基于S7—300的燒堿系統(tǒng)的設計

【摘要】在分析和研究燒堿系統(tǒng)中離心機控制系統(tǒng)的基礎上，設計了離心機的PLC控制系統(tǒng)。采用PLC控制離心機各電磁閥的動作，進一步降低操作人員的勞動強度，提高生產效率，并有效控制母液含鹽量及析出鹽含堿量?？朔穗x心機工作轉速調節(jié)單一、故障率高等缺陷。

【關鍵詞】燒堿生產；PLC；離心機；程序設計

1.引言

近年來，我國的氯堿工業(yè)發(fā)展十分迅猛，一些新的企業(yè)相繼誕生，產能快速提升，燒堿生產能力已從1998年的745萬噸/年增加到2005年的1470萬噸/年，使我國在燒堿產能上超過美國成為世界第一。我國氯堿工業(yè)在產能迅速提升的同時，技術也獲得了長足發(fā)展，規(guī)?；b置增多，裝置技術水平提高，國內氯堿企業(yè)先后從發(fā)達國家引進了多套先進技術和現代化裝備，使我國氯堿工業(yè)的裝備和技術水平有了很大的提高。

在燒堿生產中，堿液的蒸發(fā)、濃縮過程中往往伴有鹽的結晶，因此需采取措施對鹽堿進行分離。目前大多數廠家均采用以離心機為主體的分離系統(tǒng)，主要的方法是將含有NaCl晶體的溶液蒸發(fā)后，裝入離心機進行分離，離心工序的任務是將由蒸發(fā)崗位送來的經蒸汽加熱，蒸發(fā)濃縮后的固液混合物經旋液分離器、離心機回收結晶鹽，鹽經溶解后送到鹽水工序，堿液經澄清冷卻成隔膜液堿成品。通常這些工序是通過離心機啟停，閥門開啟等來完成，而這些操作均由人工完成，隨意性很大。除對設備壽命有很大影響外，蒸發(fā)堿液濃度變化、操作工的操作水平及責任心不同，造成離心機分離的鹽含堿量偏高，失堿率上升，同時增加了回收鹽水中有用鹽酸消耗，浪費極大。

離心機各工作步驟運行的協(xié)調、準確及整個控制過程的穩(wěn)定直接影響離心機的工作效果，影響堿液的質量。分離機的電氣控制系統(tǒng)由定時器、中間繼電器和變壓器等部件組成，不但體積大、造價高，而且安裝，檢修麻煩。而可編程序控制器是專為工業(yè)環(huán)境設計的計算機，以其可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)點，迅速成為自動控制的首選。使離心機控制線路大大簡化，可靠性提高。

2.離心機的工作原理

當含有細小顆粒的懸浮液靜置不動時，由于重力場的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液體小的粒子就會上浮。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關，并且又與重力場的強度及液體的粘度有關。象紅血球大小的顆粒，直徑為數微米，就可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過程。此外，物質在介質中沉降時還伴隨有擴散現象。擴散是無條件的絕對的。擴散與物質的質量成反比，顆粒越小擴散越嚴重。而沉降是相對的，有條件的，要受到外力才能運動。沉降與物體重量成正比，顆粒越大沉降越快。對小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質等，它們在溶液中成膠體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過程的。因為顆粒越小沉降越慢，而擴散現象則越嚴重。所以需要利用離心機產生強大的離心力，才能迫使這些微粒克服擴散產生沉降運動。離心就是利用離心機轉子高速旋轉產生的強大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數和浮力密度的物質分離開。

3.離心機控制要求

燒堿系統(tǒng)中的鹽堿分離離心機的分離過程是一個順序循環(huán)的工作過程，根據其工藝流程共分加料、母液、水洗、熔鹽、刮刀、稀母液、大洗等7個工步，依靠加料閥、母液閥、水洗閥、稀母液閥、熔鹽閥，刮刀閥，大洗閥等7個電磁閥的通斷電來配合完成上述工步過程。由圖1可知，只有前6步工作做連續(xù)循環(huán)12次后方可進入大洗工步，待大洗完畢后再進入下一次大循環(huán)。如此往復循環(huán)，直到按下復位按鈕后，整個系統(tǒng)才停止運行。

4.PLC控制系統(tǒng)的軟件設計

4.1 工藝要求

工藝流程共分加料、母液、水洗、熔鹽、刮刀、稀母液、大洗等7個工步，依靠加料閥、母液閥、水洗閥、稀母液閥、熔鹽閥，刮刀閥，大洗閥等7個電磁閥的通斷電來配合完成上述工步過程。

4.1.1 主機和油泵的控制

主機和油泵的起停通過控制臺上相應的按鈕手動進行，當主機和油泵運行時，其對應的綠色指示燈亮。

4.1.2 電磁閥的控制

電磁閥的控制分為手動和自動兩種方式。

（1）手動控制

當“手動/自動”開關選為手動時，通過各電磁閥所對應的開關可實現對所對應電磁閥的手動操作。當電磁閥開通時，其所對應的紅色指示燈亮。應注意：手動操作時，同時開通的電磁閥總數不要超過3個。

（2）自動控制

在投到自動控制之前，需要通過觸摸屏對各參數值進行設定。啟動油泵和主機后，經過初始熔鹽和初始刮刀步驟后，結束初始化，進入到循環(huán)程序中運行，按照離心機的工藝流程及設定程序的來控制來各個電磁閥的通斷。程序在自動運行過程中，電磁閥打開時，所對應的紅色指示亮，這樣可以通過指示燈及觸摸屏，直觀顯示當前電磁閥的開通情況。

4.2 PLC控制系統(tǒng)順序功能圖

5.結語

該控制系統(tǒng)采用了目前主流的SIMATIC S7-300PLC，S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形背板總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標準軌道上，通過編程軟件能夠輕松實現各種控制要求。

（1）通用性?？稍谌魏我?guī)格型號的臥式刮刀離心機上使用，只需少許改動就可。

（2）操作簡單。通過計算機可以方便地完成參數設置，監(jiān)視設備工作狀態(tài)。

（3）易維護。采用模塊化小型PLC為控制核心，大幅減少傳統(tǒng)繼電器控制方式的連線，給維護檢修工作帶來極大方便。

（4）智能化。通過模塊化小型PLC采用智能化控制，有效避免離心機運行中出現的震動。

（5）高可靠性。模塊化小型PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠運行，并且易配置、易接線、隔離性好、結構堅固、抗腐蝕，適應較寬的溫度變化范圍，平均無故障間隔時間（MTBF）為15年。

（6）優(yōu)良的開放性。本方案設計中不僅采用了先進的軟件、硬件，而且著眼于企業(yè)“管控一體化”的需求，貫徹數字化的先進思想，使企業(yè)生產設備的進一步智能應用成為現實。

在西門子PLC的智能控制下，控制系統(tǒng)大大提高了臥式螺旋卸料離心脫水機的可靠性、穩(wěn)定性和自動化程度，實現了較復雜的控制能有效地防止離心機的震動，從而使離心機的大修周期從3個月左右提高到1年以上；同時，進一步降低了操作人員的勞動強度，提高了生產效率，并有效控制母液含鹽量及析出鹽含堿量?？朔穗x心機工作轉速調節(jié)單一、故障率高等缺陷。

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