某公司稀土液自動(dòng)配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳薇

【摘要】本課題以某公司手工配制浸泡汽車尾氣過(guò)濾載體所需的稀土液為研究背景，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的稀土液自動(dòng)配置系統(tǒng)。系統(tǒng)中溫度的控制采用PID算法，該系統(tǒng)提高了該行業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效益和質(zhì)量，大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】稀土液配制；PLC控制；PID算法

【中圖分類號(hào)】TP311 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）04-0146-01

1、引言

汽車作為主要的交通工具，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車數(shù)量增加很快，同時(shí)汽車的尾氣排放量也逐漸增多，嚴(yán)重威脅著人類的生命健康，汽車尾氣的凈化處理被提上日程。目前，國(guó)內(nèi)外主要采用蜂窩型汽車尾氣凈化器降低尾氣污染物的排放，凈化器的核心技術(shù)是涂覆在蜂窩陶瓷載體表面的催化劑，一般是由稀土復(fù)合貴金屬組成。綿陽(yáng)市某公司對(duì)于汽車尾氣過(guò)濾載體所需要的浸液的配制仍是工人進(jìn)行手工配制，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理以及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本課題以此為研究背景，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的稀土液自動(dòng)配置系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的工藝流程進(jìn)行了改造，結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)極大地提高了工作效率，為公司創(chuàng)造了更大利益。

2、工藝流程和控制要求

稀土液的配制過(guò)程中要注意溫度、密度和液位的控制，本文著重講述溫度的控制。稀土液的制備工藝在配液箱、儲(chǔ)液箱中完成。綿陽(yáng)市某公司對(duì)于汽車尾氣過(guò)濾載體所需要的浸液的配制過(guò)程是這樣的：在啟動(dòng)配液裝置之前，工作人員需要按一定比例將原漿液配制好，配液完成后液位達(dá)標(biāo)，再用攪拌棒進(jìn)行手工攪拌，然后將配液箱中的液體用燃?xì)鉅t進(jìn)行點(diǎn)火加熱到30%時(shí)測(cè)的密度為1.15～1.17g/cm3，若溫度、密度都達(dá)到指標(biāo)，啟動(dòng)輸送泵將配制好的液體輸送到儲(chǔ)液箱中，輸送時(shí)要保證儲(chǔ)液箱中液位不會(huì)高于最高液位。在此過(guò)程中，攪拌的速度是可調(diào)的，溫度和密度是根據(jù)工人的觀察和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定的。對(duì)于載體的浸泡過(guò)程也是手工操作來(lái)完成，對(duì)于時(shí)間的控制就是由操作人員憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)估計(jì)。

這樣不僅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，還造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。本課題對(duì)其配制方法及漿液的特性進(jìn)行分析研究，提出用PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)稀土浸液的自動(dòng)配制并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，優(yōu)化了稀土液配制過(guò)程。

3、稀土液配制自動(dòng)控制系統(tǒng)的配置方案

根據(jù)車間實(shí)際情況完成的稀土液配置自動(dòng)控制系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)改造，系統(tǒng)由PLC控制箱，溫度傳感器、液位檢測(cè)器、密度檢測(cè)器等組成，如圖1所示。

4、稀土液自動(dòng)配制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)

稀土液配制控制系統(tǒng)主要由配液控制臺(tái)和配制裝置組成，其中控制臺(tái)中含有工控機(jī)，PLC及其模擬量模塊，變頻器，開(kāi)關(guān)電源組成，配制裝置中主要由繼電器、電磁閥、電加熱器、溫度、液位、密度變送器和配液箱體等組成，其系統(tǒng)組成如圖2所示。

5、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在凈化催化劑的制備過(guò)程中，溫度控制是整個(gè)配制過(guò)程的關(guān)鍵，影響著凈化催化劑的催化性能。對(duì)于儲(chǔ)液箱的溫度控制，要求溫度最終保持在60℃恒溫保持。在現(xiàn)代工業(yè)控制中有許多控制算法，PID控制是常見(jiàn)的一種控制算法，由于其不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、算法簡(jiǎn)單、參數(shù)易于整定、魯棒性好、可靠性高等特點(diǎn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。PID調(diào)節(jié)器可以加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

（1）溫度PID算法的程序流程如圖3所示。

（2）PID算法的實(shí)現(xiàn)

PID控制器的關(guān)鍵是整定出PID的三個(gè)參數(shù)：比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間，使PID的控制效果盡量最優(yōu)。對(duì)于儲(chǔ)液箱的溫度控制，使用STEP7軟件中的PID向?qū)蒔ID子程序等，然后編寫程序?qū)崿F(xiàn)溫度的控制，程序如圖4所示。

采用PID指令向?qū)蒔ID程序塊和中斷程序塊等，將圖4程序下載入PLC后，將S7-200PLC切換到RUN模式，打開(kāi)PID調(diào)節(jié)控制面板，先選擇手動(dòng)調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)主要是為了避免一開(kāi)始就讓系統(tǒng)自整定，系統(tǒng)可能會(huì)整定失敗，所以先手動(dòng)整定，使得每個(gè)參數(shù)幾乎接近系統(tǒng)自整定的參數(shù)值再選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣比較容易使系統(tǒng)整定成功。

最終溫度要求恒溫保持60%的整定曲線如圖5。

6、結(jié)束語(yǔ)

本文主要闡述了利用PLC技術(shù)對(duì)稀土液配置系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，主要利用PID算法對(duì)溫度進(jìn)行控制，達(dá)到系統(tǒng)要求，該系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，稀土液的配置過(guò)程效率大大提高，并且產(chǎn)品質(zhì)量有了很大提升，效果顯著。