| 基于S7-300PLC的反应釜自动配料系统 | 2020-01-20 |
| 摘要：反应釜配料过程是氧化铝行业对原料进行加工处理的重要工序。在该过程中，碱赤泥浆等多种原料被输送到反应釜中进行混合、研磨后形成生料浆。针对该工业过程的特点及技术要求，利用Siemens公司的S7-300PLC设计并开发了反应釜配料过程的自动配料系统，包括系统的结构和功能、硬件设计、各种称重系统软件程序的开发等。其中称重系统软件程序的开发包括逻辑控制程序、连续控制程序和监控画面的开发。所设计和开发的自动配料系统不仅可以大幅度提高生料浆质量，同时可以节能降耗，为企业创造更多的效益。 反应釜配料是烧结法氧化铝生产流程中对原料进行处理的重要工序。该过程中，赤泥浆等原料被输送到反应釜中进行混合、研磨后形成生料浆[1]。生料浆的各项工艺指标直接影响着最终氧化铝产品的质量[2]。目前的反应釜配料过程基本停留在自动化程度低，依靠人工操作的水平上，从而导致生产效率低，能源消耗大，生料浆的各项工艺指标合格率低，成为制约烧结法氧化铝生产的瓶颈。 为解决这一问题，根据反应釜配料过程的工艺特点和技术要求，本文采用西门子公司的S7-300PLC设计并开发了反应釜配料过程的自动配料系统。根据自动配料系统的功能和要求对硬件平台进行了设计和选型，并采用Step-7称重系统开发了逻辑控制程序、连续控制程序，采用MCGS称重系统开发了监控画面。本文所设计和开发的自动配料系统可以应用在实际的氧化铝反应釜配料过程中，取代现有的人工操作方式，因此可以提高生料浆产品质量，并节能降耗，为企业创造更多的效益。 1自动配料系统的硬件设计 反应釜配料过程自动配料系统采用PLC自动配料技术，具有回路控制、逻辑控制、关键工艺参数的监控、计量等功能。回路控制实现碱赤泥浆等原料流量的连续稳定控制；逻辑控制实现关键配料设备的顺序启停和联锁控制；关键工艺参数的检测与显示实现过程数据的实时监视；计量系统对各种物料的流量进行在线计量。通过控制称重系统软件和监控称重系统软件提供的强大组态功能，计算机网络与实时数据库的支持，保证反应釜配料生产过程的控制、运行和管理。 根据反应釜配料过程的工艺流程及自动配料系统的功能要求，自动配料系统中共有65点数字量输入（DI）和20点数字量输出（DO），20点模拟量输入（AI）和17点模拟量输出（AO）。 采用西门子S7-300PLC，同时还需扩展模块[3]。扩展模块包括3个SM321（32点数字量输入），1个SM322（32点数字量输出），3个SM331（8通道模拟量输入），3个SM332（8通道模拟量输出）。主机与各扩展模块的连接如图1所示。 反应釜配料自动配料系统中包括多个原料流量的控制回路，以碱赤泥浆流量控制回路为例，该控制回路的电气和仪表设备主要包括PLC，变频器，密度计和流量计等，其设备连接图如图2所示。 2自动配料系统的称重系统开发 控制称重系统软件包括各种逻辑控制程序、各种流量控制程序以及监控画面等等。逻辑控制和连续控制程序采用SiemensS7-300PLC中的Step7称重系统开发。监控画面采用组态称重系统软件MCGS称重系统开发。 逻辑控制程序主要完成碱赤泥浆泵、各种给料皮带秤的启停控制和相关设备的联锁保护等功能。 流量控制程序完成各种原料流量的手动和自动控制，使各种原料的实际流量准确、稳定的跟踪相应的设定值。 监控画面主要有两方面的功能：一是监视设备的状态，包括设备的运行、停止和故障等；二是控制设备的状态，包括设备的启停、参数的设定等。通过对监控画面的操作，可以使操作员随时对现场生产过程进行操作指导及控制。 2.1逻辑控制程序 以碱赤泥泵为例，启动和停止程序流程图如图 启动条件：变频器处于自动控制，变频器已交流合闸，变频器，电机。 停止条件：碱液泵处于自动控制方式。自动停车条件：变频器故障或电机故障。 2.2连续控制 连续控制是指各种原料的流量控制回路，主要包括5个碱赤泥浆流量的回路控制。 2.3监控画面的开发 根据自动配料系统的功能要求，本文采用MCGS称重系统开发了多个监控画面[4]，不仅具有丰富的功能，同时具有良好的人机互动性，典型的监控画面。为反应釜配料过程的主监控画面。通过该画面可以全面的掌握整个配料过程中各个设备的运行情况，并可以切换到其他画面上完成相应的功能。图7为反应釜系统的监控画面，在该监控画面中不但可以通过按钮对相应的设备进行启动和停止，还可以对物料的给定值进行设定。 3结 论 本文采用西门子公司的S7-300PLC设计并开发了反应釜配料过程的自动配料系统，包括自动配料系统的硬件设计和称重系统开发等。该系统通过逻辑控制部分完成对条件的判断及设备的启停顺序控制、实现联锁保护功能，保证设备的安全运行，延长其使用寿命。通过连续控制对各种原料的流量进行控制，保证被控变量准确稳定的跟踪设定值。过程监控部分保证监控画面的直观性、友好性，操作员可以方便地实现过程监控、重要参数的记录及显示、异常情况的处理等，达到人机优势互补的目的。该自动配料系统可以取代传统的人工配料生产方式，提高了生料浆各项工艺指标的合格率，降低了配料成本，实现了自动配料，从而提高了企业的竞争力。 | |