關(guān)鍵詞是為了文獻(xiàn)標(biāo)引工作從論文中選取出來用以表示全文主題內(nèi)容信息款目的單詞或術(shù)語。如有可能，應(yīng)盡量用漢語主題詞表等詞表提供的規(guī)范詞。不用此信息時(shí)，刪除此框。摘要現(xiàn)今的自動(dòng)化水平逐年增高，PLC作為主控制器，一直處在整個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的主要戰(zhàn)場(chǎng)。為許許多多的自動(dòng)化裝備提供了很好的控制環(huán)境。作為一個(gè)控制器，PLC可以給自動(dòng)化裝備提供牢靠且安全的運(yùn)行方案，完全適應(yīng)當(dāng)今大部分工廠對(duì)自動(dòng)化的需求。本論文主要研究的是一個(gè)以PLC為自動(dòng)控制的核心，設(shè)計(jì)出一個(gè)電解鋁生產(chǎn)過程中氧化鋁粉輸送的自動(dòng)控制系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)采用機(jī)械式輸送，運(yùn)輸過程中氧化鋁粉飛揚(yáng)損失大、污染嚴(yán)重，而且加料量不容易控制，能耗大。所以本課題中采取濃相氣力輸送技術(shù)，濃相輸送氧化鋁粉末技術(shù)具有長(zhǎng)距離輸送、粉末狀物料在整個(gè)輸送過程中飛揚(yáng)損失小、運(yùn)行安全牢靠且高度自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。濃相輸送技術(shù)是由壓力罐系統(tǒng)、濃相管和PLC自動(dòng)控制設(shè)備等組成。它的工作原理是物料進(jìn)入壓力罐中后經(jīng)壓縮空氣加壓呈沸騰狀態(tài)，并維持這一狀態(tài)，確保物料進(jìn)入特制的濃相管中就被壓縮空氣分割成一段一段的料栓向前流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料的輸送。整個(gè)控制系統(tǒng)采用PLC控制器，PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單易學(xué)，適應(yīng)性好，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地解決氧化鋁輸送過程控制中的安全、靈活、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等問題。關(guān)鍵詞PLC；氧化鋁粉濃相輸送；監(jiān)控ABSTRACTTODAYSAUTOMATIONTECHNOLOGYISDEVELOPINGRAPIDLY，REMAINTHEKEYBATTLEGROUNDINTHEFIELDOFINDUSTRIALAUTOMATIONCONTROLOFPLC，F(xiàn)ORALLKINDSOFAUTOMATICCONTROLEQUIPMENTPROVIDESARELIABLECONTROLAPPLICATIONSTHEMAINREASONISTHATITCANPROVIDESAFEANDRELIABLEFORTHEAUTOMATEDCONTROLAPPLICATIONANDMOREPERFECTSOLUTIONS，SUITABLEFORTHECURRENTINDUSTRIALENTERPRISEOFAUTOMATIONNEEDTHISTOPICRESEARCHISAPROGRAMMABLECONTROLLERPLCASTHECOREOFTHEAUTOMATICCONTROLEQUIPMENT，DESIGNAELECTROLYTICALUMINUMPRODUCTIONPROCESSOFALUMINAPOWDERCONVEYINGSYSTEMOFAUTOMATICCONTROLBECAUSEOFUSINGTRADITIONALMECHANICALCONVEYINGALUMINAPOWDERDUSTDURINGTHEPROCESSOFTRANSPORTATIONDAMAGE，POLLUTIONISSERIOUS，ALSOADDCAPACITYISNOTEASYTOCONTROL，LARGEENERGYCONSUMPTIONSOTHISTOPICINTHEDENSEPHASEPNEUMATICCONVEYINGTECHNOLOGY，DENSEPHASECONVEYINGALUMINAPOWDERTECHNOLOGYCHARACTERISTICSOFLONGTRANSMISSIONDISTANCE，LOWENERGYCONSUMPTION，LOWMATERIALINTHEPROCESSOFCONVEYINGBROKENREFINING，F(xiàn)LYINGMATERIALLOSSISSMALL，STABLEANDRELIABLEANDHIGHLYAUTOMATEDOPERATION，ETCDENSEPHASECONVEYINGTECHNOLOGYCONSISTSOFPRESSURETANKSYSTEM，DENSEPHASEANDCONSISTSOFAPLCAUTOMATICCONTROLEQUIPMENT，ETCITSWORKINGPRINCIPLEISAFTERTHEMATERIALINTOTHEPRESSURETANKINBOILINGSTATEBYTHECOMPRESSEDAIRPRESSURE，ANDMAINTAINTHISSTATE，TOENSURETHATTHEMATERIALINTOTHESPECIALINTHEDENSEPHASETUBEISCOMPRESSEDAIRINTOSECTIONBYSECTIONBOLTFORWARDFLOW，TRANSPORTTHEMATERIALDESIGNUSESTHEPLCCONTROLLER，PLCCONTROLLERWITHHIGHRELIABILITY，STRONGANTIINTERFERENCEABILITY，SIMPLEPROGRAMMING，GOODADAPTABILITY，POWERFULADVANTAGES，TOBEABLETOGETAGOODALUMINACONVEYINGPROCESSCONTROLOFRELIABLE，SAFE，F(xiàn)LEXIBLE，CONVENIENT，ECONOMICANDOTHERISSUESKEYWORDSPLCALUMINAPOWDERDENSEPHASECONVEYINGMONITORING目錄摘要1ABSTRACT21緒論111課題設(shè)計(jì)背景1111課題來源1112課題的目的和意義112研究現(xiàn)狀2121稀相輸送2122濃相輸送3123超濃相輸送32系統(tǒng)工藝控制要求521系統(tǒng)工藝過程522控制方法的選擇8221PLC的工作原理8222PLC的構(gòu)成823控制方案924控制電路11241提升機(jī)裝置測(cè)控電路11242濃相輸送測(cè)控電路12243除塵系統(tǒng)控制電路1325工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)133系統(tǒng)控制方案的選擇1431上位機(jī)1432PLC14321S7200概述14322S7200特點(diǎn)介紹15323控制功能的選擇16324S7200機(jī)型選擇17325PLC的I/O電路及外部接線1833系統(tǒng)儀表的選擇18331溫度儀表18332壓力儀表19333流量計(jì)的選擇19334物位儀表的選擇1934通訊方式1935下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖204軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2241組態(tài)軟件22411組態(tài)軟件概述22412監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)2242系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)23421控制系統(tǒng)的程序框圖23422控制系統(tǒng)的流程圖25結(jié)論29參考文獻(xiàn)30附錄A氧化鋁輸送原理圖32附錄BPLC的I/O電路及外部接線33附錄C系統(tǒng)電氣圖34致謝351緒論首先本章從課題背景出發(fā)，然后對(duì)氧化鋁自動(dòng)輸送系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，最后完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。11課題設(shè)計(jì)背景111課題來源金屬鋁在工業(yè)生產(chǎn)中是一種特別重要的原材料，金屬鋁及其鋁合金被普遍地應(yīng)用日用品、建筑材料、化學(xué)工業(yè)、電器、機(jī)械制造、甚至于航空工業(yè)、國(guó)防工業(yè)，和人們的生活息息相關(guān)。金屬鋁基本上通過電解氧化鋁過程制取，而本文討論的氧化鋁粉則是電解鋁工業(yè)的主要原材料。在電解鋁過程中，氧化鋁粉的輸送極為重要。當(dāng)前我國(guó)大部分鋁廠的氧化鋁粉末輸送基本上使用皮帶輸送、稀相輸送和天車加料相結(jié)合的方式，這種方式輸送效率低下，自動(dòng)化程度低，能耗高，對(duì)設(shè)備損耗大。氧化鋁粉末的飛揚(yáng)，不僅造成原料浪費(fèi)，一定程度上對(duì)環(huán)境有很大的污染，破壞電解槽的工藝制度。因此，為了解決這些缺陷，必須設(shè)計(jì)出一種先進(jìn)的自動(dòng)控制方法，使其實(shí)現(xiàn)氧化鋁粉末的自動(dòng)輸送。另外，為了提高氧化鋁粉輸送的穩(wěn)定性和控制的自動(dòng)化，輸送系統(tǒng)基本上采用遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程調(diào)度。這樣能實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)輸送過程出現(xiàn)故障時(shí)，既可以派工作人員到現(xiàn)場(chǎng)排除故障，還可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)修改。該論文主要探討的是電解鋁生產(chǎn)過程的氧化鋁粉的自動(dòng)輸送控制系統(tǒng)。與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)的技術(shù)裝備水平與其有很大差距。我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備差，導(dǎo)致能源消耗大、產(chǎn)品質(zhì)量低。想要提高企業(yè)整體素質(zhì)，發(fā)展工業(yè)額自動(dòng)化是很有效的方法。在這種趨勢(shì)下，要想做到大范圍的設(shè)備更新，國(guó)力財(cái)力一時(shí)承受不了。但是維持設(shè)備落后的現(xiàn)狀，想要通過拼設(shè)備生產(chǎn)，后果不堪設(shè)想。唯有應(yīng)采用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)，把電子技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，才是提高企業(yè)素質(zhì)、提高整體效益的最現(xiàn)實(shí)、最有效的途徑，才能成為工業(yè)強(qiáng)國(guó)。112課題的目的和意義在電解鋁過程中，氧化鋁粉的輸送從其動(dòng)力來源可以分為機(jī)械式輸送和氣力式輸送。機(jī)械式輸送分為斗式提升機(jī)垂直提升、皮帶式輸送機(jī)和小車軌道式輸送機(jī)三種形式。這三種輸送形式被廣泛地運(yùn)用到很多不同的工業(yè)生產(chǎn)中，在技術(shù)方面成熟牢靠。在氧化鋁的輸送過程中，這種方式對(duì)氧化鋁原料的質(zhì)量影響較小，氧化鋁不容易破損，很有利于電解鋁的生產(chǎn)。但是機(jī)械式輸送也其致命的弊端，機(jī)械設(shè)備成本昂貴，運(yùn)行復(fù)雜，維修費(fèi)用輸高，另外在整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)中氧化鋁粉的飛揚(yáng)對(duì)整個(gè)車間造成很大的污染，氧化鋁粉飛揚(yáng)后不好收集重新利用，長(zhǎng)期下來，會(huì)有很大的能源浪費(fèi)。機(jī)械式輸送的設(shè)備靈活性差，而且整套的設(shè)備投資費(fèi)用很大。如果能改進(jìn)這些缺點(diǎn)，鋁電解的整個(gè)工藝會(huì)達(dá)到一個(gè)很高的生產(chǎn)水平。所以在目前，很多鋁廠都逐漸采用了氣力式輸送，機(jī)械式的輸送逐漸被取代。本課題設(shè)計(jì)的氧化鋁粉末自動(dòng)輸送系統(tǒng)，采用的是目前比較先進(jìn)的濃相輸送技術(shù)。濃相氣力輸送，在鋁工業(yè)中主要用于氧化鋁粉或鋁合金粉的運(yùn)輸，相比較傳統(tǒng)的機(jī)械式運(yùn)輸方式，濃相輸送擁有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)；能耗低，無粉塵飛揚(yáng)，投資費(fèi)用低、加料準(zhǔn)備、控制方便、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，由于濃相輸送的安全可靠，效果極佳，以及被很多鋁廠采用，成為目前主流的輸送方式。濃相輸送技術(shù)的管道采用套管形式，在原有的管道里加入一個(gè)內(nèi)管，用作壓縮空氣的管道，外管輸送氧化鋁原料。在內(nèi)管上有特制的等距離一段一段的小孔，在運(yùn)輸過程中，可以使氧化鋁粉被壓縮空氣切割成一小段一小段的料栓，控制氣流的速度，就可以控制料栓的長(zhǎng)度。這種方式由于全程封閉在管道中，可以做到無粉塵飛揚(yáng)，減少污染，通過控制氣流速度，可以使加料精確，減低能耗。濃相技術(shù)具備的這些特點(diǎn)，能夠滿足各鋁廠對(duì)氧化鋁原料輸送的需求，提高生產(chǎn)效率。12研究現(xiàn)狀在現(xiàn)在的鋁生產(chǎn)過程中，機(jī)械式的運(yùn)輸方式已經(jīng)基本被淘汰，取而代之的是更穩(wěn)定更準(zhǔn)確的氣力式輸送。氣力式輸送原理是以壓縮空氣為載體，使其與粉末狀的原料以一定的比例混合，在特殊的密閉的管道中通過氣力為動(dòng)力源的運(yùn)輸。與傳統(tǒng)的傳送相比較，這種輸送方式更靈活易控制，適用于遠(yuǎn)距離的粉狀物傳送。在運(yùn)輸過程中無損耗，還極大的方便了剩余粉料的處理。目前諸多行業(yè)都采用了氣力輸送方式，得到了很好的經(jīng)濟(jì)效益。氣力輸送氧化鋁粉末方式有三種稀相輸送、濃相輸送和超濃相輸送。121稀相輸送稀相輸送方式的原理是用0406MPA的壓縮空氣作為動(dòng)力源，作用在氧化鋁粉上驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸，通過倉(cāng)式泵氧化鋁粉原料從儲(chǔ)料倉(cāng)運(yùn)送到高位倉(cāng)。在現(xiàn)場(chǎng)垂直輸送部分中，氣流產(chǎn)生的阻力和氧化鋁粉所受的重力作用于一條直線上，由于這兩種作用力只能在輸送方向上影響物料，再加上在實(shí)際運(yùn)輸過程中，物料顆粒運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，氧化鋁粉末就以不規(guī)則的、相互交錯(cuò)的方式運(yùn)動(dòng)。目前，很多鋁廠對(duì)氧化鋁粉還一直采用這種方式進(jìn)行集中輸送。但是這種傳統(tǒng)的氣力輸送方式只應(yīng)用在卸料倉(cāng)和儲(chǔ)存?zhèn)}之間的運(yùn)送，不適用給電解槽供料。盡管這種方式操作簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，占地小，但是解決不了氧化鋁粉輸送過程中的中心問題，這種方式已經(jīng)逐漸更完善的氣力輸送淘汰。122濃相輸送隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電解鋁生產(chǎn)過程中，對(duì)氧化鋁粉末的要求更高，根據(jù)電解鋁的化學(xué)反應(yīng)條件，要求原料的質(zhì)量和表面積都要達(dá)到一定的指標(biāo)，才能保證整個(gè)工藝的效率。在工藝過程中，標(biāo)準(zhǔn)的原料是顆粒較粗、比表面積較大的砂狀氧化鋁，從整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)看來，稀相輸送技術(shù)的壓縮空氣源的動(dòng)力不足以供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的原料。濃相輸送技術(shù)很好的解決了稀相輸送技術(shù)的問題。濃相輸送中的一大核心是其特殊的濃相套管，另外濃相輸送中的壓縮空氣提供的氣流速度為1520M/S，物料流動(dòng)一般為1015M/S，而氧化鋁的破損程度不到20。這種方式提高了粉末物的濃度，相應(yīng)的減少了壓縮空氣的使用，減少了能源消耗。濃相氣力輸送的動(dòng)力源和稀相輸送相同，都是利用壓縮空氣運(yùn)送物料。他們的不同點(diǎn)是稀相輸送的氣流速度高，濃相輸送是由壓力容器產(chǎn)生靜壓力，氣流速度相對(duì)較低。在氧化鋁粉的運(yùn)輸管道中，當(dāng)壓縮空氣的流速降到某一個(gè)臨界值時(shí)，流動(dòng)阻相對(duì)力變大，輸送中氧化鋁粉末自然停止。此時(shí)管道內(nèi)氣流的有效通道減少，導(dǎo)致壓力變大，將停留的氧化鋁原料一層層地吹走。在這個(gè)過程中，管道內(nèi)氣流的有效通道逐漸增大，氣流相對(duì)壓力又將降低，運(yùn)輸中的氧化鋁粉又將停止。在輸送管道中，將會(huì)持續(xù)這樣的周而復(fù)始，氧化鋁粉原料像沙丘移動(dòng)式的逐漸輸送。這里需要注意一點(diǎn)，提供的壓縮空氣的氣流速度必須足夠大，克服物料懸浮正常輸送濃相氣力輸送技術(shù)能很好的滿足目前大部分鋁廠的工藝要求，它的根本問題是要保證氧化鋁原料在濃相管中保持持續(xù)流態(tài)化的同時(shí)，濃相管道保持通暢。由于經(jīng)過特殊制造的濃相管內(nèi)管上每隔一段距離開有一個(gè)特制孔，要想做到物料持續(xù)流態(tài)化，管道保持通道，只要保證空氣站的壓縮空氣的流速達(dá)到某一特定值。濃相技術(shù)還能確保供入電解槽中的物料的量更標(biāo)準(zhǔn)，更精確。123超濃相輸送目前氣力式輸送方式最先進(jìn)的就是超濃相輸送，它根據(jù)氧化鋁的充氣性和流動(dòng)性，運(yùn)用一定壓力的空氣將卸料庫(kù)里的原料懸浮疏松，這時(shí)打開卸料閥，由于安裝的溜槽是有斜度的，在自身的重力作用下，被壓縮空氣懸浮松動(dòng)的原料就會(huì)自動(dòng)完成卸料。這種輸送方式很好的運(yùn)用了懸浮疏松的物料能夠存在流動(dòng)的趨勢(shì)這一特點(diǎn)，這種流動(dòng)的趨勢(shì)就是物料的流態(tài)化。在當(dāng)前的工藝中，使用一個(gè)多孔透氣層，以一定的比例將固體顆粒與空氣混合可以使物料轉(zhuǎn)化為類似的流動(dòng)體狀態(tài)，這個(gè)過程又稱為物料的流態(tài)化。這里用到的多孔透氣層，又叫做沸騰板，它的結(jié)構(gòu)與濃相管類似。沸騰板把輸送通道分成兩部分，上面運(yùn)輸物料，下層則輸入壓縮空氣。當(dāng)這里沒有外部壓力的時(shí)候，氣體是常壓，由于物料沒有動(dòng)力源，物料保持靜止；一旦氣腔中通入低氣壓的氣體，上層物料的空隙就瞬間被填滿，這時(shí)候調(diào)節(jié)氣流速度，直到打破粉末間的平衡。在這樣特定的情況下，粉料之間存在的內(nèi)摩擦都接近為零，從而達(dá)到理想的流體狀態(tài)。將粉末狀物料轉(zhuǎn)化成流體狀態(tài)，然后進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆绞?，就是目前氣力運(yùn)輸方面最先進(jìn)的超濃相輸送。與濃相輸送不同的一點(diǎn)是，超濃相輸送僅僅需要較低壓力的空氣疏松原料，而不用壓縮站的高氣壓空氣作為運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力。據(jù)有關(guān)資料介紹超濃相輸送中固體和氣體的比例非常高，一般為5001。由于所需的空氣壓力只用100PA即可，故離心風(fēng)機(jī)就可以滿足工藝要求。這就是濃相輸送的另一大優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備要求簡(jiǎn)單，只需提供風(fēng)動(dòng)溜槽和離心風(fēng)機(jī)。一般來說，風(fēng)動(dòng)溜槽是沒有運(yùn)動(dòng)的部件，不容易出現(xiàn)磨損，損壞的情況，還有就是它的顯密度非常大，可以做到高濃度、低速度輸送。因?yàn)楣芗哪p不大，在運(yùn)輸過程中的氣體對(duì)原料可以基本達(dá)到無損耗，這樣輸送到電解槽的原料完全可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)需要的規(guī)格。另外，因?yàn)槌瑵庀噍斔退璧目諝鈮毫Φ?，僅僅離心風(fēng)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)系統(tǒng)中，控制元件不多，而且操作起來容易上手，這樣就能做到工藝現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化。但是這種輸送技術(shù)龐大繁雜，我們國(guó)家目前還尚未徹底掌握這項(xiàng)輸送系統(tǒng)。2系統(tǒng)工藝控制要求21系統(tǒng)工藝過程在電解鋁工藝過程中，氧化鋁粉的輸送流程分為三部分一是卸料庫(kù)到上層料倉(cāng)的輸送；二是上層料倉(cāng)到下層料倉(cāng)的輸送，這里包括氧化鋁粉的除塵系統(tǒng)；三是壓力罐的進(jìn)料與打料的輸送過程。首先，啟動(dòng)上層料倉(cāng)的除塵系統(tǒng)、離心風(fēng)機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)，然后從卸料庫(kù)向溜槽卸料，溜槽中的氧化鋁粉在離心風(fēng)機(jī)的提供風(fēng)力下進(jìn)入空氣提升機(jī)。當(dāng)空氣提升機(jī)的氧化鋁粉到達(dá)規(guī)定的料位時(shí)候，啟動(dòng)空氣提升機(jī)的提升，將提升機(jī)里的氧化鋁粉送入上層料倉(cāng)。當(dāng)上層料倉(cāng)的氧化鋁粉到達(dá)高料位的時(shí)候，停止提升機(jī)的輸送過程，同時(shí)停止相應(yīng)的羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)等控制設(shè)備，等到上層料倉(cāng)的料位下降至低料位時(shí)再繼續(xù)啟動(dòng)提升機(jī)的輸料。在提升機(jī)停止后，開啟上層料倉(cāng)處除塵器的排灰風(fēng)機(jī)，收集上層料倉(cāng)飛揚(yáng)的氧化鋁粉末。這時(shí)同時(shí)啟動(dòng)上層料倉(cāng)向下層料倉(cāng)的打料過程，待下層料倉(cāng)的氧化鋁粉到達(dá)高料位時(shí)停止。從卸料倉(cāng)到上層料倉(cāng)打料的工藝過程如圖21所示除塵器系統(tǒng)羅茨風(fēng)機(jī)啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)關(guān)閉羅茨風(fēng)機(jī)關(guān)閉除塵器關(guān)閉圖21向上層料倉(cāng)打料工藝過程當(dāng)下層料倉(cāng)的氧化鋁粉到達(dá)高料位的時(shí)候，開始啟動(dòng)最后一部分，下料倉(cāng)向壓力罐的打料過程。本設(shè)計(jì)使用了四個(gè)壓力罐，首先，需要選擇使用其中一個(gè)，這里以PV4為例。首先檢測(cè)閥9、閥36以及閥11是否關(guān)到位，離心風(fēng)機(jī)的出口閥N4、N2以及閥101是否開到位。然后打開閥30，當(dāng)壓力罐的壓力滿足規(guī)定的壓力時(shí)關(guān)閉閥30，打開閥36和閥11，現(xiàn)在才能進(jìn)行壓力罐的打料。啟動(dòng)震動(dòng)篩的電機(jī)使震動(dòng)篩震動(dòng)，打開下層料倉(cāng)下的閥門，氧化鋁粉在離心風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)力作用和震動(dòng)篩震動(dòng)作用下進(jìn)入壓力罐。在壓力罐中的氧化鋁粉到達(dá)高料位時(shí)停止向壓力罐的打料。關(guān)閉下層倉(cāng)的出料閥門，停止震動(dòng)篩電機(jī)和離心風(fēng)機(jī)，關(guān)閉閥36和閥11，等到壓力罐的料位下降至低料位時(shí)再繼續(xù)啟動(dòng)向壓力罐的打料過程。當(dāng)電解槽有需要打料信號(hào)時(shí)，開始啟動(dòng)壓力罐向電解槽的打料過程。先檢測(cè)壓縮空氣的壓力和閥門V7、閥門V8是否開到位，在達(dá)到要求時(shí)然后打開閥9、閥23、閥24以及閥25。當(dāng)某個(gè)壓力管出現(xiàn)故障或者需要同時(shí)使用另外幾個(gè)壓力罐時(shí)，可以打開閥V9或者閥V1以及該路的通向電解槽的閥門進(jìn)行調(diào)整，這樣以便設(shè)備的維修和打料的連續(xù)性及供料量需求。下料倉(cāng)到壓力罐的打料過程如圖22所示選擇壓力罐檢查閥開/關(guān)是否到位運(yùn)行壓力罐程序高料位信號(hào)到，開/關(guān)閥打料結(jié)束圖22下料倉(cāng)到壓力罐的打料過程其它三個(gè)壓力罐的打料過程類似，這里整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工藝過程的詳細(xì)情況見附錄B氧化鋁輸送原理圖和流程圖。22控制方法的選擇隨著工業(yè)生產(chǎn)越來越依賴生產(chǎn)的自動(dòng)化，PLC逐漸成為現(xiàn)在自動(dòng)控制領(lǐng)域最實(shí)用的控制方法。PLCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，中文翻譯為可編程邏輯控制器，屬于自動(dòng)控制裝置，是一種嵌入式的工控機(jī)。PLC主要以順序控制，回路調(diào)節(jié)為輔，可以實(shí)現(xiàn)邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能。既可以用開關(guān)量進(jìn)行控制，還可以進(jìn)行模擬量控制，另外基本都具備通信功能。PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中有著至關(guān)重要的作用，可以實(shí)現(xiàn)單、多臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化控制。由于PLC的工作牢靠安全，操作易上手，運(yùn)行速度快，擴(kuò)展模塊靈活，通信功能強(qiáng)大，現(xiàn)在抗干擾能力強(qiáng)大，設(shè)備成本低，而且很好的滿足各個(gè)鋁廠電解鋁過程中氧化鋁原料的輸送供料過程，所以本課題選取PLC作為主要的控制方法，實(shí)現(xiàn)氧化鋁粉末的濃相輸送。221PLC的工作原理PLC的工作過程分為兩個(gè)部分輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。每完成這兩個(gè)部分為一個(gè)周期。在輸入采樣過程，PLC依次掃描，讀入所有的輸入狀態(tài)和各種數(shù)據(jù)，同時(shí)把掃描到的信息存到I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元里。輸入采樣之后，進(jìn)行用戶程序執(zhí)行和輸出刷新過程。當(dāng)用戶程序執(zhí)行時(shí)，PLC會(huì)按照從上到下的順序掃描用戶的程序。在PLC的工作過程中，CPU以某一特定的速度掃描著個(gè)過程周期。222PLC的構(gòu)成PLC的主機(jī)由CPU板、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）模塊、電源等幾大部分構(gòu)成，可以相應(yīng)地配置象編程器、圖形顯示器、通信接口等外部設(shè)備，整個(gè)硬件構(gòu)成與微型計(jì)算機(jī)相仿。PLC有固定式和模塊式兩種。CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，以上所有的模塊都能依照規(guī)定組合。模塊組成的簡(jiǎn)圖如圖23所示外設(shè)接口輸入部件輸出部件I/O擴(kuò)展單元編程器其他外設(shè)I/O擴(kuò)展接口存儲(chǔ)器CPU電源部件接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)受控元件AB圖23PLC的模塊組成23控制方案在電解鋁的工藝生產(chǎn)過程中，氧化鋁粉的運(yùn)輸和供應(yīng)系統(tǒng)是很重要的部分。按照工藝的要求，為了防止運(yùn)輸過程中物料堵死，這里的電氣元件和設(shè)備都可以做到自動(dòng)逆向順序啟動(dòng)和正向延時(shí)順序停車，還能實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖跟容錯(cuò)的控制。在系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，在故障設(shè)備運(yùn)行前的設(shè)備應(yīng)該馬上停止操作，關(guān)閉相應(yīng)的閥門、開關(guān)，故障設(shè)備后的設(shè)備按照延時(shí)的順序停止。另外，該控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)既能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，也可以通過手動(dòng)進(jìn)行切換控制。在正常的生產(chǎn)過程或者常見的可以自動(dòng)進(jìn)行處理的故障時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制。如果出現(xiàn)非常規(guī)的生產(chǎn)要求或者日常設(shè)備維護(hù)時(shí)，就必須進(jìn)行手動(dòng)切換控制。為了避免大容量的電機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的超負(fù)荷電流對(duì)供電電壓的影響，應(yīng)該錯(cuò)開設(shè)備開啟時(shí)間，穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有四個(gè)壓力罐，一般情況可以只進(jìn)行其中一個(gè)或幾個(gè)的打料，當(dāng)電解鋁過程中的需求量增加時(shí)，會(huì)開啟全部的壓力罐?；蛘咂渲幸粋€(gè)出現(xiàn)問題時(shí)，通過打開各管道上的公共閥門，實(shí)現(xiàn)打料的不間斷。氧化鋁粉原料輸送系統(tǒng)有三個(gè)階段首先是原料從卸料庫(kù)傳輸至上層料倉(cāng)的過程。在卸料庫(kù)上料后，羅茨風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，使溜槽中的原料傳送到空氣提升機(jī)內(nèi)。這里通過一個(gè)電磁閥和羅茨風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制構(gòu)成空氣提升機(jī)。這個(gè)卸料庫(kù)到上層料倉(cāng)的傳輸過程如圖24所示羅茨風(fēng)機(jī)空氣提升機(jī)離心風(fēng)機(jī)氧化鋁粉卸料庫(kù)上層料倉(cāng)圖24卸料庫(kù)到上層料倉(cāng)傳輸過程接下來是上層料倉(cāng)到下層料倉(cāng)的輸送，因?yàn)樯蠈恿蟼}(cāng)起到的是緩沖作用，所以該部分的輸送過程相對(duì)簡(jiǎn)單，這里不作詳細(xì)說明；最后一個(gè)階段是壓力罐的濃相輸送過程，在這個(gè)輸送過程中空氣站的壓縮空氣作為所有的進(jìn)料出料、輸送的動(dòng)力源。下層倉(cāng)到壓力罐輸送過程如圖25所示下層料倉(cāng)振動(dòng)篩離心風(fēng)機(jī)壓力罐壓縮空氣站電解槽濃相管圖25下層倉(cāng)到壓力罐的輸送過程24控制電路根據(jù)控制系統(tǒng)工藝流程和控制要求，整個(gè)系統(tǒng)的控制電路分為三大部分空氣提升機(jī)測(cè)控電路、濃相輸送測(cè)控電路、除塵系統(tǒng)控制電路。現(xiàn)分別敘述如下241提升機(jī)裝置測(cè)控電路在原料傳送過程中，第一階段是卸料庫(kù)到上層料倉(cāng)的輸送。這部分主要通過空氣提升機(jī)作為主控裝備，這部分PLC控制系統(tǒng)的檢測(cè)回路由三處組成羅茨風(fēng)機(jī)出口差壓變送器、空氣提升機(jī)的平衡料柱上料位計(jì)和上層緩沖料倉(cāng)上的料位計(jì)，通過羅茨風(fēng)機(jī)、壓縮空氣管上的壓力繼電器和電磁閥組成控制回路。這部分的測(cè)控電路圖如圖26所示羅茨風(fēng)機(jī)出口壓差檢測(cè)空氣提升機(jī)平衡料位檢測(cè)上層料倉(cāng)料位檢測(cè)羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)空氣提升機(jī)電機(jī)電磁閥壓力繼電器檢測(cè)回路控制回路離心風(fēng)機(jī)電機(jī)圖26提升機(jī)裝置測(cè)控電路檢測(cè)回路的作用是檢測(cè)判斷羅茨風(fēng)機(jī)的高低壓，空氣提升機(jī)和上層料倉(cāng)是否到達(dá)高料位、低料位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作要求，判斷是否啟停相關(guān)聯(lián)設(shè)備的開關(guān)，閥門等。而控制回路的作用則是接通低壓配電柜內(nèi)對(duì)應(yīng)的MCC功能單元，可以實(shí)現(xiàn)壓力繼電器、電磁閥和風(fēng)機(jī)的啟停，從而達(dá)到控制的效果。通過協(xié)調(diào)這兩個(gè)回路來完成這一部分卸料倉(cāng)到上層料倉(cāng)的物料輸送。242濃相輸送測(cè)控電路壓力罐、濃相管和這兩個(gè)設(shè)備上的閥門共同組成濃相輸送的控制部分。這是整個(gè)系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備。下面分別介紹該系統(tǒng)中的檢測(cè)回路和控制回路，檢測(cè)回路由壓力變送器，料位計(jì)以及閥門上的各種限位開關(guān)組成，主要測(cè)量壓力罐、濃相管還有壓縮空氣的壓力，料位等。相應(yīng)的控制回路包括壓力罐的下料閥、鐘罩閥、排氣閥、出料閥、助吹閥、噴吹閥、加壓閥和壓縮空氣管上的壓力繼電器構(gòu)成。這里檢測(cè)回路的作用是判斷壓力罐罐體、濃相管管道內(nèi)的壓力大小，壓力罐內(nèi)的料位的高低，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作要求，判斷是否啟停相關(guān)聯(lián)設(shè)備的開關(guān)，閥門等。而控制回路的作用則是接通低壓配電柜內(nèi)對(duì)應(yīng)的MCC功能單元，可以實(shí)現(xiàn)壓力繼電器、電磁閥和風(fēng)機(jī)的啟停，從而達(dá)到控制的效果，完成氧化鋁原料的濃相輸送。這部分的測(cè)控電路結(jié)構(gòu)圖如圖27所示檢測(cè)回路控制回路壓力罐壓力及料位檢測(cè)壓力變送器檢測(cè)料位計(jì)檢測(cè)電解槽檢測(cè)濃相輸送管道輸送檢測(cè)下料閥、鐘罩閥、排氣閥、出料閥、助吹閥、加壓閥、噴吹閥振動(dòng)篩電機(jī)控制系統(tǒng)壓縮空氣控制系統(tǒng)圖27濃相輸送測(cè)控電路243除塵系統(tǒng)控制電路除塵系統(tǒng)處于上層料倉(cāng)上方，在氧化鋁原料從卸料倉(cāng)通過空氣提升機(jī)輸送至上層料倉(cāng)時(shí)，除塵系統(tǒng)的作用是收集傳送過程中飛揚(yáng)的粉末，減少能耗和環(huán)境污染。收集完畢后，在可以重新回收的時(shí)候，打開除塵器的排料閥，通過排灰風(fēng)機(jī)的動(dòng)力返回至料倉(cāng)和提升機(jī)。該部分的檢測(cè)回路由上下層料位的料位計(jì)以及空氣壓力器上的壓力變送器組成，主要測(cè)量料倉(cāng)的料位高低和壓縮空氣的壓力。相應(yīng)的控制電路一般是離心電機(jī)、反吹電機(jī)和脈動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作要求，通過PLC控制閥門、壓力繼電器和風(fēng)機(jī)的啟停。這部分的測(cè)控電路如圖28所示上層倉(cāng)料位檢測(cè)下層倉(cāng)料位檢測(cè)壓縮空氣壓力檢測(cè)除塵器電機(jī)排灰風(fēng)機(jī)電機(jī)離心風(fēng)機(jī)電機(jī)壓縮空氣控制系統(tǒng)閥門檢測(cè)回路控制回路圖28除塵器控制系統(tǒng)測(cè)控電路25工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)1實(shí)現(xiàn)氧化鋁輸送系統(tǒng)的自動(dòng)控制2在氧化鋁輸送系統(tǒng)中，完成各儀表控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、信號(hào)等的采集，以及檢查各設(shè)備的運(yùn)行狀況；3掌握氧化鋁輸送控制要求，提出控制方案，完成硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)工藝要求合理優(yōu)化，完成軟件要求的系統(tǒng)分析和編制，最終完成上位監(jiān)控系統(tǒng)，下位控制系統(tǒng)和中間通訊系統(tǒng)。3系統(tǒng)控制方案的選擇31上位機(jī)由于上位機(jī)的工作環(huán)境極度惡劣，所以在選取上位機(jī)時(shí)，沒有選用工業(yè)控制行業(yè)很流行使用的研華工控機(jī)。因?yàn)樵撓到y(tǒng)規(guī)模不是太大，另外測(cè)量采集量和控制量的數(shù)量很少，所以考慮到經(jīng)濟(jì)投資，該課題采用了高配置的PC機(jī)。該類PC機(jī)具有可以很好的適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)，而且它的硬件配置高，擴(kuò)展功能強(qiáng)大，很適用于本課題的氧化鋁粉自動(dòng)輸送的監(jiān)控系統(tǒng)。32PLC根據(jù)前面工藝過程以及整個(gè)系統(tǒng)的控制方案，進(jìn)行下位機(jī)PLC的選型。設(shè)備選型主要依據(jù)工藝控制過程的特點(diǎn)和要求。隨著近幾年自動(dòng)化水平的發(fā)展，生產(chǎn)出了各種各樣的PLC，在原有的基礎(chǔ)上逐漸完善其功能。在選型方面，要做到選取的PLC必須要和工業(yè)控制系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)整體，相關(guān)設(shè)備應(yīng)該是可以集成，有比較易于擴(kuò)充的功能，其硬軟件的功能和配備必須滿足該課題的控制要求。在目前的各鋁廠，已經(jīng)廣泛的采用PLC作為其主控制器，效果也特別明顯。這些鋁廠的自動(dòng)化控制的水平、生產(chǎn)效率大幅度提高，另外能耗大大降低，車間的環(huán)境軟件大大減輕，投入的設(shè)備資金也相應(yīng)減少很多。目前運(yùn)行的PLC一部分來自從外國(guó)引進(jìn)，一部分來自國(guó)內(nèi)自己開發(fā)組裝。品種繁多，總體來說有幾十個(gè)系列，幾百種型號(hào)，由于它們所需要滿足的工業(yè)環(huán)境各有側(cè)重，導(dǎo)致它們的硬件結(jié)構(gòu)，需要的編程軟件都有所區(qū)別。所以在選型這一塊，重點(diǎn)是合理選擇，如果只因?yàn)樾阅芎枚约簩?duì)它們的技術(shù)特性掌握不好，當(dāng)其運(yùn)行在工藝系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，根本不清楚是硬件哪塊出了毛病，軟件編程怎么修改，會(huì)很大的影響工業(yè)生產(chǎn)。因?yàn)樵趯W(xué)校實(shí)驗(yàn)室接觸過S7200，對(duì)該P(yáng)LC的技術(shù)性能比較，所以選用了S7200，下面介紹一下該P(yáng)LC。321S7200概述在相同的工業(yè)行業(yè)中，西門子公司的S7200系列小型PLC是比較領(lǐng)先的，在很多行業(yè)和場(chǎng)合的監(jiān)測(cè)和控制都能很穩(wěn)定牢靠，不管是在獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，還是有網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)控制的時(shí)候。該控制器有一下幾個(gè)強(qiáng)大的功能表現(xiàn)安全牢靠、豐富的指令功能、便于上手、操作簡(jiǎn)單、配置及擴(kuò)展模塊強(qiáng)大等。322S7200特點(diǎn)介紹S7200系列小型PLC應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋了所有與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。具有以下特點(diǎn)1體積小該系列的PLC的CPU基本尺寸為如下CPU221和CPU222，寬90MM，高80MM，深62MM；CPU224，寬1205MM，高80MM，深為62MM；CPU224XP，寬1400MM，高80MM，深62MM；CPU226，寬1960MM，高80MM，深62MM。2外形美觀在設(shè)計(jì)該系列的PLC時(shí)，為了達(dá)到靈活配置和外形美觀，整體設(shè)計(jì)成整齊的長(zhǎng)方形。保證PLC的基本單元模塊和擴(kuò)展單元模塊的深度跟高度相同，這里采用扁平的電纜連接在一起，然后經(jīng)過DIN導(dǎo)軌，構(gòu)成理想中的長(zhǎng)方形。該設(shè)計(jì)吸取了整體式的PLC跟模塊式的PLC的長(zhǎng)處，在外觀上做到整齊統(tǒng)一。3型號(hào)豐富西門子S7200系列PLC總共包括四種型號(hào)，八個(gè)不同的CPU。下表簡(jiǎn)單介紹了一下各種型號(hào)、CPU的I/O點(diǎn)數(shù)，存儲(chǔ)空間，擴(kuò)展模塊等。表31S7200模塊列表型號(hào)I/O點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)空間I/O擴(kuò)展計(jì)數(shù)器通信功能模擬I/OCPU2216/46KB無4個(gè)/2個(gè)1個(gè)通訊口無CPU2228/66KB2個(gè)擴(kuò)展4個(gè)/2個(gè)1個(gè)通訊口擴(kuò)展至10路CPU22414/1016KB7個(gè)擴(kuò)展6個(gè)/2個(gè)1個(gè)通訊口擴(kuò)展至35路CPU224XP14/1022KB7個(gè)擴(kuò)展2個(gè)通訊口擴(kuò)展至38路CPU22624/1626KB7個(gè)擴(kuò)展6個(gè)/2個(gè)2個(gè)通訊口擴(kuò)展至35路其中CPU221、CPU222的價(jià)格比較便宜，可處理模擬量，但是由于都只能用作小型開關(guān)量的控制系統(tǒng)，不適合該論文中設(shè)計(jì)的氧化鋁粉的自動(dòng)輸送系統(tǒng)；而CPU224包含更多的輸入輸出點(diǎn)，既可以處理開關(guān)量、模擬量，也適應(yīng)于要求較高的小型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)；CPU226為功能最強(qiáng)的單元，可滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。4配置靈活1S7200PLC擁有靈活的配置，一般情況下，用戶不僅可以選擇各種各樣的子系列PLC，還可以通過選擇不同的擴(kuò)展模塊組建成功能特色不同的效果?？梢越o一個(gè)控制系統(tǒng)特別組建一個(gè)PLC，不僅可以很契合工藝要求，還能有很高的性價(jià)比。2S7200PLC的硬件配置和模塊式PLC同樣靈活，由于該控制器采取整體使得基本單元，這樣的結(jié)果比普通的更靈活，非常適合于小型、中小型控制系統(tǒng)。3S7200PLC的配置有24VDC傳感器電源、電流限定15A可供外部電源或接近開關(guān)、光電開關(guān)等傳感器電源。4S7200PLC的輸出方式有繼電器輸出、晶體管輸出倆種，用戶可根據(jù)需要選用。5S7200PLC可以通過EM227PROFIBUSDP擴(kuò)展從站模塊，將其主控制系統(tǒng)連接至該網(wǎng)絡(luò)。5強(qiáng)大的功能盡管S7200PLC的體積很小，但是卻具備很強(qiáng)大的功能。以下簡(jiǎn)單列舉一下其功能模塊豐富的模擬量、數(shù)字量模塊，還具有熱電偶、熱電阻模塊及工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理等特殊功能模塊等。該系列的PLC采取是可插入式的子排，這樣的方式可以保值在基本單元模塊和擴(kuò)展單元模塊更換時(shí)便捷。另外，還配備了存儲(chǔ)卡和后備電池，保證內(nèi)存不丟失。323控制功能的選擇1運(yùn)算功能運(yùn)算功能是每個(gè)PLC控制器最基本的功能，一般都可以進(jìn)行編輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)移位、比較等功能；比較高級(jí)的則可以有大量的代數(shù)運(yùn)輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)?；在我?guó)最先進(jìn)的系列還具備PID等高級(jí)的運(yùn)算功能。目前自動(dòng)化監(jiān)控方面的技術(shù)越來越成熟，所以大部分的PLC都加入了與同位機(jī)、上位機(jī)的通信模塊，另外還有部分產(chǎn)品還具備和工廠數(shù)據(jù)通信的能力。2控制功能PLC的控制功能很強(qiáng)大，目前可以做到順序控制、PID控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等。根據(jù)該系統(tǒng)中的工藝控制要求，這里使用PLC進(jìn)行順序邏輯的控制。因此，這里很多細(xì)節(jié)都選用單回路或者多回路控制器解決模擬量的控制。在該設(shè)計(jì)當(dāng)中，只有料位。壓力的模擬量輸入，沒有模擬量輸出。3通信功能在工藝控制系統(tǒng)中，PLC應(yīng)該支持各種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并與工廠的管理網(wǎng)連接。另外，本系統(tǒng)中的通信總線選用458現(xiàn)場(chǎng)總線。4編程功能PLC的編程分為兩種離線編程和在線編程。首先，離線編程方式是指當(dāng)編程正在編程時(shí)，CPU是暫時(shí)停止控制工藝現(xiàn)場(chǎng)，因?yàn)榇藭r(shí)的編程器是和PLC共用同一個(gè)CPU的。而在線編程方式則是；編程和現(xiàn)場(chǎng)控制同時(shí)進(jìn)行，在一個(gè)掃描周期內(nèi)，PLC和編程器交換一次數(shù)據(jù)，二者擁有各自單獨(dú)的CPU。324S7200機(jī)型選擇西門子S7200系列PLC的設(shè)備結(jié)構(gòu)為基本單元和擴(kuò)展模塊結(jié)合?；締卧蠧PU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊。相對(duì)于整體式的基本單元，擴(kuò)展模塊則靈活很多，該模塊內(nèi)部無電源，通過連接基本模塊的輸入輸出模塊組成整個(gè)系統(tǒng)配置。由于本設(shè)計(jì)里沒有模擬量輸出，下面介紹一下該系統(tǒng)中采用的數(shù)字量輸入輸出模塊和模擬量輸入模塊。1EM223S7200系列PLC的EM223模塊為數(shù)字量輸入輸出模塊。該模塊可以同時(shí)完成數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出。另外，輸入電路包括直流輸入、交流輸入；輸出電路類型有直流（晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）輸出、交流輸出、交直流輸出等。所有輸入/輸出電路類型可以有很多組合，這里應(yīng)該依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求選用合適的組合，使系統(tǒng)配置更加靈活。2EM231EM231是該系列的模擬量輸入模塊。該模塊包括濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、光耦合器組成。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于存在高強(qiáng)度的電磁干擾，所有光耦合器尤為重要，它既可以對(duì)設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行通道的切換、處理多通道的模擬量，還可以有效的屏蔽現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾。該系統(tǒng)中的溫度、壓力、料位等隨著工藝流程連續(xù)變化的物理量就是模擬量信號(hào)。在氧化鋁粉自動(dòng)輸送系統(tǒng)中，因?yàn)镃PU是不能識(shí)別采集的現(xiàn)場(chǎng)的模擬量，所有通過該模擬量輸入模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過數(shù)字量輸送給PLC的CPU。在工藝現(xiàn)場(chǎng)有很多種類的模擬量，一般先通過現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)變送器統(tǒng)一成標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，然后再送入生產(chǎn)過程的模擬信號(hào)多種多樣，所以，一般先用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)變送器把他們變成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后再送入EM231。3CPU本文選用CPU224XP型PLC，原因如下CPU224XP擁有較其他CPU更多的輸入輸出點(diǎn)，能處理開關(guān)量、模擬量，適用于要求高的小型控制系統(tǒng)。而且配備了一塊EM223型16/16數(shù)字量擴(kuò)展模塊，兩塊EM231型模擬量擴(kuò)展模塊。系統(tǒng)有了30路數(shù)字量輸入，26路數(shù)字量輸出，9路模擬量輸入，1路模擬量輸出，完全滿足的存儲(chǔ)其容量。在很契合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求的同時(shí)，又減少了成本。PLC的基本框架結(jié)構(gòu)如圖31。CPU模塊CPU224XPEM223數(shù)字量模塊EM231模擬量模塊圖31PLC框架配置圖325PLC的I/O電路及外部接線PLC的輸入輸出地址和外部接線是一一對(duì)應(yīng)的，按照對(duì)應(yīng)的編號(hào)接線便可以使系統(tǒng)有序，其中這里的程序和硬件都有接線電路。這里以輸送系統(tǒng)中的第一部分為例畫出接線圖。從卸料倉(cāng)到2000T上層料倉(cāng)輸送過程控制系統(tǒng)中PLC的I/O電路外部接線見附錄B。33系統(tǒng)儀表的選擇在系統(tǒng)中的儀表包括測(cè)量?jī)x表和執(zhí)行元件。檢測(cè)儀表包括溫度儀表、壓力儀表、料位計(jì)、流量計(jì)等，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備參數(shù)、數(shù)據(jù)及各種信息的采集。執(zhí)行元件包括電磁閥和變頻器等，PLC在接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)后通過執(zhí)行元件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。下面對(duì)系統(tǒng)中的檢測(cè)儀表進(jìn)行選擇。331溫度儀表溫度測(cè)量是物體受熱程度的反應(yīng)，經(jīng)常會(huì)受到元件本身或者周圍環(huán)境的影響和約束，尤其是接觸式的測(cè)溫。傳熱的好壞、熱損失的等很多直接影響測(cè)量結(jié)果都應(yīng)該作為選用溫度計(jì)的條件。在工業(yè)中常用的溫度儀表有玻璃溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶、熱電阻。在該系統(tǒng)中對(duì)排灰風(fēng)機(jī)處排灰總管的溫度測(cè)量時(shí)我們使用WZP裝配式鉑電阻溫度儀，測(cè)溫范圍為200500；精度等級(jí)為A級(jí)。鉑電阻的優(yōu)點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定可靠，尤其在氧化性介質(zhì)中，甚至在高溫下的物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，測(cè)溫的精度也隨之穩(wěn)定。332壓力儀表在壓力測(cè)量中，有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度測(cè)量等。在工藝現(xiàn)場(chǎng)上基本上都是表壓測(cè)量，表壓，顧名思義就是絕對(duì)壓力和大氣壓的差。當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓時(shí)，就是負(fù)壓或真空度。在化工生產(chǎn)過程中測(cè)壓儀表很多，一般都有液柱式壓力計(jì)、電測(cè)式壓力計(jì)、彈性式壓力計(jì)。離心風(fēng)機(jī)出口壓力和羅茨風(fēng)機(jī)出口壓力采用ST3000900壓力變送器的STG940型號(hào)，測(cè)量范圍353500KPA。壓縮空氣總管壓力較高，所以采用ST3000900壓力變送器的STG960型號(hào)，測(cè)量范圍是07140MPA。333流量計(jì)的選擇在日程生產(chǎn)中，測(cè)量流量的方法一般分為三類速度式、容積式和質(zhì)量式。速度式流量計(jì)包括差壓式和轉(zhuǎn)子流量計(jì)等，它是通過測(cè)量管道內(nèi)流體的速度，從而間接測(cè)出流量的。容積式流量計(jì)包括橢圓齒輪、活塞式流量計(jì)等，這種流量計(jì)的原理和生活中利用量杯計(jì)量體積的原理類似?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，通過容積積分的方法，直接測(cè)量出該流體的體積。質(zhì)量式流量計(jì)是現(xiàn)在工藝現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)最成熟的儀表，品種豐富，有直接式和間接式兩種。本課題測(cè)的是氧化鋁流量，即流體的流量，現(xiàn)場(chǎng)常用的漩渦流量計(jì)，既可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸送、測(cè)量精度高，而且適合流體的測(cè)量，所以系統(tǒng)選用上海儀表的YFL00型QYXBM36999漩渦流量計(jì)。334物位儀表的選擇在化工生產(chǎn)中，物位儀表包括三種，即液位計(jì)，料位計(jì)和界面計(jì)。液位計(jì)就是測(cè)量液位的，料位計(jì)用來測(cè)量固體料位，界面計(jì)則是通過來測(cè)量不同密度的液體的分界面。目前，物位計(jì)的種類很多，分類方法也很多，可以選擇的儀表種類有80多種。經(jīng)過在成本，使用環(huán)境等方面考慮，本論文物位測(cè)量選取的是ML5004西門子超聲波雙點(diǎn)物位計(jì)7ML5004雙點(diǎn)物位計(jì)。該物位計(jì)是長(zhǎng)量程雙點(diǎn)變送器，可以適用于用于各種介質(zhì)的物位監(jiān)測(cè)。34通訊方式一個(gè)控制系統(tǒng)必然要和上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，這就涉及到通訊的方式。目前，工業(yè)上較為流行的是工業(yè)以太網(wǎng)通訊。隨著自動(dòng)化水平和現(xiàn)場(chǎng)控制的要求的提高，控制系統(tǒng)的好壞不僅取決于PLC的CPU，另外PLC所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也能很大的影響該控制系統(tǒng)的通行功能。本論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通信系統(tǒng)由工業(yè)以太網(wǎng)、485現(xiàn)場(chǎng)總線、PLC通信模塊構(gòu)成。工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)絡(luò)部件和PLC及PC的通訊模塊組成。以太網(wǎng)屬于局域網(wǎng)，專門針對(duì)計(jì)算機(jī)和其他相關(guān)設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)交換而設(shè)計(jì)。以太網(wǎng)最大寬帶為10MBPS至0100MBPS，完全能夠滿足眾多計(jì)算機(jī)、控制器以及其它設(shè)備的遠(yuǎn)距離通訊。同時(shí)，以太網(wǎng)還為企業(yè)信息系統(tǒng)提供了訪問車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的通道。通過以太網(wǎng)，用戶可以最大程度的實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。458的現(xiàn)場(chǎng)總線作為常用的現(xiàn)場(chǎng)總線，能夠?qū)κ录o苛刻要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，例如程序的上傳、下載，對(duì)等信息傳輸。現(xiàn)場(chǎng)采用458現(xiàn)場(chǎng)總線、管理層為用工業(yè)以太網(wǎng)，這樣的系統(tǒng)可以完成在極其惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)下完全安全可靠的工作，可以24小時(shí)不停歇的工作，從而可以確保系統(tǒng)可以連續(xù)采集現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，及時(shí)的處理傳入系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)。35下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)上位機(jī)部分為有PC工業(yè)計(jì)算機(jī)、操作員工作站。下位機(jī)部分采用S7200系列構(gòu)成。下面簡(jiǎn)單介紹下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如下圖32所示PC工業(yè)計(jì)算機(jī)操作員工作站N1，N2限位開關(guān)空氣提升機(jī)限位開關(guān)以太網(wǎng)CPU電源通訊接口存儲(chǔ)器DI1DI2AI1AI2DO1DO2擴(kuò)展槽模塊鐘罩閥限位開關(guān)閥36限位開關(guān)V2V10限位開關(guān)以及其它閥門的限位開關(guān)空氣提升機(jī)平衡料位上層倉(cāng)料位下層倉(cāng)料位電解槽料位壓力罐料位壓縮空氣壓力壓力罐內(nèi)壓力繼電器繼電器繼電器除塵器電機(jī)除塵器排灰風(fēng)機(jī)電機(jī)除塵器排料閥空氣提升機(jī)電機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)離心風(fēng)機(jī)電機(jī)離心風(fēng)機(jī)出口閥壓力繼電器運(yùn)行指示燈、報(bào)警振動(dòng)篩電機(jī)以及閥門壓縮空氣泵以及閥門電磁閥、氣動(dòng)閥以及其它通道的各閥門圖32下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)41組態(tài)軟件411組態(tài)軟件概述隨著自動(dòng)化控制在工藝生產(chǎn)中扮演越來越重要的角色，加上目前計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和它的廣泛使用，人們開始把這兩者聯(lián)系到一起。由于很多現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)備的更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的控制軟件已經(jīng)滿足不了更加更為嚴(yán)苛的工藝要求。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的工業(yè)控制軟件在運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)故障或者被控對(duì)象有所變動(dòng)，就需要修改源程序，但是因?yàn)榫幊淘O(shè)計(jì)人員的工作變動(dòng)，只能讓新人修改程序。編過程的都知道，如果修改別人的源程序，那是非常困難的一件事情。所以人們開始把計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制聯(lián)系到一起，就出現(xiàn)了目前通用的工業(yè)組態(tài)軟件。它的出現(xiàn)給解決自動(dòng)化設(shè)備更新?lián)Q代帶來的問題提供了一種嶄新的方法，它可以完美的解決傳統(tǒng)工業(yè)控制脫節(jié)的問題。工廠可以依據(jù)該系統(tǒng)控制要求自行任意組態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制過程。組態(tài)部分。組態(tài)軟件翻譯來自英文SCADA，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制的意思，所有也叫做組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。組態(tài)軟件是在某個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)采集和控制的專用軟件。通過靈活的使用組態(tài)方式，可以為系統(tǒng)提供便捷的檢測(cè)控制，一般電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)等需要構(gòu)成建設(shè)控制的領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，組態(tài)軟件沒有一個(gè)明確的定義，大概的意思是組態(tài)式的監(jiān)控軟件，它的核心內(nèi)容就是通過計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理。目前國(guó)內(nèi)外有很多品種，國(guó)際品牌包括CITECH、GENESIS64、WINCC，國(guó)內(nèi)品牌有世紀(jì)星、華富開物、組態(tài)王等?？紤]到性能和價(jià)錢，該論文的組態(tài)部分選用力控監(jiān)控組態(tài)軟件，原因如下品牌知名度，在許多項(xiàng)目中，往往是國(guó)外組態(tài)軟件的替代品，而且只要是接觸過組態(tài)軟件，基本上都知道力控組態(tài)軟件；辦事處多，本地化服務(wù)能力強(qiáng)；驅(qū)動(dòng)豐富而且一般都比較可靠；性價(jià)比高?？梢娏毓I(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件完全能夠完成本次設(shè)計(jì)的。412監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)監(jiān)控中心基本包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程控制、參數(shù)設(shè)置和報(bào)警功能等。下面簡(jiǎn)單畫出監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)圖，如圖41所示監(jiān)控中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析遠(yuǎn)程控制參數(shù)設(shè)置報(bào)警功能41監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)圖42系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)421控制系統(tǒng)的程序框圖本控制系統(tǒng)的程序框圖如圖42所示初始化主程序子程序除塵器系統(tǒng)卸料倉(cāng)到上層料倉(cāng)輸送控制系統(tǒng)壓縮空氣控制系統(tǒng)上層料倉(cāng)到下層料倉(cāng)輸送控制系統(tǒng)振動(dòng)篩控制系統(tǒng)壓力罐控制系統(tǒng)濃相管控制系統(tǒng)報(bào)警控制系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)系統(tǒng)圖42整個(gè)氧化鋁輸送控制系統(tǒng)的程序框圖422控制系統(tǒng)的流程圖流程圖和程序框圖是軟件設(shè)計(jì)的重要部分，是編程本系統(tǒng)是編出梯形圖的重要依據(jù)。1當(dāng)1區(qū)電解槽有打料請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)從主程序轉(zhuǎn)向1區(qū)打料子程序，并運(yùn)行子程序。本系統(tǒng)中一區(qū)打料對(duì)應(yīng)的壓力罐是PV4壓力罐，與起協(xié)調(diào)的壓力罐是PV3壓力罐，若一區(qū)打料結(jié)束，便返回主程序。其他七個(gè)區(qū)的打料過程和一區(qū)打料相同，只是對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)不同而已，下面以一區(qū)打料為例畫出流程圖。電解槽一區(qū)打料流程圖如圖43所示系統(tǒng)初始狀態(tài)所有閥門均為常態(tài)1區(qū)電解槽沒有高料位信號(hào)選擇1或2離心風(fēng)機(jī)選擇PV4壓力罐關(guān)閉閥V9、V7延時(shí)10秒打開閥V8返回主程序運(yùn)行PV4壓力罐程序停止打料程序打料結(jié)束，返回主程序選擇PV3壓力罐報(bào)警1區(qū)高料位信號(hào)V9、V7關(guān)到位V8開到位1區(qū)高料位信號(hào)與PV4壓力罐程序類似YNNYNYNY圖431區(qū)打料流程圖2當(dāng)上層料倉(cāng)里的氧化鋁為低料位或系統(tǒng)剛開始啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)開始運(yùn)行袋卸庫(kù)到上層料倉(cāng)的加料程序，系統(tǒng)中所有就地箱選擇集中控制，在運(yùn)行加料程序時(shí)可以選擇1或2離心風(fēng)機(jī)，氧化鋁粉料通過溜槽在離心風(fēng)機(jī)提供的氣源下進(jìn)入空氣提升機(jī)，然后空氣提升機(jī)在羅茨風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下將原料送入緩沖倉(cāng)。加料流程圖如圖44所示系統(tǒng)初始狀態(tài)上層料倉(cāng)無高料位信號(hào)選擇1或2離心風(fēng)機(jī)倉(cāng)頂除塵系統(tǒng)運(yùn)行羅茨風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行離心風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行N1開到位正常加料過程N(yùn)1關(guān)到位離心風(fēng)機(jī)正常停車羅茨風(fēng)機(jī)正常停車除塵系統(tǒng)正常停車回到初始化狀態(tài)流程啟動(dòng)按鈕有命令啟動(dòng)倉(cāng)頂收塵系統(tǒng)倉(cāng)頂除塵不論是否正常運(yùn)行啟動(dòng)羅茨風(fēng)機(jī)啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)打開離心風(fēng)機(jī)出口閥N1上層料倉(cāng)有高料位信號(hào)關(guān)閉離心風(fēng)機(jī)出口閥N1關(guān)離心風(fēng)機(jī)關(guān)羅茨風(fēng)機(jī)停倉(cāng)頂除塵系統(tǒng)本次加料程序結(jié)束報(bào)警報(bào)警并停系統(tǒng)NNNNNOYYYYY圖44加料流程圖3當(dāng)上層料倉(cāng)加料結(jié)束或者下層料倉(cāng)低料位信號(hào)到時(shí)，系統(tǒng)開始運(yùn)行從上層料倉(cāng)到下層料倉(cāng)的加料程序，其程序流程圖如圖45所示系統(tǒng)初始狀態(tài)下層倉(cāng)無高料位信號(hào)選擇1或2離心風(fēng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)除塵器排灰風(fēng)機(jī)啟動(dòng)壓縮空氣泵壓力檢測(cè)值05MPA打開V11、V12V11、V12開到位打開上層倉(cāng)出口閥出口閥開到位延時(shí)20S下層倉(cāng)高料位信號(hào)上層倉(cāng)低料位信號(hào)關(guān)閉上層倉(cāng)出口閥出口閥關(guān)到位出口閥關(guān)到位V11、V12關(guān)到位關(guān)除塵器排灰風(fēng)機(jī)關(guān)排風(fēng)機(jī)出口閥關(guān)閉壓縮空氣泵關(guān)閉V11、V12本次加料結(jié)束報(bào)警報(bào)警YYYYYYYYNNNNNNNNNNN圖45上層倉(cāng)到下層倉(cāng)的輸送流程圖結(jié)論在自動(dòng)化技術(shù)高度發(fā)展的今天，如何整合全球的資源，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，為我所用，是我們所面臨的一個(gè)問題。本文研究的內(nèi)容是在氧化鋁濃相輸送的過程中，采取S7200系列PLC控制，通過上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，比較成功的解決了電解鋁過程中對(duì)氧化鋁粉末輸送的自動(dòng)控制問題。總結(jié)如下（1）回顧了PLC的發(fā)展歷程