淺析基于PLC 的酸洗自動控制系統設計

李江恒，姚鶴梅，李增亮，劉龍錦，沈秋彤

（鶴慶北衙礦業有限公司，云南 大理 671507）

為了提高載金炭的吸附能力，解吸提純采用貧炭酸洗工藝、酸洗炭再生工藝聯合恢復炭的活性。貧炭酸洗工藝是將高溫高壓含氰解吸后的貧炭輸送至酸洗槽內，配液槽內制備一定濃度與體積的鹽酸溶液，再通過循環泵抽入酸洗循環一定時間，從而清除炭的表面、內部附著的鈣及其它雜質的過程。脫鈣結束的酸洗炭使用循環水反復沖洗至中性，再進入火法再生系統或返回氰化槽內。通過對酸洗工藝及需求進行了分析研究，我們設計了一套酸洗自動控制系統，用于貧炭酸洗。

1 酸洗系統的工藝及控制需求分析

酸洗系統主要由配液槽、酸洗槽、酸洗循環泵、鹽酸泵、循環管路、排污管路等構成，如圖1。酸洗作業流程包括進炭、吹干、HCL 制備、酸洗循環、排廢液、沖洗6 個環節。

圖1 酸洗系統流程圖

1.1 進炭流程

進炭啟動，進炭的同時打開5#酸洗槽排酸氣動調節閥將酸洗槽中的廢液排出，進炭時間到，關閉5#酸洗槽排酸氣動調節閥，進炭流程結束，進入下一流程，如圖2所示。

圖2 進炭流程

1.2 吹干流程

吹干啟動，打開酸5#洗槽排酸氣動調節閥、9#壓縮空氣氣動調節閥，當進氣累計時間到設定值，關閉2 個氣動調節閥，吹干流程結束，進入下一流程，如圖3 所示。

圖3 酸洗炭吹干

1.3 HCL 制備

HCL 制備啟動，打開7#清水氣動閥，配液槽加清水到設定液位，關閉7#清水氣動閥，打開8#HCL 氣動閥,啟動鹽酸泵，加HCL 到設定液位，停運鹽酸泵，關閉8#HCL 氣動閥，HCL 制備流程結束，進入下一流程，如圖4 所示。

圖4 HCL 制備

1.4 酸洗循環流程

酸洗循環啟動，打開1#酸洗循環泵氣動閥、3#出液氣動閥、4#出液氣動閥、5#酸洗槽進酸氣動調節閥、12#排氣氣動閥，確保5 個氣動閥開到位后，啟動酸洗循環泵，進行酸洗循環，運行時間到設定值，停運酸洗循環泵，除12#排氣氣動閥外，關閉其余4 個氣動閥，酸洗循環流程結束，進入下一流程，如圖5 所示。

圖5 酸洗循環

1.5 排廢酸流程

排廢酸啟動，打開5#酸洗槽排酸氣動調節閥排廢酸，排廢酸時間到設定值，關閉5#酸洗槽排酸氣動調節閥，排廢酸流程結束，進入下一流程，如圖6 所示。

圖6 排廢酸

1.6 沖洗循環流程

沖洗循環啟動，打開11#循環水氣動閥，啟動沖洗循環水泵，沖洗循環水泵運行時間到設定值，停運沖洗循環水泵，停運時間到設定值，打開5#酸洗槽排酸氣動調節閥排廢酸，排廢酸累計時間到設定值，關閉5#酸洗槽排酸氣動調節閥，進行沖洗計數，若計數未到設定值，啟動沖洗循環水泵進行循環，直至沖洗次數到設定值，關閉11#循環水氣動閥，沖洗循環流程結束，如圖7 所示。

圖7 沖洗循環

2 酸洗自動控制系統的硬件設計

圖8 為以PLC 為核心的控制系統框圖，控制系統采用西門子S7-200 SMART CPU SR40、EM DT16 數字量輸入/輸出模塊、EM DR16 數字量輸入/輸出模塊、EM AM06模擬量輸入/輸出模塊，為確保系統的穩定、安全，PLC模擬量輸入采用無源信號隔離器。被控對象主要包括用Goodrive200A 系列變頻器驅動酸洗循環泵、三相電機控制沖洗循環水泵、氣動閥開關閥、氣動調節閥、檢測元件包括裝在配液槽上用于監測酸洗槽液位的磁翻板液位計和雷達液位計，裝在酸洗槽頂部用于監測罐內壓力的壓力變送器，選用西門子KTP1200 Basic 觸摸屏與PLC以太網通訊，觸摸屏作為現場設備層的人機交互設備，實現通過觸摸屏實時監控、操作和運行情況，觸摸屏通過TCP IP 協議與PLC 進行通訊，實現設置參數與顯示數據的相互傳遞，它是在PLC 控制下，根據程序指令、操作命令及設置的參數實現工藝流程控制的功能。

圖8 控制系統框圖

3 酸洗自動控制系統軟件設計

本系統的軟件設計主要包括控制程序和人機交互界面的設計，采用STEP 7-MicroWIN SMART 軟件對PLC 進行編程，如圖8。KTP1200 Basic 觸摸屏采用TIA Portal V15 組態。另外，Goodrive200A 系列變頻器采用端子控制，將端子接入PLC 系統，并對變頻器參數進行設置。根據系統的需求分析，將系統控制分為手動、半自動、自動控制。

3.1 手動控制方式

為了滿足臨時故障、測試需要或其他情況需求，10個氣動閥、2 個氣動調節閥、酸洗循環泵、鹽酸泵和循環水泵都可在觸摸屏上切至手動模式，進行單個設備手動操作。通過設定好的輸入按鈕對PLC 進行控制進，而對系統中的各個設備進行控制。

3.2 半自動控制方式

整個酸洗流程由進炭、吹干、HCL 制備、酸洗循環、排廢酸、沖洗循環6 個流程組成，每一個流程都需要一定的運行時間，為方便在系統運行過程的可控性和出現設備故障后酸洗流程的連貫性，設計半自動控制方式，半自動可根據現場情況選擇任意流程運行。

3.3 自動控制方式

從進炭、吹干、HCL 制備、酸洗循環、排廢酸、沖洗循環6 個流程依次執行，流程間的銜接采用傳送指令，下一流程開始的指令從上一流程結束程序指令中獲取。直到最后一個沖洗循環流程結束后，系統運行停止，程序執行完成。每一個流程根據設定的運行時間，當運行時間等于設定時間，流程結束，程序進入下一流程。

3.4 人機交互界面的設計

本系統中，人機交互界面主要包含以下幾種功能：

（1）模式選擇功能：由于系統要求能夠實現手動、半自動、自動3 種模式，在系統開始運行前根據實際情況選擇運行模式。

（2）狀態顯示功能：要求在系統運行時可以實時顯示系統運行的狀態，當系統發生故障時，窗口能夠彈出報警記錄，并觸發聲光報警器，提醒現場作業人員，同時系統暫停在故障發生當前狀態的運行情況。

（3）故障報警功能：當系統發生故障時，人機交互界面能夠顯示故障原因，因此在設計人機交互界面前要做好對可能發生的故障信號反饋功能，在發生故障時直接調用。

（4）故障復位功能：當系統故障發生后，將故障信號置位，故障處理結束后，需將故障信號復位，系統才能繼續運行。

（5）數據顯示功能：將接入系統的流量、液位、壓力等傳感器數據在界面上顯示，每一流程剩余的運行時間采用倒計時的方式在對應流程的旁顯示。

（6）參數設置功能：為探索酸洗各流程最佳運行時間、方便操作人員更改運行的時間，6 個流程都可設置運行時間；根據工藝需求，系統設計的2 個氣動調節閥可設定閥門開度；通過設定配液槽加水和加HCL 的液位來控制鹽酸溶液的配比。

針對系統對人機界面的功能需求，設計了如圖9 所示的人機界面功能。

圖9 人機界面

4 結語

本文根據企業酸洗工藝的自動控制生產需求，設計了一套基于PLC 的酸洗自動控制系統。該系統由硬件和軟件部分構成，采用PLC 控制，通過組態的人機界面控制PLC，進而對系統中的各個設備進行控制，實現整個酸洗流程自動運行。運行情況表明，該系統可調控性強，能夠適應現場出現的多種運行情況，降低員工勞動強度，提高了生產效率。