赤泥过滤工序控制系统的开发

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摘要：本文采用S7-300系列的PLC设计了赤泥过滤工序控制系统。赤泥的生产过程包括制备工序和自动卸车工序。通过对生产过程中各个工艺的要求，给出了控制方案，并进行硬件设计和程序设计。

关键词：赤泥过滤，控制系统，PLC，总线通讯

中图分类号：TF351.3 文献标识码：A 文章编号：

1、工艺流程概述

中铝山东分公司赤泥过滤及输送工序主要包括制备系统和自动卸车系统，其中制备系统包括传送系统和压滤系统，自动卸车系统包括电动闸门控制系统和汽车报警控制系统。

主要的工作过程是见图1所示，把从上个工艺流程过来的料浆，通过进料泵打入到压滤机中，然后通过压滤机把料浆分成，赤泥和滤液。赤泥通过自动卸车系统装载到汽车当中，通过汽车拉送到集中堆料区。而滤液，通过滤液回送泵，输送回滤液槽中，返回到氧化铝的制备流程里，这样就完成了滤液的循环利用。

图1 赤泥过滤工序示意图

1.1制备系统的主要工作是把料浆分解制备赤泥和滤液，而其中的主要的设备是通过变频电机，压滤机，来进行实现这些工作的。

1.2自动卸车系统

原来赤泥的装载运输时通过从压滤机出来的赤泥通过皮带运输卸料到地下，然后通过铲车装载到汽车中，由汽车运走。这种工序费时费力、污染环境、运送成本很高的问题

现在自动卸车系统（如图2所示）的工作过程主要是通过PLC根据光电传感器等仪表的信号来判断汽车的位置来顺序控制控制闸门的开关，从而自动的让压滤机里过滤出来的赤泥装到汽车当中。改成后的装载方法，省时省人工，还解决赤泥污染环境（赤泥没有落地，直接拉走，不会污染地下水）的问题。

图2 自动卸车系统现场形象图

2、赤泥过滤工序控制系统的组成及硬件配置

赤泥过滤工序控制系统组成系统图见图3，它是由上位操作员站系统、主站PLC[1-2],压滤机PLC、变频电机控制系统、电动闸门、其它仪表、设备等，组成。其中上位操作员站、主站PLC、压滤机PLC、变频器之间通讯时通过PROFIBUS-DP[3-4]总线来通讯控制。电动闸门、红绿灯、光电传感器、等仪表设备是通过点对点的硬接线电缆接到主站PLC上来进行控制的。现场各设备连接到主站的图见3。

图3 赤泥过滤工序控制系统组成系统图

2.1主站PLC的基本结构

主站系统的硬件配置系统其设备包括

CPUCPU 313C-2DP信号模块 AI8*13Bit 2块AO8*12Bit 1块DI32*DC24V1块 DO16*DC24V1块

2.2压滤机PLC系统

压滤机PLC系统采用的和主站PLC系统同样是西门子S7-300系列的PLC,这里就不重复。其设备包括：

CPUCPU 315-2DP信号模块DI32*DC24V1块DO16*DC24V1块

3、赤泥过滤工序控制系统的程序设计

3、1总站PLC程序设计

主站系统的程序主要包括电动闸门和压滤机联锁程序设计，还有电动闸门和光电传感器、现场红绿灯、现场电铃联锁程序设计。

电动闸门和压滤机之间的联锁设计依据主要是因为压滤机和电动闸门的出料量不同，电动闸门中可以存放两车料，而压滤机加工完一车料需要时间大概在25分钟。容量的不同是设计程序的主要处理问题。其中包括了怎么判断压滤机两车料的问题，以及怎么使时间能够节省，不耽误压滤机生产而电动闸门不存料的效率问题。

程序设计步骤：

(1)程序的初始化，在主系统上电判断压滤机在什么状态。及由中控室控制还是在现场控制状态。这是由压滤机从站PLC给的信号来判断的。

(2)判断压滤机的量数，因为两车压滤机的量，电动闸门才能开一次所以量数不够，电动闸门不会动作。这信号有压滤机的从站PLC给出，此信号是根据压滤机中的下开翻板信号给出的，通过从站PLC来计数翻板开关的次数来判断，并通过信号YLJJS来判断，为0这表明为第一车为1则表明下了两车料，允许闸门打开。而且其中无论压滤机在什么状态下，电动闸门打开了，压滤机的翻板不许打开。防止出现下了3车料的情况，闸门存放不下，出现压料情况。

(3)电动闸门打开的时间延迟关闭设计。因为料得卸下是需要一定的时间才能完全卸完，中间需要一定的是，而且由于赤泥的干湿度不同，卸完的时间也不完全相同，这就需要再打开到自动关闭的时间有个动态的设定，及延迟时间可以手工通过中控室操作人员在上位机上根据不同的要求设定的。

(4)因为电动闸门的开关与否，并不是完全时间连续的，所以出现有时电动闸门开关不及，闸门里面的料已经满了，这个时候，压滤机还可以生产一车在压滤机内存放，这就需要程序来做出判断，来给压滤机能否继续生产。通过信号JXSC信号为1通过主站PLC给压滤机来进行生产

图4电动闸门和压滤机联锁图

电动闸门和光电传感器、现场红绿灯、现场电铃联锁程序设计

A.准备卸料过程。由压滤机的从站PLC的第二车计数信号和压滤机的翻板信号进行与逻辑运算得出，然后信号发给现场的红绿灯信号，提醒汽车可以进入。

B.如果在设定的时间内，时间设定为15分钟，汽车还没有到达指定位置，则在中控室上位机画面显示报警，并且给现场电铃发出信号提醒。而且电铃信号不能一直光给，这容易使得现场电铃烧坏，所以电铃响3分钟，中间间隔5分钟，直到汽车到位信号给出为止。

C.由光电传感器判断汽车到位后，把现场的绿灯变为红灯，防止其他车辆的误进入，并且如果有电铃报警，取消报警。开动电动闸门开始卸料。

D.卸料完毕，汽车开走后，光电传感器发回信号给主站PLC告知汽车开走，整个生产过程结束，准备第二次生产过程。

3、2压滤机PLC程序设计

压滤机和主系统的通讯是通过PROFIBUS-DP主从通讯模式进行的，进而需要在主系统程序和压滤机PLC控制系统程序中分别设置，因为压滤机PLC控制系统中的程序设置比较简单，只需要设置好CPU 315-2DP的总线地址即可，所以不详细展开说明。

4结语

本文通过对赤泥过滤工序工艺和设备的研究，分析PLC控制系统的功能及结构，对赤泥过滤工序控制系统进行分析及设计，并将高效、安全、抗干扰和可靠性设计作为解决自动化控制系统运行的技术方案，成功安装调试本PLC自动化控制系统，目前该控制系统已在山东铝业公司第二赤泥堆场改扩建——赤泥过滤及输送工序中投入生产应用，运行可靠稳定，生产工艺有了很好的优化，设备运行效率有了提高，使得生产每吨的赤泥成本降低了30%左右，而且还使工作人员操作工作环境有了很大改观,获得用户的好评，解决了用户的生产急需。

参考文献

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西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团．西门子手册[M]．上海：西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团，2009