電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)摘要在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害煙氣，彌漫在電解車間內(nèi)部的電解煙氣使勞動(dòng)條件惡化，影響生產(chǎn)工人的身體健康。電解煙氣擴(kuò)散到廠區(qū)周圍，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成經(jīng)常性污染。因此，必須對(duì)電解煙氣進(jìn)行治理，這樣既可保護(hù)環(huán)境，又可回收氟化鹽和Al2O3，降低生產(chǎn)成本。本文設(shè)計(jì)了以S7-300系列PLC為控制器的煙氣凈化控制系統(tǒng)。本著環(huán)保節(jié)能的思路，該系統(tǒng)按工藝流程，針對(duì)布袋除塵器出入口壓差、煙氣出口壓力、新鮮和載氟氧化鋁料位的檢測(cè)與控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減少煙氣對(duì)大氣環(huán)境的污染，提高回收效益，改善鋁電解生產(chǎn)車間的工作環(huán)境。關(guān)鍵詞：電解鋁；煙氣凈化；PLC控制內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）ElectrolyticcontrolfluegaspurificationsystemAbstractAlargeamountofharmfulgaswillemitInelectrolyticaluminumproductionprocess.thefluegaswhichfilledintheelectrolysiselectrolysisworkshopdeterioratetheworkingconditions,affectthehealthofproductionworkers.Electrolysisgasspreadtothesurroundingofplant,thepollutionoftheatmosphericenvironmentwascausedbyrecurrent.Therefore,itisnecessarytocarryouttreatmentofelectrolyticgas,sothatitcanprotecttheenvironment,butalsorecyclablefluoridesaltandAl2O3,lowerproductioncosts.

Inthispaper,wedesignacontrolsystemoffluegaspurification,whichusesaS7-300seriesPLCasthecontroller.Basedontheideaofenvironmentalprotectionandenergysaving,accordingtoprocessofthesystem,forthebagfilterpressure,outletpressureandfreshgascontainingaluminumfluoridelevelofdetectiontocontrolanddesign,inordertoreducethefluegasoftheatmosphericpollutionoftheenvironmentandimprovetherecoveryefficiency,toimprovethetheworkenvironmentoftheelectrolyticproduction.Keywords:aluminum;fluegaspurification;PLCcontrol內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）目錄摘要 IAbstract II第一章引言 11.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 11.1.1課題來(lái)源 11.1.2研究的目的和意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 21.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 3第二章電解鋁煙氣凈化系統(tǒng) 62.1電解鋁生產(chǎn)的工藝特點(diǎn) 62.2凈化工藝流程 72.3凈化系統(tǒng)組成 92.3.1文丘里反應(yīng)器 92.3.2脈沖袋式除塵器 92.3.3氣力提升機(jī) 102.3.4風(fēng)動(dòng)溜槽 112.4凈化控制技術(shù)綜述 112.4.1自動(dòng)控制方式選擇 112.4.2凈化方式選擇 15第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 173.1系統(tǒng)控制原理及目標(biāo) 173.1.1控制原理 173.1.2控制目標(biāo) 193.2壓力檢測(cè) 193.3物位檢測(cè) 203.4溫度檢測(cè) 21第四章硬件設(shè)計(jì) 234.1PLC選型 234.1.1SIMATICS7—300PLC簡(jiǎn)介 234.1.2S7—300的組成部件 244.2模塊選擇 254.2.1CPU模塊 254.2.2數(shù)字量輸入模塊 264.2.3模擬量輸入模塊 264.2.4數(shù)字量輸出模塊 274.2.5電源模塊 274.2.6通信模塊 284.3執(zhí)行器 294.3.1執(zhí)行器簡(jiǎn)介 294.3.2執(zhí)行器選型 29第五章軟件設(shè)計(jì) 315.1STEP7論述 315.1.1STEP7簡(jiǎn)介 315.1.2STEP7的功能 325.2PLC的I/O地址分配 335.3系統(tǒng)程序流程圖 345.4軟件編程 405.4.1項(xiàng)目創(chuàng)建 405.4.2硬件組態(tài) 415.4.3定義符號(hào)表 425.4.4編程界面 43結(jié)束語(yǔ) 44參考文獻(xiàn) 45附錄 47致謝 64內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）引言本章首先從課題來(lái)源、研究目的以及研究意義等三方面闡明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景，然后對(duì)國(guó)內(nèi)外煙氣凈化控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景近十幾年來(lái)，我國(guó)的鋁冶煉工業(yè)迅速發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)做出了重要貢獻(xiàn)。但在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量有害煙氣，這種氣體嚴(yán)重危害人類的健康，破壞生態(tài)環(huán)境。由于受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)大產(chǎn)量和降低能耗方面的研究成果較多，環(huán)保領(lǐng)域的研究工作尚待深入進(jìn)行。目前，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到各國(guó)的關(guān)注，環(huán)境控制是鋁電解生產(chǎn)中必須解決的問(wèn)題。本文以電解鋁煙氣凈化控制為研究?jī)?nèi)容，通過(guò)建立煙氣凈化控制系統(tǒng)，解決鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)低污染甚至無(wú)污染的生產(chǎn)。課題來(lái)源本課題“電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)”，其控制對(duì)象是電解鋁煙氣干法凈化系統(tǒng)。目的是減少煙氣對(duì)大氣環(huán)境的污染，提高回收效益，改善電解鋁生產(chǎn)車間的工作環(huán)境。研究的目的和意義環(huán)境的持續(xù)惡化，正逐步制約著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活的不斷提高，環(huán)境保護(hù)的迫切性在逐漸增強(qiáng)。伴隨鋁電解產(chǎn)生的煙氣含有大量的粉塵和有毒有害氣體。粉塵如：氧化鋁、炭粒和冰晶石等；氣體如：氟化氫（HF）及陽(yáng)極效應(yīng)生成的CF4與C2F6等。這些氣體，彌漫在電解車間，惡化勞動(dòng)生產(chǎn)條件，嚴(yán)重影響生產(chǎn)工人的身體健康；若不經(jīng)過(guò)凈化處理排放到大氣中，則會(huì)造成氣候變暖，特別是CF4/C2F6使全球變暖趨勢(shì)，分別是CO2的6500/9200倍，嚴(yán)重地影響我們的生存環(huán)境。對(duì)于固體懸浮物的回收與廢氣的處理，不同的電解鋁廠所用的凈化系統(tǒng)一般不同。有些工廠只是單純地回收了有用的固體懸浮物，對(duì)產(chǎn)生的氣體卻無(wú)法處理?；赑LC控制（可編程序控制）的煙氣凈化自動(dòng)控制系統(tǒng)若電解煙氣不經(jīng)收集凈化而直接排放，將會(huì)對(duì)大氣環(huán)境和周邊土壤造成經(jīng)常性污染，因此必須對(duì)電解煙氣進(jìn)行治理并回收氟化鹽和氧化鋁。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于計(jì)算機(jī)、變頻器和傳感器等技術(shù)在凈化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，美國(guó)、加拿大以及德國(guó)等幾個(gè)少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的凈化控制水平較高，其中美國(guó)處在國(guó)際領(lǐng)先水平。我國(guó)的鋁冶煉工業(yè)在近幾十年迅猛發(fā)展，但對(duì)凈化控制技術(shù)的研究卻相對(duì)滯后。下面將對(duì)國(guó)內(nèi)外的鋁電解煙氣凈化控制研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。國(guó)外研究現(xiàn)狀自60年代計(jì)算機(jī)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域后，美國(guó)、加拿大、德國(guó)等產(chǎn)鋁大國(guó)，紛紛將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到鋁冶煉過(guò)程中，使鋁冶煉企業(yè)從設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)到指標(biāo)優(yōu)化等方面逐步取得了進(jìn)展，特別是從二十世紀(jì)八十年代開始更是發(fā)展迅速。然而，鋁電解煙氣凈化問(wèn)題的研究還是相對(duì)滯后，如大型風(fēng)機(jī)采取直接啟動(dòng)，風(fēng)量無(wú)法調(diào)節(jié)。近幾年，迫于強(qiáng)大的環(huán)境政策的壓力，發(fā)達(dá)國(guó)家鋁冶煉企業(yè)向兩個(gè)方向發(fā)展，一方面是提高煙氣凈化的控制技術(shù)和能力；另一方面，采取關(guān)閉本國(guó)的鋁冶煉企業(yè)，將其技術(shù)設(shè)備輸送給一些發(fā)展中國(guó)家，將污染轉(zhuǎn)移，他們?cè)購(gòu)倪@些國(guó)家進(jìn)口半成品，因此，對(duì)鋁電解煙氣凈化控制方面的研究受到制約。以下就鋁電解煙氣凈化問(wèn)題對(duì)國(guó)際上幾個(gè)知名鋁廠進(jìn)行介紹。(1)瑞典格拉吉斯(Granges)鋁廠該廠目前有預(yù)焙和上插自焙兩種電解槽，共有兩個(gè)電解鋁生產(chǎn)系列，一系列擁有預(yù)焙陽(yáng)極電解槽56臺(tái)，二系列擁有上插棒自焙陽(yáng)極電解槽262臺(tái)。預(yù)焙槽與自焙槽煙氣由管道引出各自廠房外，再匯入統(tǒng)一管道混合，進(jìn)入干法煙氣凈化裝置。該系統(tǒng)中，在袋式除塵器前加有干式電除塵器，以預(yù)先除去粉塵和冷凝焦油，這樣使干法凈化回收的載氟氧化鋁不含碳，其他雜質(zhì)含量也很低。該凈化控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度比較先進(jìn)，采用上位機(jī)對(duì)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，能及時(shí)反映各工藝部位的工作運(yùn)行情況，但對(duì)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控比較落后，有些設(shè)備得靠人工巡視。(2)美鋁波特蘭(Portland)鋁廠波特蘭電解鋁廠共有2個(gè)電解鋁生產(chǎn)系列，4個(gè)電解車間，每個(gè)車間擁有102臺(tái)電解槽，共有408臺(tái)電解槽。預(yù)焙槽煙氣由管道引出各自廠房外，再匯入統(tǒng)一管道混合，進(jìn)入干法煙氣凈化裝置，最終尾氣用海水噴淋，中和其中的SO2，效果良好。該凈化控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度在國(guó)際上領(lǐng)先，采用上位機(jī)對(duì)各運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控，能及時(shí)反映各工藝部位的工作運(yùn)行情況和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，且能通過(guò)監(jiān)控室實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的調(diào)整。(3)美國(guó)波音電解鋁有限公司波音鋁電解1、2系列240臺(tái)220KA電解槽，產(chǎn)量為29.4萬(wàn)噸/年。3系列為336KA四端進(jìn)電電解槽120臺(tái)。全廠共504臺(tái)電解槽，產(chǎn)量為50萬(wàn)噸。波音鋁廠電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣由管道輸送至煙氣處理裝置中，該廠有六套干法吸收處理裝置。在處理工藝中，將新鮮氧化鋁加入煙氣流中進(jìn)行吸附反應(yīng)，氟凈化效率最高可達(dá)99%，載氟氧化鋁返回電解槽使用，凈化煙氣排入大氣。該公司進(jìn)行電解生產(chǎn)的三條生產(chǎn)線達(dá)到了世界上最好的排放標(biāo)準(zhǔn)。該凈化控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平在國(guó)際上領(lǐng)先，采用上位機(jī)對(duì)各運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控，能及時(shí)的反映各工藝部位的工作運(yùn)行情況和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，且能通過(guò)監(jiān)控室實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)調(diào)整。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀最近幾年來(lái)，在國(guó)家加大環(huán)境治理力度、提倡綠色生產(chǎn)的環(huán)境下，國(guó)內(nèi)鋁電解煙氣凈化控制方面的總體狀況得到了很大的改善。前幾年的的狀況表現(xiàn)在：許多鋁冶煉企業(yè)只片面追求經(jīng)濟(jì)效益，根本就沒(méi)有煙氣凈化系統(tǒng)；即使已建立了凈化系統(tǒng)的企業(yè)，由于投入不足，存在不少問(wèn)題，歸納為如下幾點(diǎn)：(1)系統(tǒng)監(jiān)控水平簡(jiǎn)單，無(wú)法滿足系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的需要。(2)自動(dòng)化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代化企業(yè)應(yīng)具備的裝備水平，致使系統(tǒng)運(yùn)行效率低下。大量的巡視檢查工作仍依賴人工完成，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力成本難以降低。另外，所有系統(tǒng)運(yùn)行的工藝參數(shù)以及設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)完全依靠人工記錄，可靠度不高。(3)反吹風(fēng)氣缸的電氣控制線路故障頻繁，成為制約系統(tǒng)運(yùn)行效率提高的突出問(wèn)題。除塵器入口閥門為手動(dòng)操作開關(guān)，使除塵器的檢查處理極不便利，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)除塵器的單體關(guān)閉反吹處理。并且，除塵器反吹風(fēng)氣缸的工作狀況沒(méi)有檢測(cè)機(jī)構(gòu)，對(duì)反吹風(fēng)氣缸的檢查處理需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間。(4)現(xiàn)有的低壓配電系統(tǒng)容量不足，需進(jìn)行擴(kuò)容改造。(5)現(xiàn)有系統(tǒng)的凈化指標(biāo)達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)企業(yè)進(jìn)行電解系列擴(kuò)容改造后，沒(méi)有對(duì)凈化系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。近年來(lái)，各大小鋁廠加強(qiáng)了煙氣凈化改造力度，并表現(xiàn)出不俗的效果。以下就以國(guó)內(nèi)幾家鋁廠為例，對(duì)國(guó)內(nèi)的鋁電解煙氣凈化控制現(xiàn)狀進(jìn)行分析。(1)中鋁青海分公司中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司青海分公司是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)電解鋁20萬(wàn)噸，碳素陽(yáng)極塊12.6萬(wàn)噸，建設(shè)總投資23億元，分兩次建設(shè)。一期電解廠260臺(tái)160KA電解槽，建有兩套具有八十年代技術(shù)水平的電解煙氣干法凈化系統(tǒng)，該凈化系統(tǒng)87年投入運(yùn)行；二期電解廠260臺(tái)160KA電解槽同樣建了兩套干法凈化系統(tǒng)，該凈化系統(tǒng)1993年投入運(yùn)行。2000年11月，中國(guó)鋁業(yè)公司整體收購(gòu)青海海星鋁業(yè)有限責(zé)任公司，并入青海分公司，編為第三電解廠，形成年產(chǎn)25.5萬(wàn)噸電解鋁生產(chǎn)能力。第三電解廠108臺(tái)200KA電解槽建有一套干法凈化系統(tǒng)。(2)焦作萬(wàn)方鋁業(yè)股份有限公司焦作萬(wàn)方鋁業(yè)股份有限公司280KA鋁電解產(chǎn)業(yè)化示范工程是國(guó)家重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，1997年12月31日電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)要合理、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)，必須先了解電解鋁生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，掌握煙氣凈化的工藝流程和凈化控制的基本要求。電解鋁生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)用電解的方法可以實(shí)現(xiàn)許多物質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)。鋁電解是迄今規(guī)模最大的熔鹽電解工業(yè)。實(shí)現(xiàn)鋁電解的電化學(xué)裝置稱為電解槽，它是由外部供給電能在電解質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的裝置。鋁電解生產(chǎn)工藝技術(shù)條件主要有：系列電流強(qiáng)度、槽電壓、電解槽溫度、極距、電解質(zhì)組成、電解質(zhì)水平、鋁液水平、槽底壓降以及陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)等。上述技術(shù)條件都是相互影響、相互關(guān)聯(lián)的?？偟膩?lái)說(shuō)，在一定時(shí)期內(nèi)應(yīng)盡可能保持相對(duì)穩(wěn)定。目前，高效能大型預(yù)焙鋁電解槽的發(fā)展十分迅速。90年代，國(guó)際上大型預(yù)焙鋁電解槽電流效率為93%～95%，直流電耗為13200～13400kwh/t—Al的電解系列愈來(lái)愈多。在槽型確定的情況下，鋁電解工藝技術(shù)條件就成為電解技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的決定性因素。鋁電解槽實(shí)現(xiàn)氧化鋁點(diǎn)式下料和濃度控制技術(shù)后，需要一套與此相適應(yīng)的鋁電解工藝技術(shù)條件，實(shí)現(xiàn)大幅度提高電流效率、降低電耗的目的。自80年代以來(lái)，國(guó)際上最先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都是在所謂“四低一高”(即低分子比、低氧化鋁濃度、低電解質(zhì)溫度、低陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)、高極距或稱高工作電壓)的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)的?！八牡鸵桓摺惫に嚰夹g(shù)條件的提出，是建立在以“高電流效率求得低電耗”的指導(dǎo)思想基礎(chǔ)上的，它徹底改變了國(guó)內(nèi)鋁電解傳統(tǒng)的“以低槽電壓求得低電耗”的工藝技術(shù)條件。在“四低一高”工藝技術(shù)條件的控制中，低氧化鋁濃度和低電解質(zhì)溫度的控制為其核心與關(guān)鍵。近幾年，我國(guó)大型預(yù)焙鋁電解槽鋁廠都試圖采用此工藝技術(shù)條件。凈化工藝流程鋁電解生產(chǎn)行業(yè)各種類型電解槽的煙氣治理一般采用干法凈化技術(shù)，其主要技術(shù)內(nèi)容是：利用鋁電解的生產(chǎn)原料氧化鋁粉的表面積大、吸附能力強(qiáng)的特性來(lái)吸附煙氣中的HF和瀝青煙。其吸附過(guò)程有化學(xué)吸附和物理吸附，HF的化學(xué)吸附式為：Al203+6HF—2AlF3+3H20HF的吸附效率可達(dá)98%～99%，瀝青煙的吸附效率在95%以上。載有氟和瀝青煙的氧化鋁由布袋除塵器分離后供電解使用?；厥盏姆祷仉娊獠劭裳a(bǔ)充電解生產(chǎn)過(guò)程中損失的氟元素，瀝青焦油返槽后可逐步被燒掉。鋁電解車間產(chǎn)生的煙氣收集、治理和排放工藝流程如圖2.1所示：圖2.1煙氣干法凈化工藝流程圖干法凈化流程主要包括電解槽集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機(jī)械排風(fēng)等五個(gè)部分。(1)電解槽集氣 電解槽散發(fā)的煙氣呈無(wú)組織擴(kuò)散狀態(tài)，為了有效地控制污染，必須對(duì)電解槽進(jìn)行密封。收集的煙氣通過(guò)電解槽的排煙支管匯到電解廠房外的排煙總管，然后送往凈化系統(tǒng)集中處理。(2)吸附反應(yīng)將吸附劑新鮮氧化鋁粉加入到電解煙氣中，并使之與煙氣充分接觸而吸附煙氣中的氟化氫(HF)，然后送到布袋除塵器袋濾室。(3)氣固分離吸附后的氧化鋁為載氟氧化鋁,載氟氧化鋁與煙氣的分離是由布袋除塵器來(lái)完成的。分離下來(lái)的載氟氧化鋁，一部分作為循環(huán)氧化鋁繼續(xù)參與吸附反應(yīng)，另一部分由氧化鋁輸送系統(tǒng)送入載氟氧化鋁料倉(cāng)，供電解使用。(4)氧化鋁輸送新鮮氧化鋁定量地由新鮮氧化鋁料倉(cāng)排出，經(jīng)輸送風(fēng)動(dòng)溜槽給入到文丘里反應(yīng)器中。吸附后的載氟氧化鋁由除塵器的沸騰床的溢流口，經(jīng)輸送風(fēng)動(dòng)溜槽及垂直輸送氣力提升機(jī)輸送到載氟氧化鋁料倉(cāng)，供電解使用。(5)機(jī)械排風(fēng)排風(fēng)是整個(gè)凈化系統(tǒng)的主動(dòng)力源。凈化系統(tǒng)的煙氣輸送、氧化鋁輸送、除塵器等均在負(fù)壓狀態(tài)下操作，不向外界排放污染物。機(jī)械排風(fēng)的設(shè)備為羅茨引風(fēng)機(jī)。電解槽產(chǎn)生的煙氣經(jīng)密閉集氣罩收集，通過(guò)直徑300mm的支煙管進(jìn)入水平排煙總管到地下煙道，煙氣在地下煙道與來(lái)自氧化鋁儲(chǔ)槽下部圓盤給料機(jī)的新鮮氧化鋁接觸混合，經(jīng)文丘里反應(yīng)器進(jìn)行吸附反應(yīng)后，送到布袋除塵器袋濾室過(guò)濾。吸附后的載氟氧化鋁由除塵器的沸騰床的溢流口，一部分經(jīng)輸送風(fēng)動(dòng)溜槽及垂直輸送氣力提升機(jī)輸送到載氟氧化鋁料倉(cāng)，供電解使用，另一部分作為循環(huán)氧化鋁繼續(xù)參與吸附反應(yīng)。凈化后的煙氣由排煙機(jī)抽送到煙囪，排入到大氣。凈化系統(tǒng)組成本次設(shè)計(jì)采用干法凈化，所用主要設(shè)備有文丘里反應(yīng)器、脈沖袋式除塵器、風(fēng)動(dòng)溜槽、氣力提升機(jī)以及引風(fēng)機(jī)等。文丘里反應(yīng)器文丘里反應(yīng)器是從法國(guó)引進(jìn)翻版改進(jìn)的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備。其工作原理和特點(diǎn)是煙氣向上通過(guò)文丘里反應(yīng)器的喉口時(shí)，流速突然增大，形成湍流。在此加入氧化鋁，氧化鋁與煙氣由于湍流而充分混合，進(jìn)行充分反應(yīng)，煙氣自下而上穿過(guò)這層段面與A2lO3接觸。A2lO3連續(xù)地加入，煙氣連續(xù)地流過(guò)，為煙氣和A2lO3提供了均勻接觸的機(jī)會(huì)，完成A2lO3對(duì)HF的吸附過(guò)程。喉口上方形成的湍流使A2lO3能充滿整個(gè)管道斷面，克服了管道稀相反應(yīng)器布料不均的缺點(diǎn)，縮短了所需的管道長(zhǎng)度，提高了凈化效率。這種反應(yīng)器制造成本低廉，反應(yīng)效率高，阻力損失較小，達(dá)到了節(jié)能的目的。脈沖袋式除塵器袋式除塵器也稱為過(guò)濾除塵器，它是利用纖維編織物制作的袋式過(guò)濾元件來(lái)捕集含塵氣體中固體顆粒物的除塵裝置。袋式除塵器按其清灰方式不同可分為振動(dòng)式、逆氣流反吹風(fēng)式、脈沖式、聲波式及其復(fù)合式等幾種類型，其中脈沖清灰袋式除塵器由于其脈沖噴吹強(qiáng)度和頻率可以控制，清灰效果好，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的除塵裝置。脈沖清灰袋式除塵器的結(jié)構(gòu)如圖所示：圖2.2除塵器含塵氣體從袋式除塵器進(jìn)口引入后，通過(guò)煙氣分配裝置均勻進(jìn)入濾袋，在此過(guò)程中粉塵即被濾袋的外側(cè)所阻擋，經(jīng)過(guò)凈化處理的氣體從出口排出，當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷增加達(dá)到一定厚度，導(dǎo)致設(shè)備阻力上升到設(shè)定值時(shí)，微壓差控制器有信號(hào)輸出?？刂苾x便發(fā)出信號(hào)，使噴吹系統(tǒng)工作，電磁脈沖閥打開，此時(shí)壓縮空氣從氣包順序經(jīng)脈沖閥和噴吹管上的噴咀向?yàn)V袋內(nèi)噴射。在濾袋膨脹產(chǎn)生的加速度和反向氣流的作用下。附于袋外的粉塵脫離濾袋落入灰斗，然后由回轉(zhuǎn)排灰閥將粉塵排出。除塵器內(nèi)的濾袋分為若干組，每組濾袋的噴射時(shí)間只需0.2～0.5s左右，一組噴射完畢經(jīng)過(guò)15～30s左右的時(shí)間間隔后，接著對(duì)下一組進(jìn)行噴射，全部濾袋噴射完畢至下一周期的時(shí)間則根據(jù)濾袋數(shù)量和積灰情況決定。氣力提升機(jī)我國(guó)90年代以前，氧化鋁提升多采用壓縮空氣稀相提升。過(guò)去國(guó)內(nèi)載氟氧化鋁提升多采用斗式提升機(jī)，這種設(shè)備投資大，運(yùn)行維修工作量大且困難，密封性能差，跑、漏氧化鋁嚴(yán)重。氣力提升機(jī)節(jié)能顯著，可做到連續(xù)進(jìn)料和排料，輸送高度15～50m。采用羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)無(wú)機(jī)械運(yùn)行部件，整個(gè)系統(tǒng)是密封的。設(shè)備占地面積小，運(yùn)行可靠。氣力提升機(jī)是一種低壓吹送的垂直提升氣吸式輸送設(shè)備，可用作粉狀物料的運(yùn)輸機(jī)械。其工作原理是：靠真空來(lái)吸取物料。即當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)工作后，整個(gè)系統(tǒng)被抽成一定的真空度，在壓力差的作用下，大氣中的空氣流從物料堆的間隙通過(guò)，把物料吸入吸嘴，并沿輸料管進(jìn)入分離器中，在分離器中物料和空氣被分離，物料直接從底部卸出，空氣進(jìn)入除塵器，凈化以后的空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)排入大氣。氣力提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、操作維修方便可靠，用于提升高度大于45m以上較為經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)是電耗大，提升高度越低耗電越大。風(fēng)動(dòng)溜槽風(fēng)動(dòng)溜槽可在任何距離間散裝地輸送干燥松散易流態(tài)化的粉狀物質(zhì)，輸送能力可達(dá)1500m3/h。粒度大、水分多、流態(tài)化性能差的物料不宜選用。該輸送裝置分為下充氣層、中透氣層和上輸料層，由風(fēng)機(jī)給與低壓小容量的空氣，由充氣層內(nèi)透過(guò)透氣層，使物料流態(tài)化，從而實(shí)現(xiàn)物料的移動(dòng)。該裝置能耗小、無(wú)噪音、無(wú)污染、少維修，且輸送能力大、輕便、不占用有效空間、布線靈活、容易改變輸送方向。風(fēng)動(dòng)溜槽只能在一定角度下向下輸送，不能向上輸送。風(fēng)動(dòng)溜槽的斜度，在工藝布置允許的條件下，采用較大的斜度對(duì)輸送有利。其斜度一般為4～6%，輸送粗料時(shí)，斜度不小于10%。新鮮氧化鋁從貯倉(cāng)輸送到反應(yīng)器，返回的載氟氧化鋁輸送到氣力提升機(jī)，凈化控制技術(shù)綜述電解鋁生產(chǎn)是一個(gè)污染較嚴(yán)重的生產(chǎn)工藝。我國(guó)一直重視鋁電解槽煙氣凈化的開發(fā)研究，特別是近20年來(lái)引進(jìn)了國(guó)外鋁電解煙氣凈化先進(jìn)技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。自動(dòng)控制方式選擇DCS與PLC都是應(yīng)用于自控領(lǐng)域的控制系統(tǒng)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性、可操作性的要求越來(lái)越高。PLC與DCS無(wú)疑是目前自動(dòng)控制系統(tǒng)中最為流行的兩大工具?；贒CS、PLC的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)DCS(DistributedControlSystem)，又稱為集中分散型控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱分散控制系統(tǒng)。DCS是以微處理器為核心，實(shí)現(xiàn)地理和功能上相對(duì)分散的控制系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起來(lái),進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作。它具有事故分析、性能計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、各種報(bào)表生成、打印等功能,目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到非常廣泛的應(yīng)用。在DCS系統(tǒng)中，測(cè)量變送、執(zhí)行器一般由模擬儀表來(lái)完成，它們與控制室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)共同構(gòu)成控制系統(tǒng)，是模擬和數(shù)字混合系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜規(guī)律的控制?？删幊炭刂破?PLC)自動(dòng)控制裝置，是一種嵌入式的工控機(jī)，它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能。既能進(jìn)行開關(guān)量控制，又能進(jìn)行模擬量控制，還具有通信功能。在單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化、多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和整個(gè)工廠的生產(chǎn)過(guò)程中，PLC發(fā)揮著重要作用。(1)DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過(guò)程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)。過(guò)程級(jí)主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。操作級(jí)包括:操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)(MIS系統(tǒng))，作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用這一系統(tǒng)的行業(yè)較少。DCS的關(guān)鍵技術(shù)在于網(wǎng)絡(luò)，從上到下是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，中間站聯(lián)接計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表和控制裝置。PLC從結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式(模塊式)2種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC的關(guān)鍵技術(shù)在于其內(nèi)部固化了一個(gè)能解釋梯形圖語(yǔ)言的程序及輔助通訊程序，梯形圖語(yǔ)言的解釋程序的效率決定了PLC的性能，通訊程序決定了PLC與外界交換信息的難易。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用，通常以獨(dú)立控制器的方式運(yùn)作，不需與外界交換信息，只需內(nèi)部固化有能解釋梯形圖語(yǔ)言的程序即可。(2)在網(wǎng)絡(luò)方面，DCS網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，和利時(shí)公司的MACS系統(tǒng)中的系統(tǒng)網(wǎng)采用的是雙冗余的100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好。而PLC因?yàn)榛旧隙紴閭€(gè)體工作，在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不符。在網(wǎng)絡(luò)安全上，PLC沒(méi)有很好的保護(hù)措施。(3)DCS整體考慮方案。操作員站都具備工程師站的功能，站與站之間在運(yùn)行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系，任何站、任何功能、任何被控裝置之間都是相互連鎖控制，協(xié)調(diào)控制的。DCS可以控制和監(jiān)視工藝全過(guò)程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于自身的致命弱點(diǎn)，其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因此，它無(wú)法在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表(比如變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。當(dāng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線儀表時(shí)才能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行診斷和維護(hù)。原來(lái)單用PLC互相連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站(PLC與PLC)之間的聯(lián)系是一種松散的連接方式，做不出協(xié)調(diào)控制的功能?，F(xiàn)在的PLC可以采用共同的上位機(jī)，使用PLC網(wǎng)絡(luò)(如SIEMENS公司的SINEC-L1、SINEC-H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC-NET、MELSEC-NET/MINI等)來(lái)協(xié)調(diào)控制。(4)DCS在整個(gè)設(shè)計(jì)上留有大量的可擴(kuò)展性接口，外接系統(tǒng)或擴(kuò)展系統(tǒng)都十分方便，缺點(diǎn)是成本高，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作，大DCS系統(tǒng)是各家不同的。PLC所搭接的整個(gè)系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都很難實(shí)現(xiàn)的。(5)在安全性上，DCS系統(tǒng)為保證控制設(shè)備的安全可靠，采用了雙冗余的控制單元，當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無(wú)擾動(dòng)的切換為工作單元，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒(méi)有冗余的概念，更談不上冗余控制策略。特別是當(dāng)其某個(gè)PLC單元發(fā)生故障時(shí)，不得不將整個(gè)系統(tǒng)停下來(lái)，才能進(jìn)行更換、維護(hù)并需重新編程。所以DCS系統(tǒng)安全可靠性更高。(6)系統(tǒng)軟件，對(duì)各種工藝控制方案進(jìn)行更新是DCS的一項(xiàng)最基本的功能，當(dāng)某個(gè)方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過(guò)的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了。下裝過(guò)程是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，不影響原控制方案運(yùn)行。對(duì)于PLC構(gòu)成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，工作量極其龐大，首先需要確定所要編輯更新的是哪個(gè)PLC，然后要用與之對(duì)應(yīng)的編譯器進(jìn)行程序編譯，最后再用專用的機(jī)器(讀寫器)專門一對(duì)一的將程序傳送給這個(gè)PLC。在系統(tǒng)調(diào)試期間，調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)和調(diào)試成本高，而且極其不利于日后的維護(hù)，在控制精度上相差甚遠(yuǎn)。因此在大中型控制項(xiàng)目中(500點(diǎn)以上),基本不采用全部由PLC所連接而成的系統(tǒng)。(7)模塊DCS系統(tǒng)所有I/O模塊都帶有CPU，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集及輸出信號(hào)品質(zhì)的判斷與標(biāo)量變換，故障帶電插拔,隨機(jī)更換。而PLC模塊只是簡(jiǎn)單電氣轉(zhuǎn)換單元，沒(méi)有智能芯片，發(fā)生故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。①PLC響應(yīng)速度快；DCS響應(yīng)速度慢。②DCS要作復(fù)雜的運(yùn)算，內(nèi)存較大；PLC一般不做復(fù)雜運(yùn)算，內(nèi)存小。③DCS的數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一，可以應(yīng)用工位號(hào)管理；PLC的數(shù)據(jù)庫(kù)不統(tǒng)一，必須以地址為基礎(chǔ)管理。④冗余功能，DCS更容易實(shí)現(xiàn)。(8)DCS與PLC的系統(tǒng)內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)形式不同。因?yàn)镈CS的控制程序編譯以后的代碼是采用程序調(diào)用運(yùn)行的，而PLC的程序是采用編譯后對(duì)語(yǔ)句代碼的順序掃描實(shí)現(xiàn)的。這就是為什么PLC至今對(duì)模擬量的處理不如DCS功能強(qiáng)大，而DCS對(duì)開關(guān)量的處理不如PLC快速的原因。該設(shè)計(jì)采用基于PLC控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，PLC控制使其工作可靠，運(yùn)行速度快，組合靈活、有良好的兼容性、程序編制及生成簡(jiǎn)單、豐富、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)而且成本低。凈化方式選擇關(guān)于鋁電解煙氣凈化處理的工藝方法，國(guó)內(nèi)外大多采用干法凈化方式，即首先用新鮮的氧化鋁吸附煙氣中的有害物質(zhì)，然后經(jīng)過(guò)布袋過(guò)濾，最后將優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的煙氣排入大氣。鋁電解煙氣凈化工藝主要有濕法凈化和干法凈化回收兩種。(1)濕法凈化濕法凈化對(duì)于清除可溶性氣體具有很高的效率，對(duì)于清除顆粒物質(zhì)具有中等效率。洗滌塔的效率大約與煙氣—洗滌塔的接觸裝置所耗用能量的多少成正比。濕式洗滌塔通常與靜電收塵器聯(lián)合使用，濕法凈化有堿法，酸法和氨法等。但從凈化效果好，設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)方便及設(shè)備腐蝕低等方面考慮，濕法凈化以堿法為多。濕法凈化回收有多種方法，如先用清水洗滌、堿水洗滌、海水洗滌等，洗液再通過(guò)堿法、氨法和酸法流程加以回收制取冰晶石、氟化鈉、氟化鋁等。一般多用于制造冰晶石。雖然煙氣凈化最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法是用水洗滌，但由于水溶解氟化氫后變?yōu)闅浞?，容易腐蝕設(shè)備。從近十幾年的發(fā)展趨勢(shì)看，濕法凈化回收大部分已被干法凈化回收所取代。(2)干法凈化煙氣干法凈化技術(shù)適用于鋁電解生產(chǎn)行業(yè)各種類型電解槽的煙氣治理。干法凈化的基本原理是利用氧化鋁對(duì)氣態(tài)氟化物等具有較強(qiáng)吸附能力的特性，使電解煙氣與氧化鋁充分接觸，煙氣中的氟化氫氣體吸附在氧化鋁表面，然后進(jìn)行氣固分離，氟化氫得以凈化。氧化鋁與煙氣中的氟化氫接觸后，吸附反應(yīng)速度很快，幾乎是在0.1秒鐘完成。干法凈化回收的吸附效率主要取決于氧化鋁的物理性能和投入到煙氣中的數(shù)量。干法凈化也存在一些問(wèn)題，如：對(duì)二氧化碳和二氧化硫凈化效果差；吸氟后的氧化鋁飛揚(yáng)加大；氧化鋁在吸附過(guò)程中循環(huán)次數(shù)多，造成氧化鋁破碎率高，帶入Fe、Si雜質(zhì)增多；鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)增加動(dòng)力消耗。該設(shè)計(jì)采用干法凈化，易于控制、流程簡(jiǎn)單、環(huán)境好、操作容易，而且干法凈化回收過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染小、凈化效果好。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在電解鋁煙氣凈化的過(guò)程中，為了有效的進(jìn)行生產(chǎn)操作，就需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并與控制儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。系統(tǒng)控制原理及目標(biāo)根據(jù)工藝流程，在此主要是對(duì)除塵器出入口壓差、新鮮/載氟氧化鋁料位、排煙溫度以及煙氣出口壓力的控制原理進(jìn)行介紹，并且闡述了其控制目標(biāo)?？刂圃碓撛O(shè)計(jì)中的控制系統(tǒng)選擇單變量控制系統(tǒng)，被控對(duì)象是核心，被測(cè)信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，與給定值進(jìn)行比較，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，以輸出作為控制信號(hào)，經(jīng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)作用。其控制系統(tǒng)方框圖如圖3.1所示： 圖3.1單變量控制系統(tǒng)方框圖 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件用數(shù)字式儀表，采用現(xiàn)場(chǎng)總線作為一級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成控制系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)送到PLC進(jìn)行控制，以便使生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行。當(dāng)輸入端有輸入信號(hào)時(shí)，伺服放大器將輸入信號(hào)和反饋信號(hào)相比較，所得差值信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大后，驅(qū)使兩相伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在經(jīng)減速器減速，帶動(dòng)輸出軸改變轉(zhuǎn)角θ。使減速器輸出軸朝著減小這一偏差信號(hào)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，若差值為正，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，輸出軸轉(zhuǎn)角增大；若差值為負(fù)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，輸出軸轉(zhuǎn)角減小。直到位置反饋信號(hào)和輸入信號(hào)相等為止，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置上。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)框圖如圖3.2所示：圖3.2電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)中布袋除塵器的出入口壓差、載氟氧化鋁的物位控制、新鮮氧化鋁的物位控制、排煙機(jī)的溫度控制以及出口煙氣壓力的控制是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。該電解鋁凈化系統(tǒng)采用干法凈化工藝流程，其工作過(guò)程是：從電解槽出來(lái)的煙氣進(jìn)入文丘里反應(yīng)器，煙氣中的有害物質(zhì)與新鮮氧化鋁反應(yīng)后，煙氣經(jīng)過(guò)布袋除塵器，除掉煙氣中的固體載氟氧化鋁，得到符合排放標(biāo)準(zhǔn)的凈化煙氣，經(jīng)引風(fēng)機(jī)排放到大氣中。對(duì)布袋除塵器的控制需要測(cè)量的量有進(jìn)出布袋除塵器的前后差壓，當(dāng)出入口差壓達(dá)到上限值，開始進(jìn)行反吹清灰。出口煙氣有兩個(gè)量需要測(cè)量：分別為出口煙氣壓力和出口煙氣溫度。其中出口溫度不需要控制，但出口壓力需要控制，因?yàn)楫?dāng)內(nèi)外壓差太大時(shí)，布袋除塵器中的煙氣沒(méi)有被除掉，就會(huì)被直接吸出，影響凈化效果。為了保證煙氣凈化過(guò)程順暢進(jìn)行，當(dāng)壓力超出這個(gè)設(shè)定值時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)煙氣檔板開度，來(lái)調(diào)節(jié)壓力。本系統(tǒng)中載氟氧化鋁貯倉(cāng)料位和新鮮氧化鋁貯倉(cāng)料位的控制也相當(dāng)重要，系統(tǒng)中分別設(shè)定了上限報(bào)警和下限報(bào)警，當(dāng)測(cè)量值高于上限設(shè)定值的時(shí)候，上限報(bào)警指示燈亮，當(dāng)測(cè)量值低于下限設(shè)定值時(shí)下限報(bào)警指示燈亮。貯倉(cāng)料位控制的好壞直接影響到煙氣凈化的效果，因此是致關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)排煙機(jī)溫度高于130℃電解煙氣凈化控制的具體工作方式有三種，分別是壓差、手動(dòng)、定時(shí)工作方式。壓差工作方式是當(dāng)有害煙氣由布袋除塵器中間入口經(jīng)氣流分布板均勻進(jìn)入到過(guò)濾單元，煙氣中的氟化氫與氧化鋁發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)，反應(yīng)后的載氟氧化鋁隨煙氣經(jīng)濾袋過(guò)濾被阻留，濾袋進(jìn)出口壓力達(dá)到一定壓差后，由PLC按預(yù)先設(shè)定的控制程序進(jìn)行自動(dòng)反吹清灰操作。手動(dòng)工作方式是由操作人員根據(jù)有害煙氣經(jīng)過(guò)布袋除塵器的實(shí)際工作情況手動(dòng)控制反吹風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止，由PLC按預(yù)設(shè)程序進(jìn)行反吹清灰。定時(shí)工作方式是PLC按預(yù)設(shè)的定時(shí)控制子程序控制反吹風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止，進(jìn)行反吹清灰操作?？刂颇繕?biāo)電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的主要設(shè)備為除塵器，在該系統(tǒng)中有除塵器(十個(gè)袋濾室)，兩個(gè)排煙機(jī)、四個(gè)羅茨風(fēng)機(jī)和兩個(gè)反吹風(fēng)機(jī)。根據(jù)工藝流程的特點(diǎn)以及其存在的問(wèn)題，建立該控制系統(tǒng)，使其中各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)內(nèi)部的設(shè)備有序運(yùn)轉(zhuǎn)，整套系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，獲得最佳的凈化效果。具體有如下功能：(1)過(guò)程數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。 (2)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷各除塵器當(dāng)前的運(yùn)行情況。(3)袋式除塵器、反吹風(fēng)機(jī)、新鮮/載氟氧化鋁料位等主要工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示及異常報(bào)警。(4)按一定程序控制除塵器的“反吹清灰”過(guò)程。(5)自動(dòng)控制除塵器前后壓差，以確保除塵器正常運(yùn)行。壓力檢測(cè)壓力是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要參數(shù)之一。許多工藝過(guò)程只有在一定的壓力條件下進(jìn)行，才能取得預(yù)期的效果，壓力檢測(cè)也是安全生產(chǎn)所必須的，通過(guò)監(jiān)視壓力可以及時(shí)防止生產(chǎn)設(shè)備因過(guò)壓而引起的破壞或操作。壓力的檢測(cè)和控制是保證工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要環(huán)節(jié)。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)所選的壓力測(cè)量點(diǎn)如表3.1所示：表3.1電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)壓力測(cè)量點(diǎn)列表序號(hào)采樣信號(hào)名稱性質(zhì)傳感器范圍1除塵器出入口壓差模擬量電容式差壓變送器0～6KPa2煙氣出口壓力1模擬量壓電式傳感器0～4KPa3煙氣出口壓力2模擬量壓電式傳感器0～4KPa4壓縮空氣罐出口壓力模擬量壓電式傳感器0～2KPa物位檢測(cè)物位測(cè)量在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中具有重要的地位。隨著現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)大和集中管理，特別是計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行以后，物位的測(cè)量和遠(yuǎn)傳顯得更為重要。通過(guò)物位的測(cè)量，可以正確獲知容器設(shè)備中所儲(chǔ)物質(zhì)的體積或質(zhì)量，監(jiān)視或控制容器內(nèi)的介質(zhì)物位，使它保持在工藝要求的高度，或?qū)λ纳稀⑾孪尬恢眠M(jìn)行報(bào)警，以及根據(jù)物位來(lái)連續(xù)監(jiān)視或控制容器中流入與流出物料的平衡。所以對(duì)物料測(cè)量的相對(duì)值要求非常準(zhǔn)確，要能迅速正確反映某一特定水準(zhǔn)面上的物料相對(duì)變化，用以連續(xù)控制生產(chǎn)工藝過(guò)程。物位測(cè)量與生產(chǎn)安全的關(guān)系十分密切。該設(shè)計(jì)中采用的是電容式物位傳感器。其測(cè)量原理是：在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也有所不同。因此，可通過(guò)測(cè)量電容量的變化來(lái)檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。圖3.1是由兩個(gè)同軸圓柱極板1，2組成的電容器，在兩圓筒間充以介電系數(shù)為的介質(zhì)時(shí)，則兩圓筒間的電容量表達(dá)式為：C＝(3-1)式中，L—兩極板相互遮蓋部分的長(zhǎng)度；d，D—分別為圓筒形電容器內(nèi)電極的外徑和外電極的內(nèi)徑；—中間介質(zhì)的介電常數(shù)。所以，當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極扳的長(zhǎng)度L和介質(zhì)的介電常數(shù)的乘積成比例。這樣將電容傳感器(探頭)插入被測(cè)物料中，電極浸入物料中的深度隨物位高低變化，必然引起其電容量的變化，從而可檢測(cè)出物位。圖3.1電容器的組成1—內(nèi)電極；2—外電極溫度檢測(cè)溫度是工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最基本的工藝參數(shù)之一，任何化學(xué)反應(yīng)或物理變化的進(jìn)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度的測(cè)量與控制是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的重要任務(wù)。在電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)中，電解槽出口煙氣溫度在80～100℃之間，所以可以直接進(jìn)入文丘里反應(yīng)器與氧化鋁進(jìn)行反應(yīng)。系統(tǒng)中反吹風(fēng)機(jī)和噴吹風(fēng)機(jī)都需要進(jìn)行溫度控制，當(dāng)反吹風(fēng)機(jī)溫度高于100℃的時(shí)候，自動(dòng)跳閘。用同樣的方式將噴吹風(fēng)機(jī)的溫度控制在110℃該系統(tǒng)采用的是熱電阻測(cè)溫。熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y(cè)量出被測(cè)溫度。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即=[1+(t-)]（3-2）式中，為溫度t時(shí)對(duì)應(yīng)的熱電阻；為（通常=0℃）時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值；為溫度系數(shù)。熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和溫度顯示儀表等組成，系統(tǒng)溫度測(cè)量點(diǎn)如下表3.2所示：表3.2電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)溫度測(cè)量點(diǎn)列表序號(hào)采樣信號(hào)名稱性質(zhì)熱電阻分度號(hào)范圍1管道煙氣溫度模擬量Cu10080℃～21#排煙機(jī)溫度模擬量Pt1000℃～32#排煙機(jī)溫度模擬量Pt1000℃～4反吹風(fēng)機(jī)溫度模擬量Cu1000℃～5噴吹風(fēng)機(jī)溫度模擬量Cu1000℃～硬件設(shè)計(jì)本章是由控制要求所確定的PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要是對(duì)PLC選型以及I/O模塊、電源模塊、執(zhí)行器等的選型。PLC選型在滿足控制要求的前提下選型時(shí)應(yīng)選擇最佳的性能價(jià)格比，所選用的PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成績(jī)可靠的系統(tǒng)，PLC的硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。對(duì)于以開關(guān)量為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器（對(duì)溫度控制系統(tǒng)可選用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊）和驅(qū)動(dòng)裝置，并且選擇運(yùn)算功能較強(qiáng)的中小型PLC，根據(jù)如上要求，本控制系統(tǒng)選用西門子公司的S7—300系列PLC。SIMATICS7—300PLC簡(jiǎn)介目前生產(chǎn)PLC的著名廠家有德國(guó)西門子公司（SIEMENS），美國(guó)ROCKWELL公司所屬的A-B(ALLEN&BRADLY)公司，法國(guó)施奈德公司(SCHNEIDERELECTRIC)，日本的三菱電機(jī)(MITSUBISHIELECTRIC)和歐姆龍（OMRON）等。SIEMENS的PLC以其極高的性能和價(jià)格比，在我國(guó)占有很大的市場(chǎng)份額。SIEMENS的PLC產(chǎn)品有SIMATICS7，M7和C7等幾大系列。SIMATICS7—300系列PLC已經(jīng)得到的國(guó)內(nèi)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證有：DIN認(rèn)證，UL認(rèn)證，CSA認(rèn)證，F(xiàn)M1級(jí)1區(qū)：A、B、C、D組，溫度組T4，船級(jí)認(rèn)證等。SIMATICS7—300是一種通用型模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。其模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。模塊化、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點(diǎn)，使得S7—300在工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)施各種控制任務(wù)時(shí)，成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。S7—300的組成部件SIMATCS7—300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖：圖4.1S7—300系列PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖(1)處理單元（CPU）各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有PROFIBUS—DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒（有的CPU沒(méi)有）。(2)電源模塊（PS）電源模塊用于將SIMATICS7—300連接到120/230V交流電源或24/48/60/110V直流電源。它與CPU模塊和其它信號(hào)模塊之間通過(guò)電纜連接，而不是通過(guò)背板總線連接。(3)信號(hào)模塊（SM）信號(hào)模塊是數(shù)字量輸入輸出模塊和模擬量模塊的總稱，他們是不同的過(guò)程信號(hào)電壓或PLC電流與內(nèi)部的信號(hào)電平匹配。信號(hào)模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、DC4～20mA和0～10V等多種不同類型和不同量程的模擬信號(hào)。每個(gè)模塊上有一個(gè)背板總線連接器，現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程信號(hào)連接到前連接器的端子上。(4)功能模塊（FM）功能模塊主要用于實(shí)時(shí)性強(qiáng)、存儲(chǔ)計(jì)數(shù)量較大的過(guò)程信號(hào)處理任務(wù)。例如計(jì)數(shù)器模塊、快給進(jìn)/慢給進(jìn)驅(qū)動(dòng)定位模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。(5)通信處理器（CP）通信處理器用于PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入PROFUBUS—DP、AS—I和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。通信處理器可以減輕CPU處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對(duì)通信的編程工作。(6)接口模塊（IM）接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。S7—300通過(guò)分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，可以操作多達(dá)32個(gè)模塊。(7)導(dǎo)軌（RACK）導(dǎo)軌是安裝S7—300各種模塊的機(jī)架，它是特制不銹鋼異型板，其長(zhǎng)度有160、482、530、830、2000(mm)五種，可根據(jù)實(shí)際需要選擇。模塊選擇CPU模塊該設(shè)計(jì)中選用CPU315—2DP。S7—300的CPU模塊（簡(jiǎn)稱CPU）集成了過(guò)程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個(gè)CPU都有一個(gè)編程用的RS—485接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS—DP接口或PTP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）串行通信接口，S7—300不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個(gè)MPI(多點(diǎn)接口)網(wǎng)絡(luò)，如果有PROFIBUS—DP接口，可以建立一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)。CPU315—2DP是帶現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）SINECL2—DP接口的CPU模塊，它具有中到大容量程序存儲(chǔ)器和PROFIBUS—DP主/從接口的CPU，用于包括分布式及集中式I/O的任務(wù)中。CPU315—2DP具有48KB/64KB,內(nèi)置80/96KB的裝載存儲(chǔ)器（RAM），可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量為512KB，指令執(zhí)行速度為300ns/二進(jìn)制指令，最大可擴(kuò)展1024/2048點(diǎn)數(shù)字量或128/256個(gè)模擬量通道。數(shù)字量輸入模塊該設(shè)計(jì)中選用數(shù)字量輸入模塊SM321。數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程送來(lái)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7—300內(nèi)部信號(hào)電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入元件，僅要求提供開關(guān)觸點(diǎn)即可。輸入信號(hào)進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過(guò)光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。模擬量輸入模塊該設(shè)計(jì)中選用模擬量輸入模塊SM331。模擬量輸入模塊是將設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)變化的物理量，轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC可以處理的數(shù)字信息。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)中的模擬量也是多種多樣的，類型和參數(shù)大小都不同，因此這種模塊一般需要備有預(yù)處理模塊，使之變成輸入模塊適合處理的參數(shù)。S7—300模擬量輸入模塊的輸入測(cè)量范圍很寬，它可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)。一般情況下，一塊模擬量輸入模塊可分時(shí)輸入多個(gè)信號(hào)，因此模塊內(nèi)有多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，將選中的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器輸出或鎖存，待CPU讀取。SM331主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、隔離部件、邏輯電路等組成。A/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，積分時(shí)間直接影響到A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和A/D轉(zhuǎn)換的精度。被測(cè)模擬量的精度是所設(shè)定的積分時(shí)間的正函數(shù)，也即積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。數(shù)字量輸出模塊該設(shè)計(jì)中選用數(shù)字量輸出模塊SM322。數(shù)字量輸出模塊SM322用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小功率電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等負(fù)載。數(shù)字量輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為控制過(guò)程所需的外部信號(hào)電平，同時(shí)有隔離和放大的作用。按負(fù)載回路使用的電源不同，它可分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。按輸出開關(guān)器件的種類不同，它又可分為晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點(diǎn)方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應(yīng)速度上看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性角度來(lái)看，以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳。電源模塊PS307是西門子公司為S7—300專配的24VDC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外（有2A、5A、10A三種），其工作原理和各種參數(shù)都相同。在S7—300PLC系統(tǒng)中，確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊，所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。電源模塊為PS307(2A)，輸入電壓120V～230V,輸出電壓24VDC,輸出電流2A，功耗10W,電源模塊向總線提供電流1.2A。經(jīng)計(jì)算可知，信號(hào)模塊從S7—300背板總線吸取的總電流小于1.2A，各模塊從24V電源吸取的總電流小于2A，且電源留有一定裕量，所以該設(shè)計(jì)中電源模塊選PS3072A。PS307可安裝在S7—300的專用導(dǎo)軌上，除了給S7—300CPU供電外，也可給I/O模塊提供負(fù)載電源。通信模塊S7—300有廣泛的應(yīng)用范圍，不同的應(yīng)用要求PLC具有不同程度的通信能力。用MPI接口可構(gòu)成低成本的MPI網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上各S7PLC間的數(shù)據(jù)共享。采用專用的通信處理器模塊可組成不同層次的網(wǎng)絡(luò),與S5/S7PLC、外部設(shè)備或其它廠家的PLC進(jìn)行通信。這些通信處理模塊都是智能化的，它們能在很大程度上減小CPU模塊的通信負(fù)擔(dān)。(1)MPI接口S7—300系列PLC模塊內(nèi)置有MPI接口，MPI網(wǎng)在內(nèi)置的S7協(xié)議的支持下工作，在S7系統(tǒng)內(nèi)對(duì)編程器、CPU和I/O等進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。MPI接口的用途之一是把各種具有MPI的設(shè)備連接起來(lái)組成MPI網(wǎng)。能接入MPI網(wǎng)的設(shè)備是PG(編程器)、OP(操作面板)、S7—300PLC或其它具有MPI的設(shè)備。MPI接口的用途之二是以全局?jǐn)?shù)據(jù)通信方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上CPU間的少量數(shù)據(jù)交換。(2)S7—300通信處理器模塊S7—300系列PLC有多種用途的通信處理器模塊，如CP340、CP342—5DP、CP343—FMS等，其中既有為裝置進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行通信設(shè)計(jì)的模塊，也有為PLC上網(wǎng)到西門子的低速現(xiàn)場(chǎng)總線SINECL2和高速SINECH1網(wǎng)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口模塊。該設(shè)計(jì)中采用的通信處理器模塊是MPI接口。執(zhí)行器執(zhí)行器在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中起著十分重要作用。人們常把它稱為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的“手足”。因?yàn)樗谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中接受調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，自動(dòng)地改變操作變量，達(dá)到對(duì)被調(diào)參數(shù)（如溫度、壓力、液位等）進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。使生產(chǎn)過(guò)程按項(xiàng)定要求正常進(jìn)行。執(zhí)行器簡(jiǎn)介執(zhí)行器根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的工作能源不同可分為三大類：氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器。氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器。它的主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出推力大、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便、價(jià)格便宜、本質(zhì)安全防爆等。它不僅能與氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表配套使用，還可通過(guò)電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器與電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配套使用。因此，廣泛用于化工、石油、冶金、電力等工業(yè)部門。在目前的實(shí)際應(yīng)用中氣動(dòng)執(zhí)行器的使用數(shù)量約為90％。電動(dòng)執(zhí)行器是以電為能源的執(zhí)行器。它的主要特點(diǎn)：能源取用方便，信號(hào)傳輸速度快，傳送距離遠(yuǎn)；便于集中控制；停電時(shí)執(zhí)行器保持原位不動(dòng)，不影響主設(shè)備的安全；靈敏度和精度較高；與電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表配合方便，安裝接線簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、推力小、價(jià)格貴，平均故障率高于氣動(dòng)執(zhí)行器。適用于防爆要求不高及缺乏氣源和使用數(shù)量不太多的場(chǎng)合。液動(dòng)執(zhí)行器很少用。執(zhí)行器選型執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的終端控制元件之一，其選型的正確與否對(duì)系統(tǒng)的工作好壞關(guān)系很大。執(zhí)行器選型中一般應(yīng)考慮以下方面：(1)根據(jù)工藝條件，選擇合適的執(zhí)行器結(jié)構(gòu)型式和材質(zhì)。(2)根據(jù)工藝對(duì)象的特點(diǎn)，選擇合適的流量特性。(3)根據(jù)工藝變量，計(jì)算出流量系數(shù)，選擇合理的閥門口徑。(4)根據(jù)工藝過(guò)程要求，選擇合適的輔助裝置。該設(shè)計(jì)中選用電磁閥，電磁閥是用來(lái)控制流體的方向的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，通常用于機(jī)械控制和工業(yè)閥門上面，對(duì)介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)閥門開關(guān)的控制。電磁閥選型首先應(yīng)該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟(jì)性四大原則，其次是根據(jù)六個(gè)方面的現(xiàn)場(chǎng)工況（即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動(dòng)作方式、特殊要求進(jìn)行選擇）。電磁閥用于液體和氣體管路的開關(guān)控制，是兩位DO控制。一般用于小型管道的控制且斷電可以復(fù)位。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：外漏堵絕，內(nèi)漏易控，使用安全；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；動(dòng)作快捷，功率微小，外形輕巧。軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件是應(yīng)用德國(guó)SEIMENSS7—300PLC梯形圖語(yǔ)言編制，從功能上分為啟動(dòng)程序，定時(shí)/壓差控制反吹風(fēng)程序，新鮮/載氟氧化鋁料位控制及報(bào)警程序、出口煙氣壓力控制及報(bào)警程序，方便地實(shí)現(xiàn)了工序的順序操作以確保除塵器正常運(yùn)行。STEP7論述STEP7簡(jiǎn)介該模塊化系統(tǒng)的軟件是在STEP7環(huán)境下完成。STEP7是西門子公司為SIMATICS7系列PLC提供的，支持用戶開發(fā)應(yīng)用程序的軟件包。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。有下列版本的STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包：用于SIMATICS7-200上簡(jiǎn)單單站應(yīng)用的STEP7Micro/DOS和STEP7Micro/WIN；用于使用帶有各種功能的SIMATICS7-300/S7-400、SIMATICM7-300/M7-400和SIMATICC7的STEP7：(1)可通過(guò)選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展(2)為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù)(3)強(qiáng)制和多處理器模式(4)全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊(5)使用通訊功能塊的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送(6)組態(tài)連接STEP7的應(yīng)用程序有：SIMATIC管理器，符號(hào)編輯器，診斷硬件，編程語(yǔ)言。實(shí)現(xiàn)的功能包括對(duì)硬件和通訊作組態(tài)和參數(shù)賦值,管理符號(hào),創(chuàng)建程序，例如為S7可編程控制器創(chuàng)建程序,下載程序到可編程控制器,測(cè)試自動(dòng)化系統(tǒng),診斷設(shè)備故障。STEP7的功能SETP7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)配置、通信組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。SETP7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開或選中某一對(duì)象，按F1鍵可以得到該對(duì)象的在線幫助。標(biāo)準(zhǔn)軟件包的功能使用如下:(1)建立和管理項(xiàng)目(2)對(duì)硬件和通訊作組態(tài)和參數(shù)賦值(3)管理符號(hào)(4)創(chuàng)建程序，例如為S7可編程控制器創(chuàng)建程序(5)下載程序到可編程控制器(6)測(cè)試自動(dòng)化系統(tǒng)(7)診斷設(shè)備故障編程功能如下:1.編程語(yǔ)言STEP7的標(biāo)準(zhǔn)版只配置了3種基本的編程語(yǔ)言：梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）和語(yǔ)句表（STL），有鼠標(biāo)拖放、復(fù)制和粘貼功能。語(yǔ)句表是一種文本編程語(yǔ)言，使用戶能節(jié)省輸入時(shí)間和存儲(chǔ)區(qū)域，并且更接近硬件。用戶可以按增量方式輸入，立即檢查每一個(gè)輸入的正確性；或者先在文本編輯器上用字符生成整個(gè)程序的源文件，然后將它編譯成為軟件塊。STEP7專業(yè)版的編程語(yǔ)言包括S7-SCL（結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言）；S7-GRAPH（順序功能圖語(yǔ)言）；S7Hi-Graph和CFC。這4種標(biāo)準(zhǔn)版是可選的。2.符號(hào)編輯器STEP7用符號(hào)表編輯器工具管理所有的全局變量；用于定義符號(hào)名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。使用這一工具生成的符號(hào)表可供所有應(yīng)用程序使用，所有工具自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)參數(shù)的變化。3.增強(qiáng)的測(cè)試和服務(wù)功能測(cè)試和服務(wù)功能包括設(shè)置斷點(diǎn)、強(qiáng)制輸入和輸出、多CPU運(yùn)行、重新布線、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時(shí)檢測(cè)幾個(gè)塊的狀態(tài)。4.STEP7的幫助功能（1）在線幫助功能（2）從幫助菜單獲得幫助PLC的I/O地址分配表5.1輸入地址分配數(shù)字量輸入信號(hào)名稱地址輸入信號(hào)名稱地址啟動(dòng)按鈕I0.0停止按鈕I0.1定時(shí)方式按鈕I0.2壓差方式按鈕Q0.3模擬量除塵器出口壓力1#煙氣出口壓力除塵器入口壓力2#煙氣出口壓力新鮮氧化鋁料位1#排煙機(jī)溫度載氟氧化鋁料位2#排煙機(jī)溫度反吹風(fēng)機(jī)溫度噴吹風(fēng)機(jī)溫度表5.2輸出地址分配序號(hào)輸出信號(hào)名稱地址序號(hào)輸出信號(hào)名稱地址1啟動(dòng)信號(hào)指示燈Q0.01停止信號(hào)指示燈Q0.12定時(shí)方式指示燈Q0.22壓差方式指示燈Q0.33新鮮氧化鋁1#進(jìn)料閥Q0.43新鮮氧化鋁2#進(jìn)料閥Q0.54載氟氧化鋁1#出料閥Q0.64載氟氧化鋁2#出料閥Q0.751#煙氣擋板開25%Q1.051#煙氣擋板開50%Q1.161#煙氣擋板開75%Q1.261#煙氣擋板開100%Q1.372#煙氣擋板開25%Q1.472#煙氣擋板開50%Q1.582#煙氣擋板開75%Q2.282#煙氣擋板開100%Q2.39新鮮氧化鋁下限警燈Q1.69新鮮氧化鋁上限警燈Q1.710載氟氧化鋁下限警燈Q2.010載氟氧化鋁上限警燈Q2.111袋濾室1#電磁閥Q5.011袋濾室2#電磁閥Q5.112袋濾室3#電磁閥Q5.212袋濾室4#電磁閥Q5.313袋濾室5#電磁閥Q5.413袋濾室6#電磁閥Q5.514袋濾室7#電磁閥Q5.614袋濾室8#電磁閥Q5.715袋濾室9#電磁閥Q6.015袋濾室10#電磁閥Q6.1系統(tǒng)程序流程圖煙氣凈化系統(tǒng)主程序流程圖如圖5.1所示:圖5.1主程序流程圖袋濾室反吹風(fēng)控制是整個(gè)煙氣凈化流程中至關(guān)重要的一環(huán)。在布袋除塵過(guò)程中，灰塵會(huì)堵塞布袋孔，因此要求定時(shí)反吹風(fēng)或者按一定要求反吹風(fēng)。如果反吹風(fēng)失敗，煙氣將無(wú)法排放，從而影響鋁生產(chǎn)車間的煙氣收集，進(jìn)而影響工作條件，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)停止，帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。反吹風(fēng)控制有三種方式：定時(shí)、壓差和手動(dòng)反吹。系統(tǒng)采用定時(shí)反吹工作方式，優(yōu)點(diǎn)就是電路所需元件少，程序簡(jiǎn)單，系統(tǒng)工作可靠；缺點(diǎn)就是電磁閥頻繁啟動(dòng)，減少使用壽命。壓差工作方式正好與之相反。定時(shí)控制方式是開環(huán)控制系統(tǒng)，壓差控制方式是閉環(huán)控制系統(tǒng)。壓差控制子程序流程圖通過(guò)壓差檢測(cè)控制系統(tǒng)，把除塵器出口與入口壓差作為是否進(jìn)行反吹清灰的控制信號(hào)。當(dāng)壓差大于設(shè)定值時(shí)，表明布袋被堵塞，需反吹清灰，這時(shí)控制系統(tǒng)啟動(dòng)電磁閥，10個(gè)袋濾室按一定順序依次進(jìn)行反吹清灰。如圖5.2所示：圖5.2除塵器壓差控制程序流程圖2．定時(shí)控制子程序流程圖定時(shí)控制方式是以一定的時(shí)間周期進(jìn)行循環(huán)反吹。在選定定時(shí)方式之后，打開所有除塵器同一位置的閥門全部開、關(guān)一遍后，再移向下一個(gè)閥，直至除塵器的所有電磁閥全部開、關(guān)一遍。圖5.3定時(shí)控制子程序流程圖3．新鮮氧化鋁料位控制子程序流程圖新鮮氧化鋁料倉(cāng)為進(jìn)料系統(tǒng)，新鮮氧化鋁的料倉(cāng)是為反應(yīng)器提供新鮮氧化鋁的，1#電磁閥和2#電磁閥都對(duì)進(jìn)料進(jìn)行控制。當(dāng)倉(cāng)內(nèi)氧化鋁料位處于正常狀態(tài)時(shí)，只打開1#電磁閥，當(dāng)儲(chǔ)倉(cāng)料位高于上限時(shí)，關(guān)閉1#電磁閥與2#電磁閥，當(dāng)物位低于下限時(shí)將1#電磁閥與2#電磁閥都打開。如圖所示：圖5.4新鮮氧化鋁料位控制程序流程圖4.載氟氧化鋁料位控制子程序流程圖載氟氧化鋁料倉(cāng)為出料系統(tǒng)，在反應(yīng)器中跟一次煙氣反應(yīng)完的氧化鋁隨同凈化后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，經(jīng)過(guò)布袋除塵器的過(guò)濾一部分返回反應(yīng)器中再次循環(huán)使用，另一部分進(jìn)入載氟氧化鋁貯倉(cāng)，通過(guò)管道送至電解槽。當(dāng)倉(cāng)內(nèi)料位處于正常狀態(tài)時(shí)，只打開1#電磁閥，當(dāng)儲(chǔ)倉(cāng)的料位高于上限時(shí)，1#電磁閥與2#電磁閥都打開，當(dāng)料倉(cāng)物位低于下限時(shí)兩電磁閥都關(guān)閉。如圖所示：圖5.5載氟氧化鋁料位控制程序流程圖5.煙氣出口壓力控制子程序流程圖煙氣從除塵器出來(lái)在管道中會(huì)產(chǎn)生一定得壓力，為了保證煙氣凈化過(guò)程順暢進(jìn)行，不影響凈化效果。通過(guò)調(diào)節(jié)煙氣檔板開度，來(lái)調(diào)節(jié)煙氣出口壓力。當(dāng)煙氣出口壓力小于1KPa時(shí)，煙氣擋板開25%；當(dāng)煙氣出口壓力在1～2KPa時(shí)，煙氣擋板開50%；當(dāng)煙氣出口壓力在2～3KPa時(shí)，煙氣擋板開75%；當(dāng)煙氣出口壓力在3～4KPa時(shí)，煙氣擋板開100%；當(dāng)煙氣出口壓力大于4KPa時(shí)煙氣出口壓力高報(bào)警指示燈亮。圖5.6出口煙氣壓力控制程序流程圖軟件編程項(xiàng)目創(chuàng)建創(chuàng)建項(xiàng)目時(shí)，首先雙擊桌面的STEP7圖標(biāo)，進(jìn)入SIMATICManger（管理器）窗口，并彈出一個(gè)對(duì)話框進(jìn)行創(chuàng)建。完成時(shí)出現(xiàn)如圖所示界面：圖5.7管理器中項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)硬件組態(tài)該設(shè)計(jì)中使用的是S7-300系列的可編程控制器，所以點(diǎn)擊S7-300進(jìn)入選擇目錄，在本站的設(shè)計(jì)中使用的是CPU是315—2DP，這是一種緊湊型CPU自身集成了數(shù)字量和模擬量的輸入輸出模塊，如果需要更改模塊中默認(rèn)的參數(shù)設(shè)置，就雙擊模塊，再打開得對(duì)話框中設(shè)置模塊的參數(shù)。然后保存硬件設(shè)置，如下圖所示：圖5.8硬件組態(tài)定義符號(hào)表在硬件的設(shè)置完成后就要開始定義符號(hào)表為編程做準(zhǔn)備，在工作區(qū)的左側(cè)點(diǎn)擊S7-Program，然后再右側(cè)點(diǎn)擊Symbals圖標(biāo)進(jìn)入定義環(huán)節(jié)，結(jié)果如下圖：圖5.9符號(hào)表編程界面在該設(shè)計(jì)中所選擇的編程語(yǔ)言是梯形圖，在對(duì)話框中選擇LAD。然后點(diǎn)擊OK就會(huì)進(jìn)入編程界面，在上面一排工具欄中可以選擇常開觸點(diǎn)或是常閉觸點(diǎn)和輸出線圈，或者添加新的網(wǎng)絡(luò)。如要選用定時(shí)器指令，比較指令等可在左側(cè)工作區(qū)域來(lái)完成。編程界面如下圖所示：圖5.10編程界面結(jié)束語(yǔ)這次設(shè)計(jì)我選擇的題目是《電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)》，在此次設(shè)計(jì)中我參閱了大量的資料和文獻(xiàn)，受益匪淺。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我親身體驗(yàn)到了，要想有所作為就必須翻閱大量的資料并且要大量實(shí)踐，事情的起步總是感覺(jué)有點(diǎn)困難，但是在摸索中學(xué)習(xí)也是一件很快樂(lè)的事情。同時(shí)我也認(rèn)識(shí)到了PLC是很有發(fā)展前景的先進(jìn)技術(shù)，這三個(gè)多月的設(shè)計(jì)時(shí)間里使我我對(duì)PLC有更深一層的認(rèn)識(shí)。當(dāng)然，我學(xué)到的這一點(diǎn)東西還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需在今后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力。在楊老師的指導(dǎo)、監(jiān)督以及同學(xué)的幫助下，整個(gè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。這期間，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力、分析綜合能力和交流合作能力，而且也讓我深刻體會(huì)到實(shí)踐的重要性。雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)解決了許多遇到的問(wèn)題，但是還存在一些問(wèn)題沒(méi)能解決，對(duì)于未解決的問(wèn)題我會(huì)在以后的工作和學(xué)習(xí)中進(jìn)一步探索，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上將其繼續(xù)完善。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可能存在一些缺陷、遺漏以及不妥之處，敬請(qǐng)各位老師幫我指正。參考文獻(xiàn)1.王捷.電解鋁生產(chǎn)工藝與設(shè)備[M