國產陶瓷過濾機智能控制系統的設計及應用

王開廈

摘 要：本文介紹了陶瓷過濾機的工作原理及特點，并且針對其傳統控制系統存在的不足，論述了實現國產HTG系列陶瓷過濾機智能控制方案。實踐證明該方案實用新穎、效果顯著，受到了用戶的好評。

關鍵詞：陶瓷過濾機；智能控制；PLC；設計及應用

1 引言

陶瓷過濾機是新一代高效節能的液固分離設備，目前已廣泛應用于國內外鐵精礦、銅精礦、鉛精礦、鋁精礦、鎳精礦、金精礦、磷精礦及混精礦等行業，它是目前國際上公認的細粒級礦物過濾最新型的高效率、低能耗液固分離選礦設備，具有產量大、效率高、濾餅水份低及節能環保效果明顯等優點，以其顯著的社會經濟效益現已徹底取代傳統的園盤真空過濾機。

隨著地球礦產資源的大量開采，地表礦物不斷枯竭，品位逐漸降低，礦石性質越來越復雜，難選礦物使選礦工藝變得更加復雜，流程也越來越長。而陶瓷過濾機作為選礦廠的主要設備，對其性能及使用要求也在日益提高，尤其是對陶瓷過濾機的控制系統要求趨向網絡化、智能化，已經提出了工廠無人化的設想和要求。衡量陶瓷過濾機的主要技經指標是產品的產能、含水量及回收率等，然而在實際生產中，由于影響陶瓷過濾機過濾性能的因素比較復雜，仍存在著種種問題。以往常規的控制系統操作陶瓷過濾機已遠遠不能滿足當前選礦廠對選礦設備的要求。因此，實現陶瓷過濾機自控系統的創新設計意義重大。

針對上述問題，目前的HTG系列陶瓷過濾機自控系統經過技術人員多年來堅持不懈的探索、嘗試、創新和改進，成為集計算機技術、智能技術和通訊技術等高新技術于一體的控制系統。目前，陶瓷過濾機主要需要創新與改進的地方分別是：（1） 具有微孔陶瓷過濾板保護裝置；（2） 具有模糊控制超聲波清洗功能的陶瓷過濾機；（3） 具有反沖洗壓力自動調節功能的陶瓷真空過濾機；（4） 專用超聲清洗機智能識別裝置；（5） 智能定時保護裝置；（6） 陶瓷過濾機專家智能控制系統。而HTG系列陶瓷過濾機是集微孔陶瓷過濾板、超聲清洗技術、智能控制等十多項核心專利和多項創新科技成果為一體的高新技術設備。因此，它在高產優質、減人增效、節能降耗等方面較傳統控制的陶瓷過濾機性能有顯著的提高，具有很強的市場競爭力。

2 陶瓷過濾機工藝流程及特點

HTG系列陶瓷過濾機主要由轉子系統（主軸、分配頭、微孔過濾板等）、攪拌系統、給排礦系統、真空系統、濾液排放系統、刮料組件系統、反沖洗系統、聯合清洗系統（超聲波清洗、化學清洗）、自控系統、礦漿槽及機架等幾大部分組成。槽體采用耐腐蝕不銹鋼，起裝載礦漿的作用；攪拌器在槽體內攪拌混合礦物料，避免礦物料的快速沉降；陶瓷過濾板安裝在主軸（轉子）上，主軸在可無級變速的減速機由變頻電動機帶動下旋轉。陶瓷過濾機的工藝流程包括四個區域：濾餅形成（真空區）、濾餅干燥（干燥區）、濾餅刮除（卸料區）、清洗（反沖洗區）。陶瓷過濾機結構示意圖如圖1所示。

陶瓷過濾機采用親水的微孔氧化鋁陶瓷過濾板作為過濾介質，過濾層布滿了許多微米級孔徑的微孔，過濾開始首先在真空區時，浸沒在礦漿料槽中的過濾板在被抽真空力的作用下，微孔中的毛細作用力大于真空所施加的力，使微孔中始終保持充液狀態，只有水能夠通過過濾板，而空氣不能通過，真空度能保持在-0.095MPa以上，故能耗極低，而且濾餅含水量少。逐步抽取礦漿中的水份形成干燥的濾餅，在濾板表面形成一層顆粒堆積層，陶瓷板繼續旋轉，在干燥區濾餅進一步干燥，進入卸料區時被刮下，刮下的濾餅由皮帶機輸送到倉庫。之后陶瓷過濾板進入反沖洗區，反沖液通過分配頭進入陶瓷過濾板，反方向沖洗堵塞在過濾板微孔中的顆粒，而抽取礦漿中的濾液通過分配頭進入真空桶連續排出，完成液固分離，至此完成一個過濾工藝流程周期。

3 智能控制系統硬件結構

3.1 智能控制系統主要硬件組成

陶瓷過濾機控制系統硬件主要由PLC、觸摸屏、變頻器、電磁氣動閥、傳感器及電器元件組成，采用PLC和觸摸屏全自控。主要設備有：主軸（變頻）、攪拌（變頻）、超聲波清洗機、過濾泵、真空泵、酸計量泵、配酸泵、潤滑泵、恒壓反沖泵、電磁氣動閥有、加水閥、循環水閥、排水閥、吸水閥、真空閥、酸計量泵出口閥、吹堵閥、進料閥、出料閥、氣反沖閥、放水閥、真空泵冷卻水閥等等。陶瓷過濾機控制系統硬件框圖如圖2所示。

3.2 PLC

（1） 硬件配置

PLC是整個控制系統的核心，PLC選用美國羅克韋爾AB公司CompactLogix系列控制器1769-L32E（電池1769-BA），一個數字量輸入模塊1769-IQ16（16輸入）、二個數字量輸出模塊1769-OB16（16輸出）、二個模擬量輸入模塊1769-IF8（8輸入）、一個模擬量輸出模塊1769-OF8C（8輸出）。1769-L32E模塊提供一個集成的EtherNet/IP端口，它由RS Linx軟件在AB應用軟件間建立以太網通信連接。1769-L32E模塊支持6個可組態任務，支持梯形圖、功能塊、結構化文本和順序功能圖四種編程語言。

在陶瓷過濾機的生產工藝中涉及許多時滯、時變、非線性等復雜對象，而采用常規控制算法不能獲得滿意的控制效果。智能控制策略，如：模糊控制、專家控制、神經網絡、遺傳算法等在控制工程領域已經得到了廣泛的應用。將不同的控制算法適當地相互結合并且取長補短，發揮整體優勢，應用于陶瓷過濾機控制系統，獲得了單一控制算法無法具備的控制效果。將陶瓷過濾機控制系統作為研究對象，根據能量平衡，分析了該對象的階躍響應特點。以實驗數據為基礎，利用階躍響應曲線法辨識出系統的數學模型。選用美國羅克韋爾AB公司的CompactLogix1769-L32E系列PLC作為控制器，將先進控制算法嵌入到PLC的常規控制系統，在應用Matlab進行智能算法仿真的基礎上，采用結構化編程方法，利用RSLogix5000梯形圖語言編制了專家控制過濾及模糊控制清洗算法，實現了PLC控制器對陶瓷過濾機控制系統的智能控制。

（2） 軟件編程

HTG系列陶瓷過濾機的CompactLogix控制器使用RS Logix5000軟件編程，RS Logix5000軟件是一個包含編程、網絡組態、診斷、在線監控等功能的集成系統開發平臺。各程序編寫分為五個階段：創建項目、組態硬件、通信設置、編制程序和程序下載。

3.3 觸摸屏（人機界面）

觸摸屏選用西門子12英寸TP277觸摸屏，編程組態軟件選用西門子WinCC flexible2008標準版組態軟件。根據陶瓷過濾機的工藝特點及要求，對觸摸屏畫面需設計組態，并分配對應的PLC功能定義號，組態各工藝流程動態圖、狀態顯示、生產數據統計、故障報警、操作記錄、操作說明書及緊急求助等監控界面，畫面之間采用翻屏形式進行選擇切換。

3.4 變頻器、測量傳感器、低壓電器元件

主軸和攪拌的轉速需要調節，因此都采用了變頻器的調速控制。傳感器將由測量的礦槽料位、濾桶液位、酸桶液位、礦漿pH 值、真空壓力、反沖壓力、礦漿溫度、礦漿濃度、濾板視覺、清洗劑等傳感器的模擬量信號（電流DC4～20mA）以及主軸、攪拌變頻器輸出的轉速信號（電壓DC0～10V）送至PLC的模擬量輸入模塊。在電控柜內安裝PLC、變頻器、斷路器、交流接觸器、熱繼電器、濾波器、端子排及直流電源等低壓電器。柜面板上設有觸摸屏、暫停、急停按鈕、維修開關和報警燈。

4 控制系統應用程序（PLC程序和觸摸屏畫面程序）

4.1 PLC程序設計

根據陶瓷過濾機特點及要求，其操作方式有三種：就地自控、就地手控、遠程控制。其主要工藝流程為首先進行優化設計；然后確定放料、過濾、清洗、配酸、手動操作；最后再設計順序控制、聯鎖控制、過程控制等程序。編程前先對各功能程序段的地址進行規劃，將它細分為不同的執行模塊（子程序），系統需要16個數字量輸入點、30個數字量輸出點、12路模擬量輸入點、7個模擬量輸出點，并增加部分的備用量。開機時，進漿閥門由料位計檢測監控，PLC根據檢測結果控制槽體內礦漿料位的高低，而真空桶濾液面高度由液位計檢測，至高位時系統打開濾液泵出口閥門，快速排水。當陶瓷過濾機過濾運行8 h后，多孔陶瓷過濾板逐漸被堵塞，就必須對陶瓷過濾板進行清洗再生，可采用超聲清洗和化學介質聯合清洗（加硝酸或草酸）的方法，以保持陶瓷過濾機的高效運行。PLC的主要I/O地址分配如表1所示。

PLC的程序包括一個主程序和十二個子程序，其具體介紹如下。

4.1.1專家控制過濾運行子程序

產能和水份是陶瓷過濾機生產的主要關鍵指標，長期以來人們采用傳統的控制方法操作陶瓷過濾機，是由于陶瓷過濾機的生產工藝中涉及非線性、多耦合參數、復雜的任務要求等問題，難以建立精確數學模型，采用PID反饋控制效果不是很理想。生產一直依賴工人的經驗操作，大多數靠手動調節，常規控制采用的是固定程序，這種傳統控制效果很不理想，質量得不到保證，操作工勞動強度大。在經過大量的前期實驗分析總結的基礎上，最新型的HTG系列陶瓷過濾機采用的是智能控制系統。智能控制的幾個重要分支為專家控制、模糊控制、神經網絡控制和遺傳算法。

（1） 專家控制的內容

專家控制系統是一個智能計算機程序系統，其內部含有大量的某個領域專家水平的詳細專業知識與豐富的經驗，進行推理與判斷的程序系統。一是PLC自學習及記憶經驗豐富的優秀操作工經現場實調建立的最佳工作參數；二是在變更工況時，以已有參數為基礎，模仿有經驗的優秀操作工的操作步驟，采用專家控制方式實現新工況主要參數的自動設定過程。

（2） 影響陶瓷過濾機產能和水份的工藝因素

影響陶瓷過濾機產能和水份的工藝因素主要有礦槽內的溫度、濃度、pH 值、料位高度、真空度、刮刀間隙、陶瓷過濾板、主軸和攪拌轉速。

1） 溫度

通常礦槽內溫度越高越能降低濾餅水份，并能提高產量，但升高溫度會增加成本。

2） 濃度

一般細微顆粒精礦的濃度越高，處理量也升高，可通過調整溢流量適當提高精礦度，從而提高產能，但濃度過高對攪拌有影響，因此，濃度也只能控制在一合適的范圍內。

3） pH 值

泥漿pH 值可提高陶瓷過濾機產能。因pH 值影響顆粒的電位，從而影響礦漿的流動性。

4） 料位高度

由于槽體的料位增高，陶瓷過濾板在真空區內的吸漿時間增長，吸漿厚度也增大，因此，產能增加。但干燥時間相對縮短，精礦水份也會適當增大。必須選擇最佳料位，兼顧產能和精礦水份兩者的指標，以其平衡達到最佳狀態。

5） 真空度

一般真空度越高，產能也相應提高，濾餅水份也相對減少。HTG系列陶瓷過濾機都配套二級真空系統來盡量提高真空度。因此，濾餅水份也比較低。另外，可選循環濾液泵脫水方式來協助提高陶瓷過濾機的真空度。

6） 刮刀間隙

刮刀與陶瓷過濾板間隙越小，單位時間內刮下的濾餅就越多，產能也就越高。

7） 陶瓷過濾板

要求物料粒徑及分布與陶瓷過濾板微孔相匹配。雖然過濾板孔徑越大易吸漿，但會引起過濾板堵塞；選擇相同過濾板孔徑透水率高的過濾板，透水率高吸漿性能就越好。

8） 主軸轉速

主軸轉速變慢，在真空區濾餅形成的時間就增長，產能逐漸增大，但主軸轉速變慢達某一值時，產能又會逐漸下降。因此，陶瓷過濾機的產能在某一范圍內能達到最大值。

9） 攪拌轉速

對一般粘性、不易沉降、粒徑較細礦料漿，一般可降低攪拌轉速；對一般砂性、容易沉降、粒徑較粗料漿，一般應提高攪拌轉速。

對于溫度、濃度、pH 值、料位高度、真空度、刮刀間隙、陶瓷過濾板、主軸和攪拌轉速等參數，優秀操作工能將其控制在一合適的范圍內，并針對各種礦料固有性質摸索出最佳工藝參數值。因此，陶瓷過濾機安裝有各類傳感器用來采集溫度、濃度、pH 值、料位、真空度、主軸和攪拌轉速等相關信息分別送入PLC。

（3） 專家控制器的控制功能

a.自動學習數據庫存儲由優秀操作工手動操作產生的系統正常運行時的數據；

b.專家系統數據庫存儲專家系統工作所需實時數據及從生產歷史數據中選取出來的與產品規格相關的參數修訂系數；

c.規則庫包含正常工作規則和故障處理規則。專家系統在推理機的協調下工作，產生的控制輸出通過結果數據庫與執行機構建立聯系。

（4） 手動運行參數的自學習過程

針對陶瓷過濾機生產時的不同工況，通過記錄優秀操作工手動調試獲得的運行數據，建立許多組數據構成的自學習數據庫，數據庫周期記錄過濾機生產時的濃度、溫度、pH 值、料位高度、真空度、陶瓷過濾板、主軸和攪拌轉速等實時數據，并從這些數據中提取該工況條件下的控制設定值。本系統采用整庫數據疊代篩選法，對一定組數的實時數據，統計符合要求的數據占整個數據量的百分比，并將百分比最高時的整庫數據取算術平均值作為最佳數據。

（5） 軟件編程及應用效果

針對陶瓷過濾機的工藝特點及要求，將專家系統的理論、經驗、技術和優秀操作工的典型經驗相結合，將先進的專家智能控制算法引入到陶瓷過濾機控制系統中，設計了一套經濟實用的模擬專家解決陶瓷過濾機控制領域問題的專家指導子程序（梯形圖）。在線、實時直接控制陶瓷過濾機，并進行效果驗證。實際應用表明，產能和水份兩個主要技經指標比較理想，產能明顯提高，水份下降，兩個指標比較穩定，減輕了操作工勞動強度，徹底改變陶瓷過濾機傳統控制的落后面貌。

4.1.2模糊控制清洗運行子程序

（1） 傳統清洗現狀

陶瓷過濾機的核心技術是陶瓷過濾板，過濾板在正常使用8 h左右后就必須進行清洗再生。其清洗再生至關重要，它的清洗效果好壞直接影響到陶瓷過濾機的產能和脫水性能等關鍵指標。傳統的PLC控制的陶瓷過濾機采用的是常規操作的聯合清洗，聯合清洗即是超聲清洗和化學介質清洗（加硝酸或草酸），是用量化的固定程序，清洗程序一經設定，便不能更改。清洗程序不能根據過濾機清洗工況變化而作快速相應的調整，清洗效果不理想，清洗質量不能保證。

針對傳統陶瓷過濾機存在的問題，由于PID控制器的參數整定煩瑣且控制效果也不理想，在過濾機控制中又因存在很多非線性或時變不確定的因素。而模糊控制不需要掌握控制對象的精確數學模型，是根據控制規則決定控制量的大小，這種控制方法對于存在滯后或隨機干擾的系統具有良好的控制效果。PLC適合工業現場應用，可將模糊控制器方便地用軟件來實現，將PLC構成模糊控制器用于陶瓷過濾機的清洗是一種新的嘗試，不僅使控制系統穩定可靠，而且取得了較好的控制效果。

（2） 模糊控制器設計

模糊控制器包括輸入量模糊化、模糊推理和解模糊三個部分。

（a） 選定模糊控制器的輸入輸出變量，并進行量程轉換。

（b） 輸入量模糊化：確定各變量的模糊語言取值及相應的隸屬函數。

設E的模糊子集為{NB、NM、NS、Z0、PS、PM、PB}，語言變量取7個值，A1= NB、A2= NM、A3= NS、A4= 0、A5=PS、A6=PM、A7=PB，計算出所對應的隸屬度；

論域為[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6]；

Ec和U的模糊子集為[NB，NS，NM，0，PS，PM，PB]；

論域為[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6]。

E為e（偏差）模糊化后的模糊量；Ec為ec（偏差變化率）模糊化后的模糊量，U為模糊控制量。

u為U解模糊化后的精確量。

然后將E、Ec和U模糊化，根據控制的經驗可得出變量E、Ec和U的模糊化量化表。將檢測信號的連續變化量液位、水溫、視覺、清洗劑分成七檔。所分的檔次越多，洗滌的精度越高，但會增加推理規則。根據推理規則來自動選擇出最恰當的最佳礦槽液位、清洗方式、清洗時間、漂洗次數、清洗動作、適量和適型的清洗劑等多項參數，并執行最佳的模糊清洗程序。推理規則就是把人類清洗的典型模糊經驗數字化。如臟污程度輕，而且水溫高，就會用低的功率、短的清洗時間等方法來處理。具體應用時可根據不同的輸入組合，采用不同的規則即可。決定陶瓷過濾板清洗效果的主要因素有：過濾板的臟污程度、超聲波的功率、超聲波的頻率、洗滌液的溫度、洗滌劑濃度、清洗方法、清洗時間、硝酸（草酸）濃度和流量等等。

（c） 建立模糊控制規則。這是規則歸納和規則庫的建立，是從實際控制經驗過渡到模糊控制器的中心環節。總結清洗系統手動控制經驗，得出模糊控制規則表，共有56條規則。

（d） 根據模糊推理合成規則，可計算出相應的模糊控制量，由此得出模糊控制查詢表。

（e） 確定模糊推理和解模糊化方法。PLC根據實際輸入量的模糊值E和Ec通過查詢表得到實際控制量U。解模后輸出的模糊結果，經過D/A轉換為精確的控制量加到各被控對象上去，完成控制任務。

陶瓷過濾板清洗采用模糊控制，各類傳感器用來采集各方面的相關信息。液位、水溫、視覺、清洗劑等傳感器可分別測定清洗槽內液位的高度、洗滌液的溫度、排出的清洗液透光率（用來判斷清洗液的性質和程度）、被洗陶瓷過濾板是否洗凈（判斷被測過濾板臟污的性質和程度）及槽內清洗劑的當前濃度和性質。并將這些信息轉換成電信號輸入PLC，由模糊控制清洗程序來完成。

（3） 模糊控制算法的PLC程序實現

編制梯形圖首先是將模糊化過程的量化因子置入PLC的保持繼電器中，然后利用A/D模塊將輸入量采集到PLC的數據存儲器區，經過限幅量化處理后，根據所對應的輸入模糊論域中的相應元素，查模糊控制量表求出模糊輸出量，再乘以輸出量化因子即可得實際輸出值，由D/A模塊輸出對加熱器、清洗劑加料、超聲波清洗機、硝酸（草酸）泵、主軸和攪拌變頻器轉速等進行調節。模糊控制算法通常由模糊化、模糊控制邏輯推理庫、解模糊等單元組成，形成模糊控制模塊，并將它嵌入到PLC。模糊控制模塊具有儲存和計算能力，存貯著模擬優秀操作工清洗陶瓷過濾板的典型經驗，編輯成由模糊邏輯理論設計的一套控制規則和推理程序，自動進行判斷和處理，還具有學習、記憶和尋優的“人工智能”。進行數據處理，形成模糊量指令，再運用模糊控制規則作出模糊決策。將模糊控制技術應用到陶瓷過濾板的聯合清洗上，使清洗由簡單的“能洗”，發展到具有高洗凈度、低損傷率、高漂洗比、節水節能等高層次功能。

4.1.3自動配酸子程序

自動配酸是將單獨貯罐的濃度98%濃硝酸用純凈水自動配制成濃度60%稀硝酸的過程。①當配酸達到上限時（上限可預先設定） 或當自動配酸結束后，供酸泵自動停止運行。②在自動配酸非正常運行時，若發生嚴重報警或故障時，則陶瓷過濾機立即停機。

4.1.4手動操作子程序

在自動過濾或自動清洗運行中，可切換至人工操作，單獨開/停各電磁氣動閥、電動機、泵或超聲清洗機等設備。為了方便操作設置了“轉自動過濾”和“轉自動清洗”兩種操作方式，均可很方便返回原來的自動運行狀態。

4.1.5模擬量轉換、參數設定、故障報警計時、遠程通訊子程序

系統還編制了模擬量轉換、參數設定、故障報警計時、遠程通訊子程序。

4.1.6恒壓反沖壓力調節、超聲清洗機智能識別、保護安全聯鎖（智能定時保護；濾板保護） 子程序

系統還編制了恒壓反沖壓力調節、超聲清洗機智能識別、保護安全聯鎖（智能定時保護；過濾板保護） 子程序。

4.2 觸摸屏的畫面組態設計

根據陶瓷過濾機控制系統的工藝和監控要求進行畫面規劃，共需組態十七個人機交互功能畫面，具有動態顯示、數據采集、事件歷史儲存、報警記錄、趨勢曲線顯示、安全保護設計、操作說明、口令修改、報表分析、數據報表打印及使用幫助等應用功能。觸摸屏的各類組件內存單元與PLC中數據存儲區的單元相關聯。

4.2.1初始畫面、選擇畫面、過濾運行、清洗運行、自動配酸、手動操作和檢修操作的畫面組態

①初始畫面：剛通電時進入初始畫面，并可進入到選擇畫面（可設開機密鑰及參數設置權限）。

②選擇畫面：從選擇畫面可分別切換到所有其余畫面，而其余畫面都能返回到選擇畫面。

③過濾運行、清洗運行、自動配酸畫面：a. 過濾運行畫面上顯示專家控制過濾機過濾工藝流程動態圖，圖中如水管、氣管、酸管和壓縮空氣管路，分別用不同顏色的管路形象動態顯示帶有方向性的流動；泵、電機、閥門和超聲清洗機啟/停用兩種顏色分別顯示；主軸與攪拌動畫模擬顯示，并實時顯示過濾機的運行狀態全過程。（如圖3所示）；b. 清洗運行畫面顯示模糊控制過濾機超聲清洗工藝流程動態圖與過濾畫面類似（如圖4所示）；c. 配酸畫面顯示配酸工藝流程圖同上類似。

④手動操作及檢修操作畫面：兩畫面都可單獨操作單個設備的啟/停，完成相應的控制動作。

4.2.2操作員、管理員參數設定、操作記錄、報警信息和故障診斷畫面的組態

①操作員、管理員參數設定畫面：兩畫面可對PLC的工藝參數進行預先設定，并都有可一鍵操作的“參數默認鍵”，參數默認是預先設定好的典型參數。如需修改參數可通過修改觸摸屏來完成。而 “管理員參數設定” 觸摸鈕為口令域（管理員可修改此密碼）。

②操作記錄畫面：是對運行記錄、暫停、急停、設備損壞及每班生產狀況等歷史數據通過歸檔事件消息進行記錄儲存，為生產管理提供現場過程數據。

③報警處理畫面：用于查詢報警歷史記錄、運行檔案和打印報警報表。報警內容分為：料位過高、液位過高、氣壓不足、真空壓力過高、主軸及攪拌變頻器報警、超聲清洗機報警等。

④故障診斷畫面：用于進行設備的故障診斷、故障排除和設備調試。

4.2.3 料位趨勢圖、反沖洗壓力趨勢圖、內部參數修改、節能、清屏操作和報表輸出畫面的設計

①料位趨勢圖、反沖洗壓力趨勢圖：共組態2組實時趨勢圖，一組顯示礦槽料位傳感器歷史曲線、另一組顯示反沖洗壓力傳感器歷史曲線，每個變量都是以每10 s從PLC讀取一次趨勢值。

②內部參數修改畫面：是管理員用來修改一般不需要經常作改動的內部參數。

③節能畫面：是記錄、顯示主軸變頻器與攪拌變頻器的累積用電數及實時節電數。

④清屏操作畫面：用于在運行時人工清潔觸摸屏，“清屏”功能激活后，在清屏時段內（60s）將鎖定畫面和畫面所有的功能鍵，用延時進度條指示至結束的剩余時間，清屏后恢復原樣。

⑤報表輸出畫面：用于打印輸出各類數據、記錄及報表。

5 系統的保護、安全聯鎖、故障報警功能及可靠性和安全性設計

5.1 保護功能

①真空保護：在自動過濾運行中，若因陶瓷過濾板開裂破損、真空管路泄漏等引起真空壓力過高（默認：-0.03MPa），陶瓷過濾機則能智能識別立即進入急停狀態，并且通知操作工立即處理。

②皮帶輸送機保護：位于陶瓷過濾機底部的皮帶輸送機在自動過濾運行中，若由于某種情況停止運行，陶瓷過濾機立即進入暫停狀態，并立即通知操作工處理，以避免濾餅堵塞下料口；

③密碼功能保護：在進入“管理員參數設定”畫面時設有密碼功能（預先管理員可修改密碼）。

5.2 安全聯鎖功能

①自動過濾運行時，濾桶液位計與過濾泵和循環閥聯鎖：過濾運行中若濾桶液位未達到下限設定值時，程序保證了過濾泵和循環閥都將不能啟動，以避免過濾泵吸空造成泵機械密封干燒損壞。

②酸計量泵與加水閥聯鎖：為了防止在無水時硝酸就進入陶瓷過濾機管道，對機體造成腐蝕損壞，程序保證了加水閥未打開時酸計量泵嚴禁啟動；

③自動過濾程序與自動清洗程序聯鎖：為避免自動過濾后不清洗就再次過濾開車，而導致損壞過濾板，程序保證了過濾運行八小時后，必須經過一小時的清洗，方能夠允許再次自動過濾開車；

④公共的10 m3硝酸箱與每臺過濾機的1 m3硝酸箱聯鎖：為了防止稀硝酸泄漏，當1 m3硝酸箱液位達到設定值上限時，程序能夠自動停止10 m3硝酸箱上的供酸泵進酸。

⑤超聲波清洗機與槽體料位計聯鎖：在任何情況下超聲清洗，料位計檢測槽體料位液面高度，程序嚴格保證了超聲振子盒全部浸沒在槽體液面以下，才能允許啟動超聲清洗機，以避免干燒損壞超聲振子盒及超聲電源。

⑥真空泵冷卻水閥聯鎖：為了防止真空泵機械密封由于無冷卻水導致過熱損壞，程序嚴格保證了真空泵上的冷卻水閥先開30 s后（可根據實際修改），此時真空泵才能允許啟動。

⑦酸計量泵出口閥聯鎖：為了防止硝酸倒流通過分配器進入真空泵，從而腐蝕損壞真空泵，因此在酸計量泵出口管道處安裝自動球閥，而程序保證了酸計量泵與此閥同時開或停。

5.3 故障報警功能

當普通報警發生時，過濾機仍繼續運行并顯示報警信息；當嚴重故障報警發生時，過濾機立即進入暫停或急停狀態，并發出故障信號通知操作工處理。

5.4 可靠性和安全性設計

隨著工礦綜合自動化程度的提高，單機自動化逐步接入生產線自動化，因此，須對陶瓷過濾機自控系統的可靠性和安全性進行特殊設計，以滿足日益提高的工礦自動化要求。①輸入/輸出端感性元件兩端并聯續流二極管（直流）或阻容電路（交流）；②采用軟/硬件互鎖，硬件互鎖是在輸出線接入對立動作的常閉觸點。③采用定時接通電路；④采用延時切斷電路。

6 遠程通訊及軟硬件抗干擾措施

6.1 遠程通訊

單機自動化接入生產線自動化，進行網絡化控制和管理，可提升工礦綜合自動化水平。陶瓷過濾機使用的PLC是美國羅克韋爾AB公司CompactLogix系列控制器1769-L32E，可接入由工業以太網組成的DCS網絡，中控室可遠程監控DCS系統上多臺陶瓷過濾機的運行。

6.2 軟硬件抗干擾措施

現場是較惡劣復雜的環境，干擾有時會很嚴重，輕則數據在畫面上抖動或誤動作，重則使系統失控，造成事故。因此須在軟、硬件上采取抗干擾措施，削弱或阻斷干擾源。

6.2.1軟件措施

PLC程序采用限幅濾波；數字輸入點設置適當的濾波時間常數；模擬輸入點設置適當的采樣數和死區值。

6.2.2 硬件措施

完善的強、弱電接地系統；對電源變壓器、CPU模塊用導電、導磁良好的材料屏蔽，可將橋架單獨敷設，并且遠離動力線；采用多種形式濾波器；模擬量輸入回路用信號隔離器；用隔離性能優良的變壓器供電。

7 結語

HTG系列陶瓷過濾機智能控制系統經過多年來不斷地摸索、創新和改進，產品不斷推陳出新，逐漸在完善中。在國內外實際應用表明：該控制系統實用新穎、性能優良、用戶評價較高。因此，陶瓷過濾機智能控制系統將成為選礦自動化的一個發展方向。

Design and Application of the Intelligent Control System of the Domestic Ceramic Filter

WANG Kai-xia

（Jiangsu Province Yixing Nonmetallic Chemical Industry Machinery Factory Co.， Ltd.，Yixing 214221）

Abstract：This paper introduced the working principles and characteristics of the ceramic filter，to solve the problems of the traditional control system， discussed the realization of domestic HTG series of ceramic filter intelligent control scheme， the actual proof to this scheme was practical and novel， obvious effect， praised by users.

Key words：Ceramic filter； Intelligent control； PLC； Design and application

⑥真空泵冷卻水閥聯鎖：為了防止真空泵機械密封由于無冷卻水導致過熱損壞，程序嚴格保證了真空泵上的冷卻水閥先開30 s后（可根據實際修改），此時真空泵才能允許啟動。

⑦酸計量泵出口閥聯鎖：為了防止硝酸倒流通過分配器進入真空泵，從而腐蝕損壞真空泵，因此在酸計量泵出口管道處安裝自動球閥，而程序保證了酸計量泵與此閥同時開或停。

5.3 故障報警功能

當普通報警發生時，過濾機仍繼續運行并顯示報警信息；當嚴重故障報警發生時，過濾機立即進入暫停或急停狀態，并發出故障信號通知操作工處理。

5.4 可靠性和安全性設計

隨著工礦綜合自動化程度的提高，單機自動化逐步接入生產線自動化，因此，須對陶瓷過濾機自控系統的可靠性和安全性進行特殊設計，以滿足日益提高的工礦自動化要求。①輸入/輸出端感性元件兩端并聯續流二極管（直流）或阻容電路（交流）；②采用軟/硬件互鎖，硬件互鎖是在輸出線接入對立動作的常閉觸點。③采用定時接通電路；④采用延時切斷電路。

6 遠程通訊及軟硬件抗干擾措施

6.1 遠程通訊

單機自動化接入生產線自動化，進行網絡化控制和管理，可提升工礦綜合自動化水平。陶瓷過濾機使用的PLC是美國羅克韋爾AB公司CompactLogix系列控制器1769-L32E，可接入由工業以太網組成的DCS網絡，中控室可遠程監控DCS系統上多臺陶瓷過濾機的運行。

6.2 軟硬件抗干擾措施

現場是較惡劣復雜的環境，干擾有時會很嚴重，輕則數據在畫面上抖動或誤動作，重則使系統失控，造成事故。因此須在軟、硬件上采取抗干擾措施，削弱或阻斷干擾源。

6.2.1軟件措施

PLC程序采用限幅濾波；數字輸入點設置適當的濾波時間常數；模擬輸入點設置適當的采樣數和死區值。

6.2.2 硬件措施

完善的強、弱電接地系統；對電源變壓器、CPU模塊用導電、導磁良好的材料屏蔽，可將橋架單獨敷設，并且遠離動力線；采用多種形式濾波器；模擬量輸入回路用信號隔離器；用隔離性能優良的變壓器供電。

7 結語

HTG系列陶瓷過濾機智能控制系統經過多年來不斷地摸索、創新和改進，產品不斷推陳出新，逐漸在完善中。在國內外實際應用表明：該控制系統實用新穎、性能優良、用戶評價較高。因此，陶瓷過濾機智能控制系統將成為選礦自動化的一個發展方向。

Design and Application of the Intelligent Control System of the Domestic Ceramic Filter

WANG Kai-xia

（Jiangsu Province Yixing Nonmetallic Chemical Industry Machinery Factory Co.， Ltd.，Yixing 214221）

Abstract：This paper introduced the working principles and characteristics of the ceramic filter，to solve the problems of the traditional control system， discussed the realization of domestic HTG series of ceramic filter intelligent control scheme， the actual proof to this scheme was practical and novel， obvious effect， praised by users.

Key words：Ceramic filter； Intelligent control； PLC； Design and application

⑥真空泵冷卻水閥聯鎖：為了防止真空泵機械密封由于無冷卻水導致過熱損壞，程序嚴格保證了真空泵上的冷卻水閥先開30 s后（可根據實際修改），此時真空泵才能允許啟動。

⑦酸計量泵出口閥聯鎖：為了防止硝酸倒流通過分配器進入真空泵，從而腐蝕損壞真空泵，因此在酸計量泵出口管道處安裝自動球閥，而程序保證了酸計量泵與此閥同時開或停。

5.3 故障報警功能

當普通報警發生時，過濾機仍繼續運行并顯示報警信息；當嚴重故障報警發生時，過濾機立即進入暫停或急停狀態，并發出故障信號通知操作工處理。

5.4 可靠性和安全性設計

隨著工礦綜合自動化程度的提高，單機自動化逐步接入生產線自動化，因此，須對陶瓷過濾機自控系統的可靠性和安全性進行特殊設計，以滿足日益提高的工礦自動化要求。①輸入/輸出端感性元件兩端并聯續流二極管（直流）或阻容電路（交流）；②采用軟/硬件互鎖，硬件互鎖是在輸出線接入對立動作的常閉觸點。③采用定時接通電路；④采用延時切斷電路。

6 遠程通訊及軟硬件抗干擾措施

6.1 遠程通訊

單機自動化接入生產線自動化，進行網絡化控制和管理，可提升工礦綜合自動化水平。陶瓷過濾機使用的PLC是美國羅克韋爾AB公司CompactLogix系列控制器1769-L32E，可接入由工業以太網組成的DCS網絡，中控室可遠程監控DCS系統上多臺陶瓷過濾機的運行。

6.2 軟硬件抗干擾措施

現場是較惡劣復雜的環境，干擾有時會很嚴重，輕則數據在畫面上抖動或誤動作，重則使系統失控，造成事故。因此須在軟、硬件上采取抗干擾措施，削弱或阻斷干擾源。

6.2.1軟件措施

PLC程序采用限幅濾波；數字輸入點設置適當的濾波時間常數；模擬輸入點設置適當的采樣數和死區值。

6.2.2 硬件措施

完善的強、弱電接地系統；對電源變壓器、CPU模塊用導電、導磁良好的材料屏蔽，可將橋架單獨敷設，并且遠離動力線；采用多種形式濾波器；模擬量輸入回路用信號隔離器；用隔離性能優良的變壓器供電。

7 結語

HTG系列陶瓷過濾機智能控制系統經過多年來不斷地摸索、創新和改進，產品不斷推陳出新，逐漸在完善中。在國內外實際應用表明：該控制系統實用新穎、性能優良、用戶評價較高。因此，陶瓷過濾機智能控制系統將成為選礦自動化的一個發展方向。

Design and Application of the Intelligent Control System of the Domestic Ceramic Filter

WANG Kai-xia

（Jiangsu Province Yixing Nonmetallic Chemical Industry Machinery Factory Co.， Ltd.，Yixing 214221）

Abstract：This paper introduced the working principles and characteristics of the ceramic filter，to solve the problems of the traditional control system， discussed the realization of domestic HTG series of ceramic filter intelligent control scheme， the actual proof to this scheme was practical and novel， obvious effect， praised by users.

Key words：Ceramic filter； Intelligent control； PLC； Design and application