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        淺析基于PLC 的酸洗自動控制系統(tǒng)設計

        2024-03-10 03:13:32李江恒姚鶴梅李增亮劉龍錦沈秋彤
        中國設備工程 2024年4期
        關鍵詞:氣動閥廢酸酸洗

        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,配液槽內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、內部附著的鈣及其它雜質的過程。脫鈣結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。通過對酸洗工藝及需求進行了分析研究,我們設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#酸洗槽排酸氣動調節(jié)閥將酸洗槽中的廢液排出,進炭時間到,關閉5#酸洗槽排酸氣動調節(jié)閥,進炭流程結束,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#洗槽排酸氣動調節(jié)閥、9#壓縮空氣氣動調節(jié)閥,當進氣累計時間到設定值,關閉2 個氣動調節(jié)閥,吹干流程結束,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,配液槽加清水到設定液位,關閉7#清水氣動閥,打開8#HCL 氣動閥,啟動鹽酸泵,加HCL 到設定液位,停運鹽酸泵,關閉8#HCL 氣動閥,HCL 制備流程結束,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),運行時間到設定值,停運酸洗循環(huán)泵,除12#排氣氣動閥外,關閉其余4 個氣動閥,酸洗循環(huán)流程結束,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#酸洗槽排酸氣動調節(jié)閥排廢酸,排廢酸時間到設定值,關閉5#酸洗槽排酸氣動調節(jié)閥,排廢酸流程結束,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)水泵運行時間到設定值,停運沖洗循環(huán)水泵,停運時間到設定值,打開5#酸洗槽排酸氣動調節(jié)閥排廢酸,排廢酸累計時間到設定值,關閉5#酸洗槽排酸氣動調節(jié)閥,進行沖洗計數(shù),若計數(shù)未到設定值,啟動沖洗循環(huán)水泵進行循環(huán),直至沖洗次數(shù)到設定值,關閉11#循環(huán)水氣動閥,沖洗循環(huán)流程結束,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、氣動閥開關閥、氣動調節(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)場設備層的人機交互設備,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)軟件設計

        本系統(tǒng)的軟件設計主要包括控制程序和人機交互界面的設計,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,進行單個設備手動操作。通過設定好的輸入按鈕對PLC 進行控制進,而對系統(tǒng)中的各個設備進行控制。

        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)設備故障后酸洗流程的連貫性,設計半自動控制方式,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束程序指令中獲取。直到最后一個沖洗循環(huán)流程結束后,系統(tǒng)運行停止,程序執(zhí)行完成。每一個流程根據(jù)設定的運行時間,當運行時間等于設定時間,流程結束,程序進入下一流程。

        3.4 人機交互界面的設計

        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)要求能夠實現(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流程的旁顯示。

        (6)參數(shù)設置功能: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 個流程都可設置運行時間;根據(jù)工藝需求,系統(tǒng)設計的2 個氣動調節(jié)閥可設定閥門開度;通過設定配液槽加水和加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,設計了如圖9 所示的人機界面功能。

        圖9 人機界面

        4 結語

        本文根據(jù)企業(yè)酸洗工藝的自動控制生產(chǎn)需求,設計了一套基于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)可調控性強,能夠適應現(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。

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