赤泥综合回收控制系统的设计与应用

摘要：赤泥綜合回收控制系统采用PLC作为主要的控制器，具有手动控制，自动控制，数据采集，测量精度高，操作简单等特点，并使用触摸屏作为人机界面，该系统达到了国内外的较先进的水平。

关键词：赤泥  综合回收  可编程控制器  自动控制  手动控制  触摸屏

1 概述

基于PLC的赤泥综合回收控制系统根据赤泥综合回收生产工艺的要求，参考国内外有关工厂的运行经验及设计方案确定的，对全厂各生产工艺过程实施有效的、高水平的自动控制，以确保产品的质量、成本，使之在市场有很强的竞争力。

整个自动控制系统包括仪表过程检测部分、系统控制部分、执行机构（包括各种信号转换、驱动控制设备）部分;操作人员可在主控室监控各个工艺参数及设备的运行状况，实现整个生产过程的连续检测和自动控制;对可能引起设备或人身事故的工艺参数设置越限报警，设备故障报警，并自动采用预设联锁控制方案将工艺参数限定在安全的范围内，实现安全生产。

该系统的主要内容包括：手动控制，自动控制，液位自动控制，温度自动控制，实时流量数据采集，累计流量统计，触摸屏人机界面显示等功能。该系统操作简单，降低了工人的劳动量，测量数据精度高，因此可以提高产品质量，并节能降耗，为企业创造更佳的效益。

2 控制系统的硬件开发

赤泥综合回收过程控制系统组成，如图1所示：

输入单元：负责采集现场的液位、流量、温度等各项模拟量以及开关量。现场数据采集系统由温度传感器、超声波液位传感器、流量计等组成。其中，模拟量输入模块采用西门子的EM231模块，模拟量输入模块采集各种传感器送来的4～20mA信号;数字量输入模块采用西门子的EM221模块，数字量输入模块主要是接收操作按钮以及故障开关信号。模拟量输出模块采用西门子的EM232模块，模拟量输出模块输出0～10V信号，控制变频器频率。

输出单元：负责控制现场的加热棒、水泵、变频器和电磁阀等执行机构。其中，模拟量输出模块采用西门子的EM232模块，模拟量输出模块输出0～10V信号，控制变频器频率;数字量输出模块采用西门子的EM222模块，数字量输出模块主要是通过控制中间继电器的接通与断开，中间继电器控制主电路接触器的接通与断开，从而控制加热棒，水泵，变频器以及电磁阀执行机构启停动作。

人机界面采用威纶触摸屏，使用十分方便，只要把它通过连接电缆， 连接到S7-200上即可。它的用途有：显示报警;软按钮;设定和修改参数等等。

3 控制系统的软件开发

本系统分别采用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6和EasyBuilder 8000为PLC和触摸屏编程。控制软件包括各种液位控制程序，流量控制程序，变频调速控制程序，温度自动控制程序以及监控界面等等。

液位自动控制程序完成每个反应罐的自动液位控制;流量控制程序完成各种原料流量的手动和自动控制，使得各种原料的实际用量准确、稳定地跟踪物料的流向，为企业计算生产成本提供依据。温度自动控制程序实现温度的自动控制，使得反应物按照设定的温度反应，稳定了产品质量。

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。

3.1 液位自动控制

赤泥综合回收控制系统中包含了多个液位自动控制系统，以氨水自动控制为例，该控制系统的电气和仪表主要包括PLC，超声波液位计，水泵等，控制流程如图2所示。

液位控制原理描述：液位自动控制主要是采用超声波液位传感器测量采集反应罐液位，并将采集的数据转换成4-20mA的电信号输入到PLC，将采集到的液位和程序中设定的液位进行比较，当液位达到设定的下限值时，自动开启水泵，当液位达到设定的上限时，自动关泵，为了保险起见，超声波还有超高位保护功能，防止反应液溢出，起到安全保护的作用。

3.2 温度自动控制

以反应釜温度自动控制为例，反应釜温度自动控制的启动和停止流程图如图3、图4所示。

启动条件：系统开机，系统处于自动控制，断路器已经合闸，断路器没有故障，加热棒没有故障，温度低于设定启动温度;停止条件：系统关闭，系统处于手动控制，断路器分闸，断路器故障，加热棒故障，温度达到设定停止温度。

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图3  温度自动控制系统       图4  温度自动控制系统

启动流程图                  停止流程图

4 人机界面的开发

根据本控制系统的功能要求，该系统采用EasyBuilder 8000软件开发了多个画面，不仅具有丰富的功能，同时具有良好的人机互动性，主画面如下图5所示。

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图5  温度监控画面

通过该画面可以实时监测反应罐的实时温度以及温度记录曲线。并可以切换到其他画面完成相应的功能，如液位自动控制画面，可以实时监测每个反应灌的液位高度，还可以设定各种参数，以及各种操作按钮等等。

5 结论

本系统采用西门子公司的S7-200PLC设计并开发了赤泥综合回收的自动控制系统，包括控制系统的硬件设计和软件开发等等。该系统通过超声波液位计，温度传感器，流量计等仪表测量各种数据，并且反馈到PLC，通过PLC进行数据处理，比较判断，然后输出控制中间继电器的吸合，中间继电器控制接触器，实现了液位的自动控制，温度自动控制，流量自动控制等等。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、过程操作、重要参数的记录及显示、异常情况的处理等等，达到人机优势互补的目的。

这两个月来的现场使用证明，本系统软、硬件设计合理，运行可靠，计量准确，操作使用简便，维护简单，各项性能指标及功能均达到设计要求。

参考文献：

[1]谢汝生.HMI在PLC控制系统中核子秤标定过程中的应用[J].

计算机测量与控制，2002.10（6）.

[2]徐国林.PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008.4.

[3]程玉华.西门子S7-200工程应用实例分析[M].北京：电子工业出版社，2008.1.

[4]陈在平.RS485总线可编程控制器I/O终端接续控制器[J].测控技术，2011.7.

作者简介：

甘桂裕（1986-），男，广西贵港人，2010年毕业于广西工学院自动化专业，助理工程师，主要从事电气自动化方面的研究。