，用于控制结晶溢流槽液位，在第二控制系统中，溢流槽液位控制仪201与结晶溢流阀门执行器203连接。第三控制系统包括分解水流量控制系统和母液流量控制系统，用于控制分解水流量和母液流量。温度显示仪105与波美度控制仪103连接。波美度控制仪103与流量计算仪303连接，以控制分解水流量和母液流量。皮带秤显示仪101与流量计算仪303连接，以控制分解水流量和母液流量。皮带秤显示仪101、分解水流量控制仪307和细晶罐液位控制仪301与结晶底流流量计算仪109连接。对于结晶系统来说，进料量为光卤石进矿量和分解水流量，出料量为结晶底流流量；对于结晶器来说，进料量为母液流量和光卤石进矿量，出料量为结晶底流流量和结晶溢流流量；对于细晶罐来说，进料量为结晶溢流流量和分解水流量，出料量为母液流量，因而，在本发明的自动控制系统中，各个工艺参数都息息相关，因此，本发明的自动控制系统对光卤石进矿量、波美度、分解水流量、母液流量、结晶溢流槽液位、细晶罐液位、结晶搅拌转速、结晶器底流流量、结晶罐内温度进行全方位实时监控，不仅实现了对工艺过程的优化控制，还大大减少各种误操作的发生。

图2为图1的结晶器的控制系统简图。如图2所示，结晶器的控制系统为PLC系统，其包括PLC柜体和工序机，其中，PLC柜体中容纳了皮带秤显示仪101，波美度控制仪103，波美度测量仪104，温度显示仪105，结晶底流流量计算仪109，结晶底流流量频率控制器110，结晶底流流量控制仪111，溢流槽液位控制仪201，结晶溢流阀门执行器203，细晶罐液位控制仪301，流量计算仪303，母液流量控制仪304，母液流量频率控制器306，分解水流量控制仪307和分解水流量频率控制器309。当向PLC系统输入工艺参数结晶罐波美度、光卤石进矿量、结晶罐温度、结晶底流流量，母液流量，分解水流量，结晶溢流槽液位、细晶罐液位和结晶罐搅拌转速时，PLC系统输出工艺参数母液泵变频、分解水泵变频、结晶底流泵变频、结晶罐溢流阀门阀位。然而，结晶器的控制系统不限于PLC系统，其也可以是DCS系统或者其他适用的系统。

图3为图1的第一控制系统的原理框图，第一控制系统为结晶底流流量控制系统，该第一控制系统采用解耦控制原理。由图3所示，结晶底流流量采用分布控制，由光卤石进矿量、母液流量、分解水流量、细晶罐液位控制结晶底流流量，同时由结晶底流流量、结晶罐溢流流量、母液流量和分解水流量控制细晶罐液位。具体地，细晶罐液位过低时降低底流流量，细晶罐液位过高时提高底流流量，当细晶罐液位在设定范围内时，依据结晶系统的进出物料平衡(泡沫忽略不及)，根据光卤石进矿量和分解水量计算出底流流量控制值，再由单回路闭环控制实现结晶底流流量的稳定控制。

图4为图1的第二控制系统的原理框图，第二控制系统为结晶溢流槽液位控制系统，该第二控制系统为单回路闭环控制原理。通过结晶罐1进细晶罐3的溢流管上的电动调节阀，控制溢流槽2的液位，防止结晶器溢流中含有氯化钠的泡沫随母液进入细晶罐，保证细晶罐中泡沫与多余的母液顺利排出。

图5为图1的第三控制系统的原理框图，第三控制系统包括分解水流量控制系统和母液流量控制系统，该第三控制系统采用解耦控制原理。结晶罐内液体温度修正波美度给定值；母液流量采用比值控制，给定光卤石进矿量与母液流量比值，同样，分解水流量也采用比值控制，给定光卤石进矿量与分解水流量比值，波美度给定值与波美度的比值对母液流量和分解水流量反作用调节。具体地，结晶罐内温度修正波美度给定值；分解水流量调节：根据计算比值或经验比值设定光卤石进矿量与分解水流量比值参数，进矿量越大，分解水流量越大，波美度测量值与给定值的比值作为分解水流量的修正参数；母液流量调节：根据计算比值或经验比值设定光卤石进矿量与母液流量比值参数，进矿量越大，母液流量越大，波美度测量值与给定值的比值作为母液流量的修正参数，即波美度较高时，通过增加分解水流量来增加母液不饱和度，并增加母液流量，降低结晶罐内波美度，波美度较低时，降低母液不饱和度，降低母液流量，提高结晶罐内波美度，实现波美度的稳定控制。另外，母液流量设置下限值保证结晶系统母液不间断循环，当结晶器没有进料光卤石矿时，母液流量为下限值，分解水流量为零。本发明的第三控制系统实现了波美度在线自动调节，优化了结晶器的工艺控制水平，提高结晶器氯化钾的结晶粒度、品质和回收率。

本发明的自动控制系统利用解耦控制原理实现控制，兼容性好，抗干扰能力高，在极端生产环境下可以与新增变量控制系统融合，并且在异常的生产环境下，可以根据实际运行情况增加或调整变量控制，例如进矿光卤石出现水分过高(通常为含钙量高)，根据测得的含水量修正母液流量控制中的光卤石进矿量比值；当后续工序出现问题时，结晶器关闭底流泵，由底流泵的开关量信号转换结晶自动控制方式，母液流量控制中光卤石进矿量比值变大，分解水流量随动控制比值变小，根据细晶液位的高低和进矿量的大小可以显示出结晶器异常运行的可控时间。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (9)

1.一种结晶器的自动控制系统，其中，所述自动控制系统包括：

第一控制系统，所述第一控制系统包括结晶罐(1)，皮带秤显示仪(101)，皮带秤(102)，波美度控制仪(103)，波美度测量仪(104)，温度显示仪(105)，温度计(106)，搅拌机(107)，皮带(108)，结晶底流流量计算仪(109)，结晶底流流量频率控制器(110)，结晶底流流量控制仪(111)，结晶底流流量计(112)和结晶底流泵(113)；

第二控制系统，所述第二控制系统包括溢流槽(2)，溢流槽液位控制仪(201)，溢流槽液位计(202)，结晶溢流阀门执行器(203)和结晶溢流阀门(204)；

第三控制系统，所述第三控制系统包括细晶罐(3)，细晶罐液位控制仪(301)，细晶罐液位计(302)，流量计算仪(303)，母液流量控制仪(304)，母液流量计(305)，母液流量频率控制器(306)，分解水流量控制仪(307)，分解水流量计(308)，分解水流量频率控制器(309)，母液泵(310)和分解水泵(311)，

所述溢流槽(2)设置在所述结晶罐(1)中，

所述结晶罐(1)与所述细晶罐(3)通过所述结晶溢流阀门(204)相连接，

所述自动控制系统对光卤石进矿量、波美度、分解水流量、母液流量、结晶溢流槽液位、细晶罐液位、结晶搅拌转速、结晶器底流流量、结晶罐内温度进行实时监控。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第一控制系统为结晶底流流量控制系统，用于控制结晶底流流量。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第二控制系统为结晶溢流槽液位控制系统，用于控制结晶溢流槽液位，在所述第二控制系统中，所述溢流槽液位控制仪(201)与所述结晶溢流阀门执行器(203)连接。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述第三控制系统包括分解水流量控制系统和母液流量控制系统，用于控制分解水流量和母液流量。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述温度显示仪(105)与所述波美度控制仪(103)连接。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述波美度控制仪(103)与所述分解水流量控制仪(307)连接。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述皮带秤显示仪(101)与所述所述流量计算仪(303)连接，以控制分解水流量和母液流量。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述波美度控制仪(103)与所述母液流量控制仪(304)连接。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述皮带秤显示仪(101)、所述分解水流量控制仪(307)和所述细晶罐液位控制仪(301)与所述结晶底流流量计算仪(109)连接。