淺析基于PLC 的酸洗自動控制系統(tǒng)設(shè)計

李江恒，姚鶴梅，李增亮，劉龍錦，沈秋彤

（鶴慶北衙礦業(yè)有限公司，云南 大理 671507）

為了提高載金炭的吸附能力，解吸提純采用貧炭酸洗工藝、酸洗炭再生工藝聯(lián)合恢復炭的活性。貧炭酸洗工藝是將高溫高壓含氰解吸后的貧炭輸送至酸洗槽內(nèi)，配液槽內(nèi)制備一定濃度與體積的鹽酸溶液，再通過循環(huán)泵抽入酸洗循環(huán)一定時間，從而清除炭的表面、內(nèi)部附著的鈣及其它雜質(zhì)的過程。脫鈣結(jié)束的酸洗炭使用循環(huán)水反復沖洗至中性，再進入火法再生系統(tǒng)或返回氰化槽內(nèi)。通過對酸洗工藝及需求進行了分析研究，我們設(shè)計了一套酸洗自動控制系統(tǒng)，用于貧炭酸洗。

1 酸洗系統(tǒng)的工藝及控制需求分析

酸洗系統(tǒng)主要由配液槽、酸洗槽、酸洗循環(huán)泵、鹽酸泵、循環(huán)管路、排污管路等構(gòu)成，如圖1。酸洗作業(yè)流程包括進炭、吹干、HCL 制備、酸洗循環(huán)、排廢液、沖洗6 個環(huán)節(jié)。

圖1 酸洗系統(tǒng)流程圖

1.1 進炭流程

進炭啟動，進炭的同時打開5#酸洗槽排酸氣動調(diào)節(jié)閥將酸洗槽中的廢液排出，進炭時間到，關(guān)閉5#酸洗槽排酸氣動調(diào)節(jié)閥，進炭流程結(jié)束，進入下一流程，如圖2所示。

圖2 進炭流程

1.2 吹干流程

吹干啟動，打開酸5#洗槽排酸氣動調(diào)節(jié)閥、9#壓縮空氣氣動調(diào)節(jié)閥，當進氣累計時間到設(shè)定值，關(guān)閉2 個氣動調(diào)節(jié)閥，吹干流程結(jié)束，進入下一流程，如圖3 所示。

圖3 酸洗炭吹干

1.3 HCL 制備

HCL 制備啟動，打開7#清水氣動閥，配液槽加清水到設(shè)定液位，關(guān)閉7#清水氣動閥，打開8#HCL 氣動閥,啟動鹽酸泵，加HCL 到設(shè)定液位，停運鹽酸泵，關(guān)閉8#HCL 氣動閥，HCL 制備流程結(jié)束，進入下一流程，如圖4 所示。

圖4 HCL 制備

1.4 酸洗循環(huán)流程

酸洗循環(huán)啟動，打開1#酸洗循環(huán)泵氣動閥、3#出液氣動閥、4#出液氣動閥、5#酸洗槽進酸氣動調(diào)節(jié)閥、12#排氣氣動閥，確保5 個氣動閥開到位后，啟動酸洗循環(huán)泵，進行酸洗循環(huán)，運行時間到設(shè)定值，停運酸洗循環(huán)泵，除12#排氣氣動閥外，關(guān)閉其余4 個氣動閥，酸洗循環(huán)流程結(jié)束，進入下一流程，如圖5 所示。

圖5 酸洗循環(huán)

1.5 排廢酸流程

排廢酸啟動，打開5#酸洗槽排酸氣動調(diào)節(jié)閥排廢酸，排廢酸時間到設(shè)定值，關(guān)閉5#酸洗槽排酸氣動調(diào)節(jié)閥，排廢酸流程結(jié)束，進入下一流程，如圖6 所示。

圖6 排廢酸

1.6 沖洗循環(huán)流程

沖洗循環(huán)啟動，打開11#循環(huán)水氣動閥，啟動沖洗循環(huán)水泵，沖洗循環(huán)水泵運行時間到設(shè)定值，停運沖洗循環(huán)水泵，停運時間到設(shè)定值，打開5#酸洗槽排酸氣動調(diào)節(jié)閥排廢酸，排廢酸累計時間到設(shè)定值，關(guān)閉5#酸洗槽排酸氣動調(diào)節(jié)閥，進行沖洗計數(shù)，若計數(shù)未到設(shè)定值，啟動沖洗循環(huán)水泵進行循環(huán)，直至沖洗次數(shù)到設(shè)定值，關(guān)閉11#循環(huán)水氣動閥，沖洗循環(huán)流程結(jié)束，如圖7 所示。

圖7 沖洗循環(huán)

2 酸洗自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

圖8 為以PLC 為核心的控制系統(tǒng)框圖，控制系統(tǒng)采用西門子S7-200 SMART CPU SR40、EM DT16 數(shù)字量輸入/輸出模塊、EM DR16 數(shù)字量輸入/輸出模塊、EM AM06模擬量輸入/輸出模塊，為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全，PLC模擬量輸入采用無源信號隔離器。被控對象主要包括用Goodrive200A 系列變頻器驅(qū)動酸洗循環(huán)泵、三相電機控制沖洗循環(huán)水泵、氣動閥開關(guān)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、檢測元件包括裝在配液槽上用于監(jiān)測酸洗槽液位的磁翻板液位計和雷達液位計，裝在酸洗槽頂部用于監(jiān)測罐內(nèi)壓力的壓力變送器，選用西門子KTP1200 Basic 觸摸屏與PLC以太網(wǎng)通訊，觸摸屏作為現(xiàn)場設(shè)備層的人機交互設(shè)備，實現(xiàn)通過觸摸屏實時監(jiān)控、操作和運行情況，觸摸屏通過TCP IP 協(xié)議與PLC 進行通訊，實現(xiàn)設(shè)置參數(shù)與顯示數(shù)據(jù)的相互傳遞，它是在PLC 控制下，根據(jù)程序指令、操作命令及設(shè)置的參數(shù)實現(xiàn)工藝流程控制的功能。

圖8 控制系統(tǒng)框圖

3 酸洗自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括控制程序和人機交互界面的設(shè)計，采用STEP 7-MicroWIN SMART 軟件對PLC 進行編程，如圖8。KTP1200 Basic 觸摸屏采用TIA Portal V15 組態(tài)。另外，Goodrive200A 系列變頻器采用端子控制，將端子接入PLC 系統(tǒng)，并對變頻器參數(shù)進行設(shè)置。根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，將系統(tǒng)控制分為手動、半自動、自動控制。

3.1 手動控制方式

為了滿足臨時故障、測試需要或其他情況需求，10個氣動閥、2 個氣動調(diào)節(jié)閥、酸洗循環(huán)泵、鹽酸泵和循環(huán)水泵都可在觸摸屏上切至手動模式，進行單個設(shè)備手動操作。通過設(shè)定好的輸入按鈕對PLC 進行控制進，而對系統(tǒng)中的各個設(shè)備進行控制。

3.2 半自動控制方式

整個酸洗流程由進炭、吹干、HCL 制備、酸洗循環(huán)、排廢酸、沖洗循環(huán)6 個流程組成，每一個流程都需要一定的運行時間，為方便在系統(tǒng)運行過程的可控性和出現(xiàn)設(shè)備故障后酸洗流程的連貫性，設(shè)計半自動控制方式，半自動可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇任意流程運行。

3.3 自動控制方式

從進炭、吹干、HCL 制備、酸洗循環(huán)、排廢酸、沖洗循環(huán)6 個流程依次執(zhí)行，流程間的銜接采用傳送指令，下一流程開始的指令從上一流程結(jié)束程序指令中獲取。直到最后一個沖洗循環(huán)流程結(jié)束后，系統(tǒng)運行停止，程序執(zhí)行完成。每一個流程根據(jù)設(shè)定的運行時間，當運行時間等于設(shè)定時間，流程結(jié)束，程序進入下一流程。

3.4 人機交互界面的設(shè)計

本系統(tǒng)中，人機交互界面主要包含以下幾種功能：

（1）模式選擇功能：由于系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)手動、半自動、自動3 種模式，在系統(tǒng)開始運行前根據(jù)實際情況選擇運行模式。

（2）狀態(tài)顯示功能：要求在系統(tǒng)運行時可以實時顯示系統(tǒng)運行的狀態(tài)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，窗口能夠彈出報警記錄，并觸發(fā)聲光報警器，提醒現(xiàn)場作業(yè)人員，同時系統(tǒng)暫停在故障發(fā)生當前狀態(tài)的運行情況。

（3）故障報警功能：當系統(tǒng)發(fā)生故障時，人機交互界面能夠顯示故障原因，因此在設(shè)計人機交互界面前要做好對可能發(fā)生的故障信號反饋功能，在發(fā)生故障時直接調(diào)用。

（4）故障復位功能：當系統(tǒng)故障發(fā)生后，將故障信號置位，故障處理結(jié)束后，需將故障信號復位，系統(tǒng)才能繼續(xù)運行。

（5）數(shù)據(jù)顯示功能：將接入系統(tǒng)的流量、液位、壓力等傳感器數(shù)據(jù)在界面上顯示，每一流程剩余的運行時間采用倒計時的方式在對應(yīng)流程的旁顯示。

（6）參數(shù)設(shè)置功能：為探索酸洗各流程最佳運行時間、方便操作人員更改運行的時間，6 個流程都可設(shè)置運行時間；根據(jù)工藝需求，系統(tǒng)設(shè)計的2 個氣動調(diào)節(jié)閥可設(shè)定閥門開度；通過設(shè)定配液槽加水和加HCL 的液位來控制鹽酸溶液的配比。

針對系統(tǒng)對人機界面的功能需求，設(shè)計了如圖9 所示的人機界面功能。

圖9 人機界面

4 結(jié)語

本文根據(jù)企業(yè)酸洗工藝的自動控制生產(chǎn)需求，設(shè)計了一套基于PLC 的酸洗自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由硬件和軟件部分構(gòu)成，采用PLC 控制，通過組態(tài)的人機界面控制PLC，進而對系統(tǒng)中的各個設(shè)備進行控制，實現(xiàn)整個酸洗流程自動運行。運行情況表明，該系統(tǒng)可調(diào)控性強，能夠適應(yīng)現(xiàn)場出現(xiàn)的多種運行情況，降低員工勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。