某公司稀土液自動配置系統設計

吳薇

【摘要】本課題以某公司手工配制浸泡汽車尾氣過濾載體所需的稀土液為研究背景，設計了一套基于PLC的稀土液自動配置系統。系統中溫度的控制采用PID算法，該系統提高了該行業的生產自動化程度、生產效益和質量，大大降低工人的勞動強度。

【關鍵詞】稀土液配制；PLC控制；PID算法

【中圖分類號】TP311 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0146-01

1、引言

汽車作為主要的交通工具，發揮著越來越大的作用。隨著國民經濟的發展，汽車數量增加很快，同時汽車的尾氣排放量也逐漸增多，嚴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，國內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，凈化器的核心技術是涂覆在蜂窩陶瓷載體表面的催化劑，一般是由稀土復合貴金屬組成。綿陽市某公司對于汽車尾氣過濾載體所需要的浸液的配制仍是工人進行手工配制，隨著計算機技術的發展以及工業自動化水平的不斷提高，利用計算機技術對生產進行管理以及對生產過程實時數據采集和監控，越來越受到人們的關注。本課題以此為研究背景，設計了一套基于PLC的稀土液自動配置系統，對傳統的工藝流程進行了改造，結果表明，該設計系統極大地提高了工作效率，為公司創造了更大利益。

2、工藝流程和控制要求

稀土液的配制過程中要注意溫度、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、儲液箱中完成。綿陽市某公司對于汽車尾氣過濾載體所需要的浸液的配制過程是這樣的：在啟動配液裝置之前，工作人員需要按一定比例將原漿液配制好，配液完成后液位達標，再用攪拌棒進行手工攪拌，然后將配液箱中的液體用燃氣爐進行點火加熱到30%時測的密度為1.15～1.17g/cm3，若溫度、密度都達到指標，啟動輸送泵將配制好的液體輸送到儲液箱中，輸送時要保證儲液箱中液位不會高于最高液位。在此過程中，攪拌的速度是可調的，溫度和密度是根據工人的觀察和經驗來判定的。對于載體的浸泡過程也是手工操作來完成，對于時間的控制就是由操作人員憑借經驗來估計。

這樣不僅工人的勞動強度大，而且產品的生產效率低和產品質量不穩定，還造成了資源浪費和環境污染。本課題對其配制方法及漿液的特性進行分析研究，提出用PLC控制技術實現稀土浸液的自動配制并對其參數進行實時在線檢測，優化了稀土液配制過程。

3、稀土液配制自動控制系統的配置方案

根據車間實際情況完成的稀土液配置自動控制系統基本組成結構改造，系統由PLC控制箱，溫度傳感器、液位檢測器、密度檢測器等組成，如圖1所示。

4、稀土液自動配制系統硬件組成結構

稀土液配制控制系統主要由配液控制臺和配制裝置組成，其中控制臺中含有工控機，PLC及其模擬量模塊，變頻器，開關電源組成，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，其系統組成如圖2所示。

5、系統軟件設計

在凈化催化劑的制備過程中，溫度控制是整個配制過程的關鍵，影響著凈化催化劑的催化性能。對于儲液箱的溫度控制，要求溫度最終保持在60℃恒溫保持。在現代工業控制中有許多控制算法，PID控制是常見的一種控制算法，由于其不需要求出控制系統的數學模型、算法簡單、參數易于整定、魯棒性好、可靠性高等特點，在工業控制系統中得到了廣泛的應用。PID調節器可以加快系統的動作速度，減小調整時間，從而可以改善系統的動態性能。

（1）溫度PID算法的程序流程如圖3所示。

（2）PID算法的實現

PID控制器的關鍵是整定出PID的三個參數：比例系數、積分時間和微分時間，使PID的控制效果盡量最優。對于儲液箱的溫度控制，使用STEP7軟件中的PID向導生成PID子程序等，然后編寫程序實現溫度的控制，程序如圖4所示。

采用PID指令向導生成PID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PID調節控制面板，先選擇手動調節。手動調節主要是為了避免一開始就讓系統自整定，系統可能會整定失敗，所以先手動整定，使得每個參數幾乎接近系統自整定的參數值再選擇自動調節，這樣比較容易使系統整定成功。

最終溫度要求恒溫保持60%的整定曲線如圖5。

6、結束語

本文主要闡述了利用PLC技術對稀土液配置系統的自動化設計，主要利用PID算法對溫度進行控制，達到系統要求，該系統投入生產后，稀土液的配置過程效率大大提高，并且產品質量有了很大提升，效果顯著。