某公司稀土液自动配置系统设计

吴薇

【摘要】本课题以某公司手工配制浸泡汽车尾气过滤载体所需的稀土液为研究背景，设计了一套基于PLC的稀土液自动配置系统。系统中温度的控制采用PID算法，该系统提高了该行业的生产自动化程度、生产效益和质量，大大降低工人的劳动强度。

【关键词】稀土液配制；PLC控制；PID算法

【中图分类号】TP311 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0146-01

1、引言

汽车作为主要的交通工具，发挥着越来越大的作用。随着国民经济的发展，汽车数量增加很快，同时汽车的尾气排放量也逐渐增多，严重威胁着人类的生命健康，汽车尾气的净化处理被提上日程。目前，国内外主要采用蜂窝型汽车尾气净化器降低尾气污染物的排放，净化器的核心技术是涂覆在蜂窝陶瓷载体表面的催化剂，一般是由稀土复合贵金属组成。绵阳市某公司对于汽车尾气过滤载体所需要的浸液的配制仍是工人进行手工配制，随着计算机技术的发展以及工业自动化水平的不断提高，利用计算机技术对生产进行管理以及对生产过程实时数据采集和监控，越来越受到人们的关注。本课题以此为研究背景，设计了一套基于PLC的稀土液自动配置系统，对传统的工艺流程进行了改造，结果表明，该设计系统极大地提高了工作效率，为公司创造了更大利益。

2、工艺流程和控制要求

稀土液的配制过程中要注意温度、密度和液位的控制，本文着重讲述温度的控制。稀土液的制备工艺在配液箱、储液箱中完成。绵阳市某公司对于汽车尾气过滤载体所需要的浸液的配制过程是这样的：在启动配液装置之前，工作人员需要按一定比例将原浆液配制好，配液完成后液位达标，再用搅拌棒进行手工搅拌，然后将配液箱中的液体用燃气炉进行点火加热到30%时测的密度为1.15～1.17g/cm3，若温度、密度都达到指标，启动输送泵将配制好的液体输送到储液箱中，输送时要保证储液箱中液位不会高于最高液位。在此过程中，搅拌的速度是可调的，温度和密度是根据工人的观察和经验来判定的。对于载体的浸泡过程也是手工操作来完成，对于时间的控制就是由操作人员凭借经验来估计。

这样不仅工人的劳动强度大，而且产品的生产效率低和产品质量不稳定，还造成了资源浪费和环境污染。本课题对其配制方法及浆液的特性进行分析研究，提出用PLC控制技术实现稀土浸液的自动配制并对其参数进行实时在线检测，优化了稀土液配制过程。

3、稀土液配制自动控制系统的配置方案

根据车间实际情况完成的稀土液配置自动控制系统基本组成结构改造，系统由PLC控制箱，温度传感器、液位检测器、密度检测器等组成，如图1所示。

4、稀土液自动配制系统硬件组成结构

稀土液配制控制系统主要由配液控制台和配制装置组成，其中控制台中含有工控机，PLC及其模拟量模块，变频器，开关电源组成，配制装置中主要由继电器、电磁阀、电加热器、温度、液位、密度变送器和配液箱体等组成，其系统组成如图2所示。

5、系统软件设计

在净化催化剂的制备过程中，温度控制是整个配制过程的关键，影响着净化催化剂的催化性能。对于储液箱的温度控制，要求温度最终保持在60℃恒温保持。在现代工业控制中有许多控制算法，PID控制是常见的一种控制算法，由于其不需要求出控制系统的数学模型、算法简单、参数易于整定、鲁棒性好、可靠性高等特点，在工业控制系统中得到了广泛的应用。PID调节器可以加快系统的动作速度，减小调整时间，从而可以改善系统的动态性能。

（1）温度PID算法的程序流程如图3所示。

（2）PID算法的实现

PID控制器的关键是整定出PID的三个参数：比例系数、积分时间和微分时间，使PID的控制效果尽量最优。对于储液箱的温度控制，使用STEP7软件中的PID向导生成PID子程序等，然后编写程序实现温度的控制，程序如图4所示。

采用PID指令向导生成PID程序块和中断程序块等，将图4程序下载入PLC后，将S7-200PLC切换到RUN模式，打开PID调节控制面板，先选择手动调节。手动调节主要是为了避免一开始就让系统自整定，系统可能会整定失败，所以先手动整定，使得每个参数几乎接近系统自整定的参数值再选择自动调节，这样比较容易使系统整定成功。

最终温度要求恒温保持60%的整定曲线如图5。

6、结束语

本文主要阐述了利用PLC技术对稀土液配置系统的自动化设计，主要利用PID算法对温度进行控制，达到系统要求，该系统投入生产后，稀土液的配置过程效率大大提高，并且产品质量有了很大提升，效果显著。