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| 基于S7-300PLC的反應(yīng)釜自動配料系統(tǒng) | 2020-01-20 |
| 摘要：反應(yīng)釜配料過程是氧化鋁行業(yè)對原料進行加工處理的重要工序。在該過程中，堿赤泥漿等多種原料被輸送到反應(yīng)釜中進行混合、研磨后形成生料漿。針對該工業(yè)過程的特點及技術(shù)要求，利用Siemens公司的S7-300PLC設(shè)計并開發(fā)了反應(yīng)釜配料過程的自動配料系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、硬件設(shè)計、各種稱重系統(tǒng)軟件程序的開發(fā)等。其中稱重系統(tǒng)軟件程序的開發(fā)包括邏輯控制程序、連續(xù)控制程序和監(jiān)控畫面的開發(fā)。所設(shè)計和開發(fā)的自動配料系統(tǒng)不僅可以大幅度提高生料漿質(zhì)量，同時可以節(jié)能降耗，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。 反應(yīng)釜配料是燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)流程中對原料進行處理的重要工序。該過程中，赤泥漿等原料被輸送到反應(yīng)釜中進行混合、研磨后形成生料漿[1]。生料漿的各項工藝指標直接影響著最終氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。目前的反應(yīng)釜配料過程基本停留在自動化程度低，依靠人工操作的水平上，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，能源消耗大，生料漿的各項工藝指標合格率低，成為制約燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)的瓶頸。 為解決這一問題，根據(jù)反應(yīng)釜配料過程的工藝特點和技術(shù)要求，本文采用西門子公司的S7-300PLC設(shè)計并開發(fā)了反應(yīng)釜配料過程的自動配料系統(tǒng)。根據(jù)自動配料系統(tǒng)的功能和要求對硬件平臺進行了設(shè)計和選型，并采用Step-7稱重系統(tǒng)開發(fā)了邏輯控制程序、連續(xù)控制程序，采用MCGS稱重系統(tǒng)開發(fā)了監(jiān)控畫面。本文所設(shè)計和開發(fā)的自動配料系統(tǒng)可以應(yīng)用在實際的氧化鋁反應(yīng)釜配料過程中，取代現(xiàn)有的人工操作方式，因此可以提高生料漿產(chǎn)品質(zhì)量，并節(jié)能降耗，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。 1自動配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計 反應(yīng)釜配料過程自動配料系統(tǒng)采用PLC自動配料技術(shù)，具有回路控制、邏輯控制、關(guān)鍵工藝參數(shù)的監(jiān)控、計量等功能?；芈房刂茖崿F(xiàn)堿赤泥漿等原料流量的連續(xù)穩(wěn)定控制；邏輯控制實現(xiàn)關(guān)鍵配料設(shè)備的順序啟停和聯(lián)鎖控制；關(guān)鍵工藝參數(shù)的檢測與顯示實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視；計量系統(tǒng)對各種物料的流量進行在線計量。通過控制稱重系統(tǒng)軟件和監(jiān)控稱重系統(tǒng)軟件提供的強大組態(tài)功能，計算機網(wǎng)絡(luò)與實時數(shù)據(jù)庫的支持，保證反應(yīng)釜配料生產(chǎn)過程的控制、運行和管理。 根據(jù)反應(yīng)釜配料過程的工藝流程及自動配料系統(tǒng)的功能要求，自動配料系統(tǒng)中共有65點數(shù)字量輸入（DI）和20點數(shù)字量輸出（DO），20點模擬量輸入（AI）和17點模擬量輸出（AO）。 采用西門子S7-300PLC，同時還需擴展模塊[3]。擴展模塊包括3個SM321（32點數(shù)字量輸入），1個SM322（32點數(shù)字量輸出），3個SM331（8通道模擬量輸入），3個SM332（8通道模擬量輸出）。主機與各擴展模塊的連接如圖1所示。 反應(yīng)釜配料自動配料系統(tǒng)中包括多個原料流量的控制回路，以堿赤泥漿流量控制回路為例，該控制回路的電氣和儀表設(shè)備主要包括PLC，變頻器，密度計和流量計等，其設(shè)備連接圖如圖2所示。 2自動配料系統(tǒng)的稱重系統(tǒng)開發(fā) 控制稱重系統(tǒng)軟件包括各種邏輯控制程序、各種流量控制程序以及監(jiān)控畫面等等。邏輯控制和連續(xù)控制程序采用SiemensS7-300PLC中的Step7稱重系統(tǒng)開發(fā)。監(jiān)控畫面采用組態(tài)稱重系統(tǒng)軟件MCGS稱重系統(tǒng)開發(fā)。 邏輯控制程序主要完成堿赤泥漿泵、各種給料皮帶秤的啟?？刂坪拖嚓P(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖保護等功能。 流量控制程序完成各種原料流量的手動和自動控制，使各種原料的實際流量準確、穩(wěn)定的跟蹤相應(yīng)的設(shè)定值。 監(jiān)控畫面主要有兩方面的功能：一是監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)，包括設(shè)備的運行、停止和故障等；二是控制設(shè)備的狀態(tài)，包括設(shè)備的啟停、參數(shù)的設(shè)定等。通過對監(jiān)控畫面的操作，可以使操作員隨時對現(xiàn)場生產(chǎn)過程進行操作指導(dǎo)及控制。 2.1邏輯控制程序 以堿赤泥泵為例，啟動和停止程序流程圖如圖 啟動條件：變頻器處于自動控制，變頻器已交流合閘，變頻器，電機。 停止條件：堿液泵處于自動控制方式。自動停車條件：變頻器故障或電機故障。 2.2連續(xù)控制 連續(xù)控制是指各種原料的流量控制回路，主要包括5個堿赤泥漿流量的回路控制。 2.3監(jiān)控畫面的開發(fā) 根據(jù)自動配料系統(tǒng)的功能要求，本文采用MCGS稱重系統(tǒng)開發(fā)了多個監(jiān)控畫面[4]，不僅具有豐富的功能，同時具有良好的人機互動性，典型的監(jiān)控畫面。為反應(yīng)釜配料過程的主監(jiān)控畫面。通過該畫面可以全面的掌握整個配料過程中各個設(shè)備的運行情況，并可以切換到其他畫面上完成相應(yīng)的功能。圖7為反應(yīng)釜系統(tǒng)的監(jiān)控畫面，在該監(jiān)控畫面中不但可以通過按鈕對相應(yīng)的設(shè)備進行啟動和停止，還可以對物料的給定值進行設(shè)定。 3結(jié) 論 本文采用西門子公司的S7-300PLC設(shè)計并開發(fā)了反應(yīng)釜配料過程的自動配料系統(tǒng)，包括自動配料系統(tǒng)的硬件設(shè)計和稱重系統(tǒng)開發(fā)等。該系統(tǒng)通過邏輯控制部分完成對條件的判斷及設(shè)備的啟停順序控制、實現(xiàn)聯(lián)鎖保護功能，保證設(shè)備的安全運行，延長其使用壽命。通過連續(xù)控制對各種原料的流量進行控制，保證被控變量準確穩(wěn)定的跟蹤設(shè)定值。過程監(jiān)控部分保證監(jiān)控畫面的直觀性、友好性，操作員可以方便地實現(xiàn)過程監(jiān)控、重要參數(shù)的記錄及顯示、異常情況的處理等，達到人機優(yōu)勢互補的目的。該自動配料系統(tǒng)可以取代傳統(tǒng)的人工配料生產(chǎn)方式，提高了生料漿各項工藝指標的合格率，降低了配料成本，實現(xiàn)了自動配料，從而提高了企業(yè)的競爭力。 | |
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