基于PLC堿洗塔廢氣處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙靜，張斌

摘要：工業(yè)生產(chǎn)過程中常常會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，并且這些廢氣的存在會(huì)影響生產(chǎn)過程中所需的氣體質(zhì)量。針對(duì)此問題，對(duì)堿洗塔廢氣處理系統(tǒng)采用堿洗的方式清潔含有硫化物和氨氣等工業(yè)氣體，但除去廢氣的過程中，堿洗液濃度會(huì)在使用過程中逐漸降低，于是提出基于PLC專家控制堿洗液的PH值和液位高度。在實(shí)際工程中，采用西門子 S7-200 系列 PLC對(duì)堿洗塔中的廢氣實(shí)現(xiàn)控制，應(yīng)用效果理想。

關(guān)鍵詞：堿洗塔廢氣處理系統(tǒng);PLC;專家控制;堿洗液濃度

Design of Waste Gas Treatment Control System of Alkali Washing Tower Based on PLC

ZHAO Jing1? ZHANG Bin2

（1. Xi'an Mingde Institute of Technology， Xian， Shanxi Province， 710124 China; 2. Shaanxi Safety Production Science and Technology Center， Xi’an， Shaanxi Province， 710004 China ）

Abstract： A large amount of waste gas is often produced in the industrial production process， and the existence of these waste gases will affect the gas quality required in the production process. In order to solve this problem， the waste gas treatment system of alkali scrubber which adopts alkali washing method to clean industrial gases containing sulfide and ammonia， but in the process of removing waste gas， the concentration of alkali washing solution will gradually decrease in the process of use， so it is proposed to control the pH value and liquid level height of alkali washing solution based on PLC expert. In the actual project， Siemens S7-200 series PLC is used to control the waste gas in the alkali washing tower， and the application effect is ideal.

Key Words： Alkali washing tower waste gas treatment system; PLC; Expert control; Alkali washing solution concentration

前言

堿洗塔是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢氣做環(huán)保凈化處理的一種設(shè)備，其任務(wù)是根據(jù)酸堿中和采用氫氧化鈉吸收中和液來凈化酸霧廢氣，廣泛應(yīng)用于、化工、制藥冶金、機(jī)械、食品、石油等行業(yè)的廢氣環(huán)保凈化處理。在控制過程中氫氧化鈉的濃度會(huì)在使用過程中降低，需要控制堿洗液的PH值和液位高度來實(shí)現(xiàn)堿洗塔的廢氣處理，因此堿洗塔的廢氣處理系統(tǒng)需根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)堿洗液的PH值和液位高度保證堿洗塔有效及時(shí)地處理硫化氫、氨氣等氣體，使之正常有效地工作。針對(duì)液位和PH這兩個(gè)重要被控參數(shù)具有有時(shí)變、大滯后、非線性等特點(diǎn)[1]，基于此，本設(shè)計(jì)在堿洗塔廢氣凈化處理系統(tǒng)的工藝基礎(chǔ)之上結(jié)合專家控制，采用西門子s7-200系列PLC與觸摸屏實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的有效、安全、可靠、穩(wěn)定的控制。

1系統(tǒng)組成

圖1所示為堿洗塔廢氣處理控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由光氧等離子一體機(jī)、離心風(fēng)機(jī)、兩個(gè)循環(huán)泵（一備一用）、循環(huán)水箱、加藥泵、堿洗塔、PH計(jì)、液位計(jì)（LT）組成。在該系統(tǒng)中通過液位計(jì)和PH計(jì)對(duì)液位和PH值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合專家控制策略對(duì)液位和PH值進(jìn)行控制。PLC作為中央控制單元，把實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)通過Modubus RTU通信協(xié)議并在RS-485硬件通信口基礎(chǔ)上傳送至上位機(jī)，PLC與上位機(jī)建立Modubus主站從站之間的通信來傳送數(shù)據(jù)信息[2]。觸摸屏（HMI）人機(jī)界面可實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)畫面，并具有報(bào)警、手動(dòng)調(diào)試、參數(shù)設(shè)置等功能[3]。在堿洗塔廢氣處理系統(tǒng)中，光氧等離子一體機(jī)工作電壓AC220V，功率14.4KW;離心風(fēng)機(jī)工作電壓AC380V，功率45KW;循環(huán)泵兩臺(tái)，功率5.5KW;液位計(jì)監(jiān)測(cè)的最低液位為300mm，最高液位為700mm;PH監(jiān)測(cè)值最低為7，最高為11。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，循環(huán)泵啟動(dòng)，光氧等離子一體機(jī)5s啟動(dòng)，其它所有設(shè)備均為自動(dòng)狀態(tài)。若液位過高或者過低、PH過低或者過高、硫化氫以及氨氣濃度過高，蜂鳴器均會(huì)報(bào)警提示。

2專家控制

專家系統(tǒng)是包含推理以及知識(shí)的智能計(jì)算機(jī)程序，利用某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)及知識(shí)解決該領(lǐng)域中的復(fù)雜問題。而專家控制是把專家系統(tǒng)的工作原理、概念同計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，模擬專家的智能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的過程控制。專家控制是智能控制技術(shù)的重要分支之一，該控制使復(fù)雜系統(tǒng)更具有可靠性、靈活性以及處理不確定信息問題的能力。 專家控制系統(tǒng)包含由輸入輸出采樣信號(hào)、知識(shí)庫、信息獲取與處理、推理機(jī)構(gòu)與控制規(guī)則集所組成[4]。 針對(duì)被控參數(shù)有時(shí)變、大滯后、非線性等特點(diǎn)，專家控制是根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域的專家知識(shí)或操作人員的推理能力和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)參與到被控過程中提出的先進(jìn)控制方法。

現(xiàn)以堿洗塔作為被控對(duì)象，結(jié)合專家控制思想，對(duì)堿洗塔廢氣處理系統(tǒng)采取專家控制，從而構(gòu)成堿洗塔廢氣處理專家控制系統(tǒng)。在專家控制系統(tǒng)中，信息獲取與處理是從基于專門的技術(shù)人員或者專家的經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)而獲取的信息，把這些信息整理之后就構(gòu)成了知識(shí)庫。知識(shí)庫用于存放獲取的專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。推理機(jī)利用知識(shí)進(jìn)行推理，對(duì)于簡(jiǎn)單的知識(shí)結(jié)構(gòu)，根據(jù)問題的求解過程可以采用正向推理的方法，逐個(gè)判斷各個(gè)規(guī)則條件，若滿足條件執(zhí)行該規(guī)則，若不滿足，繼續(xù)搜索直到匹配成功?？刂埔?guī)則集是存放了若干條規(guī)則，每條產(chǎn)生式規(guī)則可以用IF（滿足這個(gè)條件），THEN（采取這個(gè)操作）這樣的語句形式來進(jìn)行表示。結(jié)合堿洗塔廢氣處理系統(tǒng)的工藝要求，把系統(tǒng)可分成兩個(gè)獨(dú)立的回路，即該系統(tǒng)有兩個(gè)控制子系統(tǒng)：水箱液位控制子系統(tǒng)以及PH值控制子系統(tǒng)。液位控制子系統(tǒng)是利用液位計(jì)（LT）檢測(cè)液位高度，與給定值比較后得到偏差，對(duì)液位進(jìn)行控制;PH值控制子系統(tǒng)利用PH計(jì)（PHT）檢測(cè)PH值，與給定值比較得到偏差，對(duì)PH值進(jìn)行控制，對(duì)其分別建立水箱液位控制規(guī)則庫和PH值控制規(guī)則庫。

（1）液位控制規(guī)則庫

IF 水箱液位高度600mm≤LT≤700mm，THEN 進(jìn)水閥關(guān)閉;

IF 水箱液位高度LT>700mm，THEN 高液位報(bào)警;

IF 水箱液位高度300mm≤LT≤400mm，THEN 進(jìn)水閥打開;

IF 水箱液位高度LT<300mm，THEN 低液位報(bào)警;

IF 水箱液位高度LT<300mm，THEN 關(guān)閉循環(huán)泵1;

IF 水箱液位高度LT<300mm，THEN 關(guān)閉循環(huán)泵2;

（2）PH值控制規(guī)則庫

IF? PH計(jì)PHT>11，THEN 高PH值報(bào)警;

IF? PH計(jì)PHT>11，THEN 加藥泵關(guān)閉;

IF? PH計(jì)PHT<7，THEN 低PH值報(bào)警;

IF? PH計(jì)PHT<7，THEN 加藥泵開啟;

3觸摸屏人機(jī)界面設(shè)計(jì)

堿洗塔廢氣處理控制系統(tǒng)采用觸摸屏編程組態(tài)軟件SIMATIC WinCC flexible，在觸摸屏人機(jī)界面中設(shè)置系統(tǒng)監(jiān)視畫面、手動(dòng)界面、參數(shù)設(shè)定[5]。監(jiān)視畫面需要顯示各機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及報(bào)警提示，如圖2所示。

在參數(shù)設(shè)定界面中可對(duì)風(fēng)機(jī)頻率、水箱液位的上下量程、PH值上下量程、硫化氫及氨氣上限進(jìn)行設(shè)置，如圖3所示。液位計(jì)上量程顯示水箱最高液位，高于該值系統(tǒng)報(bào)警;液位計(jì)下量程顯示水箱最低液位，低于該值系統(tǒng)報(bào)警，循環(huán)水泵停止工作;PH計(jì)上量程顯示高于該值系統(tǒng)報(bào)警，禁止加藥;PH計(jì)下量程顯示低于該值系統(tǒng)報(bào)警，加藥泵啟動(dòng)加藥，高于該值加一后停止加藥;風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定顯示主風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率設(shè)置，范圍0-50Hz;高于硫化氫上限或者氨氣上限，系統(tǒng)報(bào)自動(dòng)警[6]。

在手動(dòng)界面中，可對(duì)各機(jī)電設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試及狀態(tài)顯示，如圖4所示。堿洗塔廢氣處理控制系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。從圖5中可看出液位、PH值、硫化氫及氨氣濃度均在正常范圍內(nèi)，未出現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警提示。

4結(jié)論

在堿洗塔廢氣處理系統(tǒng)中，在任意時(shí)刻可通過人機(jī)界面對(duì)系統(tǒng)中液位、PH值、硫化氫及氨氣濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，采取西門子S7-200系列PLC對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)專家控制，控制穩(wěn)定，應(yīng)用效果理想。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：X701 DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2108-5640-3794 第一作者：趙靜，（1983—），女，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制方向

第一作者簡(jiǎn)介 ：趙靜（1983-），女，陜西省西安市人，碩士研究生，副教授，研究方向自動(dòng)控制。