专利名称：赤磷转化过程自动控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种赤磷转化过程自动控制装置和方法。
现有的赤磷转化是人工操作控制，转化炉内安装转化锅的温度测量采用热电偶测量，测量的温度数据信号输入到控制室用二次仪表显示，操作工根据不同转化锅转化过程的温度变化情况，按赤磷转化工艺要求，手动切换电器控制转化炉电阻丝通电状况，对每一个转化炉的电阻丝只能达到通断二个操作形式，不能根据转化锅内温度需求对不同电阻丝送不同电流，从而会出现因温度控制不好造成质量问题，由于赤磷转化过程周期长(全过程需72小时)，转化过程中对温度控制的时间要求严格，特别是在赤磷转化进入放热反应时反应剧烈，如对供电控制不及时，可造成黄磷从出水管中溢出而发生燃烧，有时还会发生爆炸危险;赤磷转化过程产生大量烟气对现场操作人员身体危害较大;人工根据观测到的温度再进行控制不容易达到准确，但人工操作的误差会使产品出现质量问题，如会出现糊锅或夹生，直接影响转化率，并且电耗增加，直接造成成本增加。
本发明的任务是设计赤磷转化过程自动控制装置和自动控制方法。
本发明是这样完成任务的赤磷转化过程自动控制装置是由电源、温度采集、显示、输出装置，中心主机是可编程序控制器，转化炉温度控制装置、信号启停控制装置、报警装置构成。
电源通过稳压变压器输入到中心主机的电源模块。
温度采集、显示、输出装置是由下列部件构成和工作的热电阻对转化炉内转化锅的温度进行采集并输入到控制室数显表进行显示，数显表一个功能是显示温度信号，一个功能是将温度信号转换为电信号输送给中心主机的模拟量输入模块。
中心主机可编程序控制器是模块式结构，控制器的基板上设有若干插槽，供插入各种规格模块和联结扩展基板，控制系统的可编程序控制器由电源模块、中央控制单元模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、编程器构成。控制程序存储在软盘上，通过编程器写于主机的RAW上，由锂电池加以保护。
转化炉温度控制装置是由继电器、电位器、调压器、接触器构成，根据不同温度需求可编程序控制器从数字量输出口输出电压信号给对应的继电器，可编程序控制器共有五个输出口，每一只输出口接一只继电器，当转化炉电阻丝需要调压送电时，继电器的接点和电位器串联后并接到调压器控制端，调整电位器阻值可达到调整电压输出从而控制通过转化炉电阻丝的电流，利用电流控制转化炉的温度，当转化炉全部电阻丝全压送电时，继电器接点接到接触器线圈控制回路，不经过调压器直接给电阻丝送电。
本发明设计有报警输出口，报警输出口接在本自动控制装置的数字量输出模块上，报警装置对可能出现的意外情况和转化阶段予以报警和提示。
因赤磷在转化锅内转化过程中转化锅各层对温度需求各不相同，因而对应各部位通过的电流也不一样，对每一个转化炉的电阻丝上联结的三组单相负荷不平衡，除通过自动控制装置调整外，在宏观上采取互配调相的联结方式，对每一个转化炉的电阻丝所联结相线与相邻转化炉互配联结，例如1号转化炉上部的一根电阻丝接A相，中间二根电阻丝接B相，下部二根电阻丝接C相;2号转化炉上部一根电阻丝接B相，中间二根电阻丝接C相，下部二根电阻丝接A相……，以此类推，中线全部并联使电位稳定，零线电流减至最低，降低零线线损，使负荷相对稳定。
本自动控制装置的调控方法如下当将转化炉内转化锅都装好，人工启动控制装置的启动开关，转化炉便进入自动控制工作状态，装置发出转化炉一档输出信号，一档继电器是不需要调压而直接接在接触器线圈，接触器主触点闭合，转化炉五根电阻丝全部全压送电，转化炉升温，总电流约90A，装置不断循环检测转化炉的温度，当温度升至205度，装置立即发出信号切断一档，送出转化炉的二档输出信号，即切断转化炉上部的一根电阻丝的电流，保留下部四根电阻丝全压送电，总电流约为70A，此时装置对转化炉升温速率进行检测和监视，将自动控制装置中的定时装置定一个时刻，这个时刻在40～60秒内，最佳50秒，通过温度检测，测出给定的时间前后的温度变化的温差，温差大于等于2度时，表示转化进入放热反应阶段，温差不在此范围则是转化的正常升温，并进行再次时间给定，再次温差检测，直到检测出放热反应出现为止，转化进入放热反应阶段，自动控制装置发出停止转化炉的所有电阻丝通电，并使一个定时器定时，时间定为7个小时，同时发出转化炉开始放热报警信号，注意控制转化炉炉盖开闭角度，使之既要利用好反应热，使炉温升得尽可能高，又不使反应过于剧烈使磷从转化锅中溢出。定时7小时后当炉温低于278度，装置启动转化炉的三档通电，总电流为20A，当温度低于276度，停止三档，送四档，总电流为30A;当温度低于274度时，控制装置指令停止四档送电，给五档送电，总电流为45A，当高于280度时，控制装置停止给转化炉送电……如此反复，利用自动控制装置可将转化炉的炉温控制在273度～280度之间，直到转化时间完毕，自动停止送电。自动控制装置给出转化炉反应结束信号，再保温八个小时可将转化锅吊出进入下一轮转化循环附
图1是本发明的控制方框图。
附图2-1附图2-2是本发明的接线简图。
附图3是本发明赤磷转化装置结构简图。
现结合附图详细说明本发明电源(1)经过稳压变压器(2)输入到控制装置的电源模块(3)给装置供电;热电阻(4)从转化锅(5)中采集温度信号输送到数显表(6)，由数显表(6)将温度信号转变成电信号输送到控制装置的模拟量输入模块(7)，各个转化锅温度信号转化的电信号都输送到这个模块内，信号在中央控制单元(8)进行处理，经控制装置的数字量输出模块(9)输出给控制各个转化锅(5)的继电器(10)，继电器(10)与接触器(19)有两种接法，一种是转化炉不需要调压供电时继电器(10)与接触器线圈(19)联结，在需要对转化炉电阻丝电流进行调压供电时，继电器与电位器(18)串联后与调压器(11)控制端联结，电位器(18)根据不同温度的要求调定阻值，由接触器或调压器根据自动控制装置给定的指令，向放置转化锅(5)的转化炉(12)中安装的五根电阻丝(13)分别送不同大小的电流，由电流的大小控制转化炉温度大小。整个赤磷转化装置有若干个，若干个转化炉的电阻丝都被自动控制装置控制，从而达到根据赤磷转化的温度需求自动控制赤磷转化的目的。
每一个转化装置对应安装一个转化装置启停信号开关(17)，启停信号开关(17)的信号输送给数字量输入模块(18)，对整个控制装置进行启停控制。
本发明设计有报警输出口(20)，报警输出口接在本自动控制装置的数字量输出模块(9)上。
本控制装置还采取各转化炉的电阻丝三相电位互配联结方法，附图2-1是一个转化炉的电阻丝调相联结示意图，附图2-2是相邻转化炉调相联结示意图，本发明的各转化炉电阻丝调相互配联结和继电器(10)与电位器(18)、接触器(19)的接线简图，每一转化炉(12)安装的电阻丝(13)共五根，转化装置的转化炉(12)上部一根电阻丝接A相，向下二根电阻丝接B相，再向下二根电阻丝接C相，相邻转化装置的转化炉(12)的上部一根电阻丝接B相，向下二根电阻丝接C相，再向下二根接A相，……以此类推，中线全部并联，使中线电位基本稳定，零线电流减至最低，线损降低，使负荷相对稳定。
附图3是本发明的赤磷转化装置的结构简图，转化锅(5)安装在转化炉(12)中，转化炉(12)上设有炉盖(14)，转化锅(5)锅盖上设有热电阻孔(15)和出水口管(16)，转化炉(12)内安装电阻丝(13)。
本发明的最佳实施例如下将黄磷装入转化锅内并用少量水密封防止自燃，吊装锅盖并拧紧，将转化锅整体吊装入转化炉，盖上炉盖，从热电阻孔中插入BA2型热电阻，热电阻采集的温度信号输入控制室送给数显表的信号输入端，数显表型号为XMZJ-100，本数显表可将温度信号变换为4～20mA电信号送入模拟量输入模块接口供自动控制装置中心主机使用。
中心主机可编程序控制器选用德国西门子公司的S5-115U模块式运行组件，主机基板上有若干插槽，本发明实施例采用的模块为电源模块型号为6ES5951-7ND12。
中央控制单元模块(CPU)型号为6ES5941-7UA12。
模拟量模块型号为6ES5465-7LA11。
数字量输入模块型号为6ES5420-7LA11。
数字量输出模块型号为6ES5457-7LA11。
编程器选用PG635，可用三种语言脱机编程，程序可存放在31/2寸软盘上，也可通过编程器写于主机的RAM上，由锂电池加以保护。
启停控制开关控制启停信号并将此信号送入数字量输入模块接口，供操作和主机检测控制使用。
对于每一个转化炉，可编程序控制器有五个数字量输出口，分别控制不同温度变化阶段对温度需求的各电阻丝上的电流，转化炉上部一根接A相，中间二根接B相，下部二根接C相，相邻转化炉上部一根接B相，中间二根接C相，下部二根接A相，……以此类推，可编程序控制器每一输出口接一只继电器，对不需要调整电流全压送电的一档，继电器接点接到接触器线圈控制回路，对于需要调电流的档，继电器接点串联电位器后接到调压器控制端，调整电位器电阻值可调整电压输出，改变输给电阻丝的电流，从而控制转化锅内反应温度。
当将转化炉内转化锅都装好，人工启动控制装置的启动开关，转化炉便进入自动控制工作状态，以1号转化炉为例，当1号转化炉进入自动控制装置工作状态下，装置发出1号转化炉一档控制输出信号，一档继电器通电，一档继电器是不需要调压而直接接在接触器线圈，接通1号转化炉一档接触器线圈，接触器主触点闭合，转化炉五根电阻丝全部通电，转化炉全压送电升温，总电流约90A，装置不断循环检测1号转化炉的温度，当温度升至205度，装置立即发出信号切断一档，送出1号转化炉的二档，即切断1号转化炉上部的一根电阻丝的电流，保留下部四根电阻丝全压送电，总电流约为70A，此时装置对1号转化炉升温速率进行检测和监视，将自动控制装置中的定时装置定时40～60秒，最佳50秒，通过温度检测，检测出给定的时间前后的温度变化的温差，温差大于等于2度时，此时转化进入放热反应阶段，否则是转化中的正常升温，正常升温就需要再次给定时间进行再次温差检测，直到检测到放热反应出现，当转化进入放热反应阶段时，自动控制装置发出停止1号转化炉的所有电阻丝通电，并使一个定时器定时，时间定为7个小时，同时发出报警信号，提示1号转化炉开始反应，注意控制转化炉炉盖开闭角度，使之既要利用好反应热，使炉温升得尽可能高，又不使反应过于剧烈使磷从转化锅中溢出，定时后当炉温低于278度，装置启动1号转化炉的三档通电，总电流为20A，当温度低于276度，停止三档，送四档，总电流为30A当温度低于274度时，控制装置指令停止四档送电，给五档送电，总电流为45A，当高于280度时，控制装置停止给转化炉送电……如此反复，利用自动控制装置可将转化炉的炉温控制在273度～280度之间，直到转化时间完毕，自动停止送电。自动控制装置给出1号转化炉反应结束信号，再保温八个小时可将转化锅吊出进入下一轮转化循环。
本发明与现有技术相比有如下优点本自动控制装置可自动检测转化炉温度，并且自动输出与温度相对应的电流大小的信号，通过继电器、电位器、调压器给转化炉不同部位的电阻丝送不同大小的电流，供转化锅内不同层次对反应温度的要求，从而达到最佳反应温度和效果，这是人工操作所达不到的;自动控制装置可及时检测转化放热开始时间，从而有效控制供电时间，防止转化时因反应剧烈而跑磷造成燃烧或爆炸，也可有效利用反应热，降低电耗，达到节能降低成本。操作人员在控制室内控制，避免反应产生的烟气对人体损害，并大大减轻劳动强度。
权利要求
1.一种赤磷转化过程自动控制装置，其特征在于赤磷转化过程自动控制装置是由电源、温度采集、显示、输出装置，中心主机是可编程序控制器，转化炉温度控制装置、信号启停控制装置、报警装置构成。
2.根据权利要求1所述的赤磷转化过程自动控制装置，其特征在于电源通过稳压变压器输入到中心主机的电源模块。
3.根据权利要求1所述的赤磷转化过程自动控制装置，其特征在于温度采集、显示、输出装置是由下列部件构成和工作的，热电阻对转化炉内转化锅的温度进行采集，采集的信号输入到控制室数显表进行显示和信号转换，信号转化为电信号再输送给中心主机的模拟量输入模块。
4.根据权利要求1所述的赤磷转化过程自动控制装置，其特征在于中心主机可编程序控制器是模块式，控制器的基板上设有若干插槽，供插入各种规格模块和联结扩展基板，控制装置的可编程序控制器由电源模块、中央控制单元模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、编程器构成。
5.根据权利要求1所述的赤磷转化过程自动控制装置，其特征在于转化炉温度控制装置是由继电器、电位器、调压器、接触器构成，可编程序控制器每一只输出口接一只继电器，当需要调压送电时，继电器的接点和电位器串联后并接到调压器控制端，当全压送电时，继电器接点直接与接触器线圈控制回路联结。
6.根据权利要求1所述的赤磷转化过程自动控制装置，其特征在于自动控制装置设有报警输出口。
7.根据权利要求1所述的赤磷转化过程自动控制装置，其特征在于对每一个转化炉的电阻丝所联结相线与相邻转化炉互配联结。
8.一种赤磷转化过程的自动控制方法，其特征在于人工启动控制装置的启动开关，使转化炉便进入自动控制工作状态，发出转化炉一档输出信号，转化炉五根电阻丝全部全压送电，使转化炉快速升温，装置不断循环检测转化炉的温度，当温度升至205度，装置立即发出信号切断一档送电，输出转化炉的二档送电信号，即切断转化炉上部的一根电阻丝的电流，保留下部四根电阻丝全压送电，此时装置对转化炉升温速率进行检测和监视，检测过程是，将自动控制装置中的定时装置设定一个时刻，时刻在区域为40～60秒中任一时刻，通过温度检测，显示给定的时刻前后的温度变化的温差，检测出转化锅中开始放热的温差信号，此温差是大于等于2度，表示转化进入放热反应阶段，否则是转化中的正常升温，自动控制装置继续检测温度的变化速率，直至检测出转化锅入热反应信号为止，转化进入放热反应阶段，自动控制装置发出停止转化炉的所有电阻丝通电，并使一个定时器定时，同时发出转化锅内开始反应的报警信号，定时结束后，利用自动控制装置将转化锅内转化温度控制在273～280度间，直到转化时间完毕，自动停止送电。
全文摘要
一种赤磷转化过程的自动控制装置和自动控制方法，用热电阻检测转化锅内的温度，并将温度信号输送给自动控制装置的中央控制单元处理，将处理信号输给转化炉温度控制装置，用温度控制装置控制转化炉的加热电流大小，从而控制转化锅的反应对温度的需求，达到最佳反应效果，提高赤磷转化质量，减轻劳动强度，可以避免发生安全事故。
文档编号C01B25/023GK1081650SQ9210766
公开日1994年2月9日 申请日期1992年7月29日 优先权日1992年7月29日
发明者陈宽明, 李青港, 王春萍, 白玉 申请人:连云港市锦屏化工厂