PLC自动控制系统在质谱炉气分析系统中的应用

　　0　引言

　　质谱炉气分析系统是一种以飞行时间质谱仪分析为核心的过程分析装置,是1990年以来发展起来的一种新型技术,用于实时监测各种冶炼、燃烧等反应过程释放的尾气中CO,CO2,O2,N2,H2和Ar的含量,结合后续的各种冶炼、燃烧等过程的工艺模型,可以直观地指导现场工人的操作。作为质谱炉气分析系统的核心部分,飞行时间质谱仪是随着快速信号采集和处理技术的发展而迅速发展起来的新型分析仪器,它不仅测量精度和稳定性很好,而且以快速分析著称,同时一次性分析工业炉气的六个成分CO,CO2,O2,N2,H2和Ar仅需0·1s,非常适合短流程工艺如转炉炼钢的工业炉气分析。由于工业现场的环境恶劣,且工业炉气粉尘含量多、潮湿及温度过高,因此样气预处理装置是质谱炉气分析系统中必不可少的一部分,其工作可靠稳定,可保证干燥洁净且常温的炉气进入飞行时间质谱仪进行分析。

　　对于在线过程分析系统,其可靠性、稳定性极为重要。基于PLC自动控制系统的稳定可靠,本文研究将PLC自动控制系统应用于质谱炉气分析系统,通过PLC及其上位机的自动和手动的控制,实现了自动采集样气、自动反吹再生、手动调试、时间参数修改、各加热元件及储气罐压力状态显示、本地状态指示灯显示、故障预警及上位机和PLC的信号连锁等功能,提高了质谱炉气分析系统控制的安全性和可靠性。本系统应用在莱钢4号转炉上,自2004年2月投入在线运行以来,一直保持良好的工作状态。

　　1　系统组成

　　1·1　硬件组成

　　质谱炉气分析系统由取样探头、初级过滤单元、反吹再生单元、样气处理单元、喷射泵、PLC自动控制单元以及飞行时间质谱仪组成。工作站(Control Station)即为PLC的上位机(HMI),可显示质谱炉气分析系统的工作状态、控制整套系统的运行和显示样气成分的分析曲线,其系统组成见图1。

　　在PLC自动控制系统的控制下,冶炼或燃烧过程中的样气经喷射泵抽汲后,通过一个取样探头,经初级过滤单元过滤除去85%以上的粉尘,再经过样气处理单元的旋风除尘器和精过滤器进行除尘和除水获取干燥洁净的样气,通过引导管进入飞行时间质谱仪进行分析,得到的分析数据经网络实时传输给工作站进行显示并存储,以便指导现场工人的操作。同时,反吹再生单元在PLC自动控制系统的控制下,按照一定的时序对另一个取样探头进行反吹再生,当前一取样探头快结束取样时,经过既定的时间后,对切换至反吹再生完的探头进行取样,而前一取样探头亦进行反吹再生,如此反复切换两个取样探头,对样气进行连续不断地采集。此既定的时间可以通过PLC上位机的时间参数界面,按照不同的操作工艺在一定的时间范围内进行设定,从而使得两取样探头相互切换时所采集的样气趋于连续、一致且均匀。