堿液恒溫恒壓循環(huán)設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭映雪

摘 要：堿液恒溫恒壓循環(huán)設(shè)備，通過對堿液的集中供應(yīng)，自然冷卻，循環(huán)加熱的方式，來保證堿液溫度的恒定；為保證到達(dá)每臺(tái)設(shè)備的堿液流量值恒定，管道上裝壓力變送器，通過壓力變送器反饋給PLC運(yùn)行調(diào)整變頻器頻率值。可防止出現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)時(shí)因部分設(shè)備維護(hù)或者上絲需臨時(shí)關(guān)閉堿液而造成的管道積壓或者低壓現(xiàn)象，保證各設(shè)備進(jìn)堿壓力穩(wěn)定。通過由PLC和變頻器、壓力變送器、離心泵組成了變頻恒壓控制系統(tǒng)，應(yīng)用到堿液循環(huán)系統(tǒng)中，提高絲材清洗穩(wěn)定性以及絲材直徑的均勻性，提升客戶的滿意度，符合公司的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

關(guān)鍵詞：堿液恒溫；恒壓；壓力變送器；PLC；變頻器；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.034

0 引言

電解堿液清洗是鎢鉬加工中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，清洗的穩(wěn)定性會(huì)影響絲材的質(zhì)量。傳統(tǒng)的白絲清洗設(shè)備，堿液供堿方式為單獨(dú)配備堿箱的小循環(huán)方式，無任何降溫升溫等恒定溫度措施。設(shè)備在清洗過程中，堿液的溫度會(huì)隨著產(chǎn)量而上升以及室內(nèi)溫度的變化而發(fā)生變化，降低絲材的品質(zhì)。

1 主要解決問題

通過堿液循環(huán)恒溫系統(tǒng)設(shè)備的開發(fā)和試生產(chǎn)，保證了堿液溫度的恒定，提高了絲材清洗穩(wěn)定性以及絲材直徑的均勻性，從而改善了絲材質(zhì)量，提高了合格率；堿液的集中供應(yīng)和堿箱放置在室外加熱，有效改善了車間工作環(huán)境及降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.1 加熱器加熱方式

利用設(shè)備自身發(fā)熱會(huì)使堿液溫度上升到一個(gè)熱平衡溫度的特殊性，將恒溫值提高。具體方式為在生產(chǎn)的前一天開啟加熱器，將堿液加熱到熱平衡溫度，使設(shè)備在生產(chǎn)開始時(shí)堿液溫度已經(jīng)達(dá)到生產(chǎn)時(shí)的熱平衡溫度，隨即關(guān)掉加熱器，設(shè)定堿液溫度上下限，在生產(chǎn)過程中，若堿液溫度低于下限時(shí)開啟加熱器，高于上限時(shí)關(guān)掉加熱器。

通常情況下，在生產(chǎn)過程中加熱器一般不需要開啟就能使堿液溫度恒定在±2℃，后期運(yùn)行成本低。加熱器比冷水機(jī)組、冷卻塔投入成本低。

1.2 就地取材

供堿泵及備用泵均可用于加熱器加熱循環(huán)，利于節(jié)省成本供堿過程中，備用泵閑置，因加熱器加熱主要在生產(chǎn)前開啟，次數(shù)較少，可利用備用泵變頻控制來供加熱器加熱循環(huán)使用，同理，備用泵供堿時(shí)，供堿泵可用來加熱器加熱，如圖1所示，通過蝶閥開關(guān)來切換供堿泵與備用泵的用途，供堿泵與備用泵在不同用途時(shí)可同時(shí)開啟，保證了生產(chǎn)過程中也能加熱。此方式可節(jié)省2臺(tái)供加熱循環(huán)的堿泵，節(jié)約成本。

1.3 加熱器控制說明

采用三相功率控制器與宇電的溫控儀、利用熱電偶反饋加熱信號，形成半閉環(huán)的溫度控制。

2 堿液恒壓的設(shè)計(jì)

2.1 控制要求

通過人機(jī)界面設(shè)置所需的管道壓力給PLC，在堿箱泵的出口處安裝壓力變送器，根據(jù)壓力反饋信號，通過程序中的模糊控制，運(yùn)行計(jì)算后自動(dòng)調(diào)整變頻器的輸出變量，改變堿泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到管道恒壓的目的。

2.2 模糊控制原理說明

根據(jù)反饋的原理：要想維持一個(gè)物理量不變或者基本不變，就應(yīng)該改引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)，我們要保證堿液管道壓力的恒定，所以加入了壓力的反饋值與給人機(jī)界面設(shè)定的給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)，由于堿液管道長，系統(tǒng)是個(gè)滯后的系統(tǒng)，不能用變頻器的內(nèi)部自帶的PID的整定控制功能，因此我們采用PLC參與的模糊控制的方式，實(shí)現(xiàn)泵的工頻與變頻的切換，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。實(shí)踐證明，使用這種方法可行，造價(jià)不高。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)采用歐姆龍CJ系列的PLC：方便添加控制模塊，本次還使用了模擬量輸入輸出模塊，具體配置如下：

3.2 人機(jī)界面配置

采用威綸通品牌的帶以太網(wǎng)口的觸摸屏，具體配置如下：

3.2.1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)說明

（1）管道循環(huán)泵可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行功能選擇。在系統(tǒng)啟動(dòng)前，可在觸摸屏上選擇每臺(tái)管道循環(huán)泵的用途，并在觸摸屏上提示開啟（或關(guān)閉）哪些閥門。

（2）具備一鍵啟動(dòng)功能。在選擇好管道循環(huán)泵的功能后，確認(rèn)閥門開啟正確，只需按下“系統(tǒng)啟動(dòng)”按鈕，便可啟動(dòng)整套系統(tǒng)，操作方便。

（3）系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可對供堿管道壓力大小，堿箱液位高低進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過供堿管道和堿箱上的壓力變送器作用，可實(shí)時(shí)檢測供堿管道的壓力大小和堿箱的液位高度，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到觸摸屏上。

（4）樓上與樓下均配備觸摸屏及報(bào)警指示燈，并通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

一樓設(shè)備系統(tǒng)與三樓生產(chǎn)車間均配備有觸摸屏控制和報(bào)警指示燈，可實(shí)時(shí)監(jiān)控整套系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并根據(jù)實(shí)際情況，決定是否停止系統(tǒng)運(yùn)行。

為了防止在未檢查閥門是否正確開啟（或關(guān)閉）就啟動(dòng)供堿泵，三樓控制柜未配備一鍵啟動(dòng)功能。

（5）系統(tǒng)具備多項(xiàng)報(bào)警功能，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

該系統(tǒng)主要配備以下報(bào)警功能：

①液位預(yù)警，液位上下限報(bào)警；

②供堿泵異常報(bào)警；

③加熱器異常報(bào)警；

④管道壓力異常報(bào)警。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警功能時(shí)，會(huì)在觸摸屏上出現(xiàn)相對應(yīng)的報(bào)警信息，報(bào)警指示燈會(huì)常亮并發(fā)出警報(bào)聲。

4 項(xiàng)目總結(jié)

（1）整體控制方案：采用標(biāo)準(zhǔn)的電流4～20mA信號處理，模擬量與數(shù)字量的交替工作模式。目的：方便程序的編寫，編程時(shí)轉(zhuǎn)化為0～4000的數(shù)字量，可以精準(zhǔn)的控制輸出。還可以把零點(diǎn)漂移通過數(shù)字量的修正再轉(zhuǎn)化為模擬量精準(zhǔn)控制。

（2）恒壓控制中，程序編寫采用模糊控制方式：撇除復(fù)雜的PID控制方式，利用數(shù)字量之間的比較指令，進(jìn)行細(xì)分比對，找取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，根據(jù)掃描周期進(jìn)行時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集控制。方法簡單有效。

（3）屏幕設(shè)計(jì)上，具備各項(xiàng)參數(shù)顯示，包括管道壓力、液位顯示、報(bào)警信息提示；操作提示；采用以太網(wǎng)的通信方法上下屏幕同時(shí)可以顯示?？梢暬淖鳂I(yè)，方便操作人員監(jiān)控，防止誤操作。