基于PLC堿洗塔廢氣處理控制系統設計

趙靜，張斌

摘要：工業生產過程中常常會產生大量的廢氣，并且這些廢氣的存在會影響生產過程中所需的氣體質量。針對此問題，對堿洗塔廢氣處理系統采用堿洗的方式清潔含有硫化物和氨氣等工業氣體，但除去廢氣的過程中，堿洗液濃度會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。在實際工程中，采用西門子 S7-200 系列 PLC對堿洗塔中的廢氣實現控制，應用效果理想。

關鍵詞：堿洗塔廢氣處理系統;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

堿洗塔是對工業生產中所產生的廢氣做環保凈化處理的一種設備，其任務是根據酸堿中和采用氫氧化鈉吸收中和液來凈化酸霧廢氣，廣泛應用于、化工、制藥冶金、機械、食品、石油等行業的廢氣環保凈化處理。在控制過程中氫氧化鈉的濃度會在使用過程中降低，需要控制堿洗液的PH值和液位高度來實現堿洗塔的廢氣處理，因此堿洗塔的廢氣處理系統需根據運行情況進行實時調節堿洗液的PH值和液位高度保證堿洗塔有效及時地處理硫化氫、氨氣等氣體，使之正常有效地工作。針對液位和PH這兩個重要被控參數具有有時變、大滯后、非線性等特點[1]，基于此，本設計在堿洗塔廢氣凈化處理系統的工藝基礎之上結合專家控制，采用西門子s7-200系列PLC與觸摸屏實現該系統的有效、安全、可靠、穩定的控制。

1系統組成

圖1所示為堿洗塔廢氣處理控制系統。該系統由光氧等離子一體機、離心風機、兩個循環泵（一備一用）、循環水箱、加藥泵、堿洗塔、PH計、液位計（LT）組成。在該系統中通過液位計和PH計對液位和PH值進行監測，結合專家控制策略對液位和PH值進行控制。PLC作為中央控制單元，把實時工藝數據通過Modubus RTU通信協議并在RS-485硬件通信口基礎上傳送至上位機，PLC與上位機建立Modubus主站從站之間的通信來傳送數據信息[2]。觸摸屏（HMI）人機界面可實時顯示動態畫面，并具有報警、手動調試、參數設置等功能[3]。在堿洗塔廢氣處理系統中，光氧等離子一體機工作電壓AC220V，功率14.4KW;離心風機工作電壓AC380V，功率45KW;循環泵兩臺，功率5.5KW;液位計監測的最低液位為300mm，最高液位為700mm;PH監測值最低為7，最高為11。風機啟動后，循環泵啟動，光氧等離子一體機5s啟動，其它所有設備均為自動狀態。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，蜂鳴器均會報警提示。

2專家控制

專家系統是包含推理以及知識的智能計算機程序，利用某個領域專家的經驗及知識解決該領域中的復雜問題。而專家控制是把專家系統的工作原理、概念同計算機技術、自動控制技術相結合，模擬專家的智能，從而實現對復雜系統的過程控制。專家控制是智能控制技術的重要分支之一，該控制使復雜系統更具有可靠性、靈活性以及處理不確定信息問題的能力。 專家控制系統包含由輸入輸出采樣信號、知識庫、信息獲取與處理、推理機構與控制規則集所組成[4]。 針對被控參數有時變、大滯后、非線性等特點，專家控制是根據某個領域的專家知識或操作人員的推理能力和實際經驗參與到被控過程中提出的先進控制方法。

現以堿洗塔作為被控對象，結合專家控制思想，對堿洗塔廢氣處理系統采取專家控制，從而構成堿洗塔廢氣處理專家控制系統。在專家控制系統中，信息獲取與處理是從基于專門的技術人員或者專家的經驗歸納總結而獲取的信息，把這些信息整理之后就構成了知識庫。知識庫用于存放獲取的專家經驗知識。推理機利用知識進行推理，對于簡單的知識結構，根據問題的求解過程可以采用正向推理的方法，逐個判斷各個規則條件，若滿足條件執行該規則，若不滿足，繼續搜索直到匹配成功。控制規則集是存放了若干條規則，每條產生式規則可以用IF（滿足這個條件），THEN（采取這個操作）這樣的語句形式來進行表示。結合堿洗塔廢氣處理系統的工藝要求，把系統可分成兩個獨立的回路，即該系統有兩個控制子系統：水箱液位控制子系統以及PH值控制子系統。液位控制子系統是利用液位計（LT）檢測液位高度，與給定值比較后得到偏差，對液位進行控制;PH值控制子系統利用PH計（PHT）檢測PH值，與給定值比較得到偏差，對PH值進行控制，對其分別建立水箱液位控制規則庫和PH值控制規則庫。

（1）液位控制規則庫

IF 水箱液位高度600mm≤LT≤700mm，THEN 進水閥關閉;

IF 水箱液位高度LT>700mm，THEN 高液位報警;

IF 水箱液位高度300mm≤LT≤400mm，THEN 進水閥打開;

IF 水箱液位高度LT<300mm，THEN 低液位報警;

IF 水箱液位高度LT<300mm，THEN 關閉循環泵1;

IF 水箱液位高度LT<300mm，THEN 關閉循環泵2;

（2）PH值控制規則庫

IF? PH計PHT>11，THEN 高PH值報警;

IF? PH計PHT>11，THEN 加藥泵關閉;

IF? PH計PHT<7，THEN 低PH值報警;

IF? PH計PHT<7，THEN 加藥泵開啟;

3觸摸屏人機界面設計

堿洗塔廢氣處理控制系統采用觸摸屏編程組態軟件SIMATIC WinCC flexible，在觸摸屏人機界面中設置系統監視畫面、手動界面、參數設定[5]。監視畫面需要顯示各機電設備的狀態、系統狀態、實時數據及報警提示，如圖2所示。

在參數設定界面中可對風機頻率、水箱液位的上下量程、PH值上下量程、硫化氫及氨氣上限進行設置，如圖3所示。液位計上量程顯示水箱最高液位，高于該值系統報警;液位計下量程顯示水箱最低液位，低于該值系統報警，循環水泵停止工作;PH計上量程顯示高于該值系統報警，禁止加藥;PH計下量程顯示低于該值系統報警，加藥泵啟動加藥，高于該值加一后停止加藥;風機頻率設定顯示主風機運行頻率設置，范圍0-50Hz;高于硫化氫上限或者氨氣上限，系統報自動警[6]。

在手動界面中，可對各機電設備進行手動調試及狀態顯示，如圖4所示。堿洗塔廢氣處理控制系統運行結果如圖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，未出現蜂鳴器報警提示。

4結論

在堿洗塔廢氣處理系統中，在任意時刻可通過人機界面對系統中液位、PH值、硫化氫及氨氣濃度進行在線監測，采取西門子S7-200系列PLC對系統實現專家控制，控制穩定，應用效果理想。

參考文獻

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[4] 宣鐵鋒. 基于專家PID的電阻爐溫度控制策略[J].儀表技術，2020（02）：34-37

[5] 馬傳廣. PLC在礦山排水自動控制系統的應用研究[J]. 中國設備工程，2021（14）：147-148

[6] 高振興. 基于PLC的自動化控制網絡診斷系統[J].工業控制計算機，2019（05）：45-46

中圖分類號：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，研究方向為自動化控制方向

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