基于PLC控制的圓盤(pán)真空脫水機(jī)

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院　丁愛(ài)國(guó)　趙奇

基于PLC控制的圓盤(pán)真空脫水機(jī)

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院丁愛(ài)國(guó)趙奇

為解決脫硫石膏的再利用問(wèn)題，使用圓盤(pán)真空脫水機(jī)對(duì)脫硫石膏進(jìn)行脫水處理。依靠西門(mén)子S7-200 smart和西門(mén)子系列觸摸屏對(duì)圓盤(pán)真空脫水機(jī)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行，并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的在線修改。人機(jī)交互界面的使用大大提高了該系統(tǒng)的靈活性及安全性。

圓盤(pán)真空脫水機(jī)；PLC；人機(jī)交互；狀態(tài)監(jiān)控

引言

隨著生活質(zhì)量的提高，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。二氧化硫作為眾多大氣污染源中最主要的污染源，帶來(lái)了主要的環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)是以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，以煤作為燃料的電站和工業(yè)用鍋爐，在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成了極大的影響。而目前對(duì)二氧化硫等有害物質(zhì)的處理主要采用石灰石—石膏脫硫技術(shù)，石灰石—石膏法脫硫技術(shù)已成為煙氣脫硫技術(shù)中最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)，目前占全球脫硫裝機(jī)總?cè)萘康?5%［1］。在資源循環(huán)利用的今天，對(duì)脫硫的石膏的脫水回收，顯得格外有意義。本文闡述利用PLC和西門(mén)子系列的觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)圓盤(pán)真空脫水機(jī)運(yùn)行控制及參數(shù)的監(jiān)控［2～4］。

1圓盤(pán)脫水機(jī)設(shè)備構(gòu)成及工作原理

1.1圓盤(pán)真空脫水機(jī)設(shè)備構(gòu)成

圓盤(pán)真空脫水機(jī)主要由主機(jī)部分（機(jī)架和漿槽、主驅(qū)動(dòng)軸、卸料裝置、盤(pán)片板）、攪拌系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2圓盤(pán)真空脫水機(jī)工作原理［5］

傳統(tǒng)的煙氣脫硫石膏脫水設(shè)備，通常采用水力旋流器和真空皮帶機(jī)脫水系統(tǒng)完成石膏漿液的脫水。從吸收塔排放出來(lái)的石膏漿液經(jīng)過(guò)水力旋流器進(jìn)行一級(jí)脫水，經(jīng)水力旋流器脫水后的石膏漿液一般含水量在50%左右，不能夠直接排放，必須經(jīng)過(guò)二級(jí)脫水。經(jīng)真空皮帶機(jī)脫水系統(tǒng)進(jìn)行二級(jí)脫水后，石膏的含水率降至10%以下。這樣不僅減少了脫硫后的二次污染，脫水后的石膏也可以用作建材原材料出售。在整個(gè)二級(jí)脫水系統(tǒng)中，真空皮帶脫水機(jī)是脫水系統(tǒng)的核心。其原理如下：通過(guò)真空泵抽真空的作用，在濾餅上下表面形成壓力差，并以此來(lái)擠出水分，達(dá)到脫水的目的。通常情況下，對(duì)石膏濾餅的Cl-1含量有一定的要求，所以在脫水的同時(shí)使用濾餅沖洗水對(duì)濾餅進(jìn)行沖洗，以達(dá)到?jīng)_洗Cl-1的效果。

2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1硬件配置

為實(shí)現(xiàn)脫水流程的無(wú)人值守全自動(dòng)運(yùn)行，該系統(tǒng)采用西門(mén)子PLC-200smart作為控制系統(tǒng)的核心模塊；對(duì)于不同含水量的石膏，圓盤(pán)真空脫水機(jī)轉(zhuǎn)軸的速度會(huì)有不同的選擇，因此采用SINAMICS V20變頻器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)中所用的閥門(mén)采用帶有反饋信號(hào)的電磁閥門(mén)，當(dāng)打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)時(shí)，會(huì)有反饋信號(hào)指示閥門(mén)是否打開(kāi)或關(guān)閉，有利于系統(tǒng)的正確運(yùn)行；真空桶是圓盤(pán)真空脫水機(jī)的關(guān)鍵部件，保證真空桶內(nèi)的真空度對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，采用壓力表和壓力傳感器實(shí)時(shí)地監(jiān)控真空桶的真空度，同時(shí)還需要一些其他的傳感器來(lái)監(jiān)控和控制系統(tǒng)的運(yùn)行，例如液位傳感器等。

2.2工藝流程

在圓盤(pán)真空脫水機(jī)的工作過(guò)程中，把整個(gè)工藝流程分為以下幾個(gè)部分：

（1）脫水階段；

（2）準(zhǔn)備清洗階段；

（3）清洗階段；

（4）清洗液排放階段。

2.3程序編寫(xiě)

程序采用STEP7-MicroWin SMART軟件進(jìn)行編寫(xiě)。編寫(xiě)程序時(shí)，根據(jù)工藝流程確定所需要的數(shù)字量及模擬量，以便選擇相應(yīng)的模塊。同時(shí)，要正確設(shè)置CPU的IP地址。

3人機(jī)交互界面HMI設(shè)計(jì)［6］

實(shí)際使用中，為了在線監(jiān)控該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、各部分的實(shí)時(shí)參數(shù)以及在線修改運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，利用SIMATIC Winccflexible2008軟件的畫(huà)面編輯窗口設(shè)計(jì)完成了所需要的人機(jī)交互界面，如圖2所示，包括按鈕、輸入/輸出框等控件。

HMI的控件要和相關(guān)的變量相關(guān)聯(lián)以后才能起到作用，為此，要將程序中的變量與相應(yīng)的控件相關(guān)聯(lián)，這樣才能保證能通過(guò)觸摸屏控制PLC的運(yùn)行及顯示PLC采集到的參數(shù)，并且正確反映系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程。

觸摸屏與PLC之間的通信采用以太網(wǎng)通信。設(shè)定觸摸屏和PLC不同的IP地址，實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC之間的通信。

圖2　人機(jī)交互界面組態(tài)圖

4結(jié)論

由PLC控制圓盤(pán)真空脫水機(jī)的運(yùn)行，并由西門(mén)子系列的觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，不僅能夠很好地了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，而且還能根據(jù)不同的生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)生產(chǎn)周期，提高了該系統(tǒng)的靈活性，更提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

［1］中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)脫硫脫硝委員會(huì).我國(guó)脫硫脫硝行業(yè)2012年發(fā)展綜述［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

［2］趙曉江，馮萍.觸摸屏組態(tài)軟件的 PLC驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)［J］.西北大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（2）：221-224.

［3］王冬.PLC自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用探析［Z］.科技網(wǎng)，2014.94.

［4］楊楊，楊風(fēng)，徐麗麗.西門(mén)子S7-200PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)，2013：185-186.

［5］許志安，李燕華，趙洪芬.陶瓷過(guò)濾機(jī)脫水原理與實(shí)際應(yīng)用［J］.礦業(yè)快報(bào)，2006：114

［6］霍發(fā)仁.人機(jī)界面設(shè)計(jì)研究［D］.武漢理工大學(xué)：碩士論文，2003.

丁愛(ài)國(guó)，1989年出生，山西朔州人，碩士，研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鑄造工藝技術(shù)。