基于PLC的稀硫酸再利用自动控制系统设计

基于PLC的稀硫酸再利用自动控制系统设计

翁庆坚

广东广业云硫矿业有限公司采选公司广东云浮527300

摘要：为实现稀硫酸再利用，在原变频器基础上采用PLC及组态软件控制，组态界面设计人机对话窗口，合理选择和设计对传统控制技术提升改造，进一步提高控制可靠，达到稀硫酸再利用较为安全的自动控制效果。

关键词：wincc组态软件；PLC；变频器；

0引言

稀硫酸在采选公司作为废酸处理，经选矿试验稀酸可作为选矿工艺的活性催化剂材料重新利用，并成为公司“降成本、减浪费、创效益”重要措施之一。稀酸利用如控制不失误容易发生人体烧伤，眼睛失明，内部器官严重损害或死亡的重大安全事故，使用中必须设计一套控制系统用于生产需要，其可靠性取决于控制系统[1.2]，目前PLC是一种可编程序的存储器，内部实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等功能,其控制功能组件以基于PC的策略编辑/生成组件（也有人称之为软逻辑或软PLC）为代表，是组态软件的主要组成部分，在工业自动控制领域有着重要的地位[2]。本文将组态软件与可编程控制器（PLC）应用于稀酸再利用自动控制系统进行逻辑控制。

1、稀硫酸再利用系统结构

1.1系统要求：实现对控制网络中的流量计、液位计数据采用换算监测，电动阀的启停、开度，变频器对酸泵电机的起停机、加、减速控制，具备故障报警、历史趋势、数据共享等功，实现报表的自动生成以及生产的高效管理。生产过程操作简单、控制简单、维护成本低优点。

1.2结构组成：主要由储酸罐、稳压酸罐、管道、酸泵、电动阀、流量计部份和自动控制系统组成。

2、自动控系统组成

2.1自动控制系统的硬件组成

硬件由PC机、PLC、变频器、电动阀、流量计、液位计和电机等构成，如图1所示。利用PC机作上位机，利用wincc组态软件实现人机界面控制[2]，通过五类线与PLC通信，在上位机WinCC组态软件的组态界面中控制显示流量计数值、储罐稀硫酸液位，对电动阀和变频器控制[3]。

2.2自动控制原理

2.2.1wincc组态软件的人机界面通过控制电动阀的开度控制稀硫酸投加量.

2.2.2读取流量计的数值显示当前使用稀酸的瞬时值及累计值.

2.2.3读取储罐稀硫酸液位数值，控制PID控制器-控制变频器-控制酸泵电机-实现储酸罐自动补加酸。

2.2.4对控制网络中的流量计、液位计数据的在线监测及故障报警，自动生成稀酸投加量报表。

2.3硬件的通信

2.3.1PLC与上位机的通信是采用五类线连接，通过TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)传输控制协议/互联网协议通信。

2.3.1接线方式采用平行（直通）线，两头同为568A标准或568B标准接法。

2.3.2流量计仪表与PLC之间的通信是采用RS-485电缆通信的。

2.3.3数据格式采用TCP头部+实际数据(TCP头包括源和目标主机端口号、顺序号、确认号、校验字等）。

2.3.4节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）。

3、WinCC组态与PLC控制系统设计

3.1PLC选型和I/O分配

3.1.1本系统PLC选用西门子Ｓ7-300型。

3.1.2系统的I/O数字量分配：数字输入地址范围在I0.0到I1.5共14，输入名称为变频器备妥、变频器运行、变频器故障、变频器自动、变频器手动、备用3点、流量累计量1-3共3点。

3.1.3数字输出地址范围在：Q00.0到Q01.3共12点。输出名称为电动调节阀1#-6＃、稀硫酸储罐液位高和低位、稀硫酸稳压罐液位高位。

3.1.3系统的I/O模拟量地址分配：模拟输入设定为：PIW378到PIW392共8点，模拟输出设定为：PQW496到PQW510共8点。

3.1.4WinCC组态软件之间交换数据的设备或者程序都作为IO设备，IO设备包括：PLC站柜、变频器、智能仪表、智能模块等。

3.1.5WinCC通过数据库变量和IO设备进行数据交换，IO设备使用WinCC与变频器进行通讯。

3.2软件设计

3.2.1逻辑信号处理由PLC和wincc组态软件完成的，实现自动控制系统要求及保护要求。在WinCC中，把需要与WinCC组态软件之间交换数据的设备或者程序都作为IO设备，IO设备包括：PLC站柜、变频器、智能仪表、智能模块等，这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据，IO设备使用WinCC与变频器进行通讯如图1。程序流程图如图2所示。

图2程序流程图

3.2.2软件以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。软件包括：工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种网络服务组件等。监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”进行系统集成。

3.3串行通信(串行通信一般可分为三个步骤)

3.3.1初始化通信端口：向操作系统申请通信端口资源，设置通信波特率、配置通信格式（如起始位个数数据位个数停止位个数奇偶校验通信格式等）。

3.3.2读写操作，实现计算机发送和接收数据。

3.3.3关闭通信端口：在完成了所有的串行操作后，释放通信资源。

3.4创建实时数据库

3.4.1进入WinCC的开发系统后，可以为每个工程建立无限数目的画面，在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由WinCC开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆角矩形、圆形、多边形等基本图形对象，同时还提供了增强型按钮、实时\历史趋势曲线、实时\历史报警、实时\历史报表等组件[12]。

3.5.监控界面设计

3.5.1稀硫酸再利用系统监控界画面设计可以通过设定、修改参数可以调整稀硫酸的介质密度及流量计及液位计的修正系数，准确的调整液位的高度及根据稀硫酸密度的变化准确的换算出加酸的质量（KG）。

3.5.2同时实现对控制网络中的各个监控点的电机起、停机，加、减速，电动阀开度、流量计瞬时流量及累计流量、液位高低、及故障报警、历史趋势、数据共享等，实现报表的自动生成以及生产的高效管理。

3.6历史报表

3.6.1WinCC组态具有方便快速的历史报表生成工具，能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间可进行任意指定，并可以根据存储的时间进行查询历史数据，组态时在WinCC的绘画菜单内进行历史报表的选取。

3.6.2可以任意设置报表格式，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。

3.6.3显示实时数据和任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均，统计出最大最小值。内嵌多功能报表提供了相应的报表函数，可以制作各种报表模板，实现多次使用，以免重复工作[15]。

3.7报警功能

WinCC在运行时自动记录系统状态变化、操作过程等重要事件。一旦发生事故，可就此作为分析事故原因的依据，为实现事故追忆，提供基础资料。使用WinCC报警控件可以在系统运行过程中，及时将控制过程和系统的运行情况通知操作人员。

4.结论

本设计利用PC机，PLC站柜，变频器和电机，电动阀、流量计、液位计组成，通过的WinCC组态软件设计来实现对电机、电动阀、流量计、液位计进行的实时监控，经过一年多的使用，自动控制系统对稀酸再利用控制具有可靠性强、安全性好、准确性高等优点。

参考文献

[1]韩安容.通用变频器及其运用.机械工业出版社,2002.7

[2]龚运新.方立友.工业组态软件实用技术.清华大学出版社,2005.9

[3]张燕宾.电动机变频调速图解.中国电力出版社,2002.