吳薇

【摘要】本課題以某公司手工配制浸泡汽車尾氣過濾載體所需的稀土液為研究背景，設計了一套基于PLC的稀土液自動配置系統(tǒng)。系統(tǒng)中溫度的控制采用PID算法，該系統(tǒng)提高了該行業(yè)的生產(chǎn)自動化程度、生產(chǎn)效益和質(zhì)量，大大降低工人的勞動強度。

【關鍵詞】稀土液配制；PLC控制；PID算法

【中圖分類號】TP311 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0146-01

1、引言

汽車作為主要的交通工具，發(fā)揮著越來越大的作用。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，汽車數(shù)量增加很快，同時汽車的尾氣排放量也逐漸增多，嚴重威脅著人類的生命健康，汽車尾氣的凈化處理被提上日程。目前，國內(nèi)外主要采用蜂窩型汽車尾氣凈化器降低尾氣污染物的排放，凈化器的核心技術是涂覆在蜂窩陶瓷載體表面的催化劑，一般是由稀土復合貴金屬組成。綿陽市某公司對于汽車尾氣過濾載體所需要的浸液的配制仍是工人進行手工配制，隨著計算機技術的發(fā)展以及工業(yè)自動化水平的不斷提高，利用計算機技術對生產(chǎn)進行管理以及對生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，越來越受到人們的關注。本課題以此為研究背景，設計了一套基于PLC的稀土液自動配置系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的工藝流程進行了改造，結(jié)果表明，該設計系統(tǒng)極大地提高了工作效率，為公司創(chuàng)造了更大利益。

2、工藝流程和控制要求

稀土液的配制過程中要注意溫度、密度和液位的控制，本文著重講述溫度的控制。稀土液的制備工藝在配液箱、儲液箱中完成。綿陽市某公司對于汽車尾氣過濾載體所需要的浸液的配制過程是這樣的：在啟動配液裝置之前，工作人員需要按一定比例將原漿液配制好，配液完成后液位達標，再用攪拌棒進行手工攪拌，然后將配液箱中的液體用燃氣爐進行點火加熱到30%時測的密度為1.15～1.17g/cm3，若溫度、密度都達到指標，啟動輸送泵將配制好的液體輸送到儲液箱中，輸送時要保證儲液箱中液位不會高于最高液位。在此過程中，攪拌的速度是可調(diào)的，溫度和密度是根據(jù)工人的觀察和經(jīng)驗來判定的。對于載體的浸泡過程也是手工操作來完成，對于時間的控制就是由操作人員憑借經(jīng)驗來估計。

這樣不僅工人的勞動強度大，而且產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，還造成了資源浪費和環(huán)境污染。本課題對其配制方法及漿液的特性進行分析研究，提出用PLC控制技術實現(xiàn)稀土浸液的自動配制并對其參數(shù)進行實時在線檢測，優(yōu)化了稀土液配制過程。

3、稀土液配制自動控制系統(tǒng)的配置方案

根據(jù)車間實際情況完成的稀土液配置自動控制系統(tǒng)基本組成結(jié)構改造，系統(tǒng)由PLC控制箱，溫度傳感器、液位檢測器、密度檢測器等組成，如圖1所示。

4、稀土液自動配制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構

稀土液配制控制系統(tǒng)主要由配液控制臺和配制裝置組成，其中控制臺中含有工控機，PLC及其模擬量模塊，變頻器，開關電源組成，配制裝置中主要由繼電器、電磁閥、電加熱器、溫度、液位、密度變送器和配液箱體等組成，其系統(tǒng)組成如圖2所示。

5、系統(tǒng)軟件設計

在凈化催化劑的制備過程中，溫度控制是整個配制過程的關鍵，影響著凈化催化劑的催化性能。對于儲液箱的溫度控制，要求溫度最終保持在60℃恒溫保持。在現(xiàn)代工業(yè)控制中有許多控制算法，PID控制是常見的一種控制算法，由于其不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、算法簡單、參數(shù)易于整定、魯棒性好、可靠性高等特點，在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。PID調(diào)節(jié)器可以加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)整時間，從而可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。

（1）溫度PID算法的程序流程如圖3所示。

（2）PID算法的實現(xiàn)

PID控制器的關鍵是整定出PID的三個參數(shù)：比例系數(shù)、積分時間和微分時間，使PID的控制效果盡量最優(yōu)。對于儲液箱的溫度控制，使用STEP7軟件中的PID向?qū)蒔ID子程序等，然后編寫程序?qū)崿F(xiàn)溫度的控制，程序如圖4所示。

采用PID指令向?qū)蒔ID程序塊和中斷程序塊等，將圖4程序下載入PLC后，將S7-200PLC切換到RUN模式，打開PID調(diào)節(jié)控制面板，先選擇手動調(diào)節(jié)。手動調(diào)節(jié)主要是為了避免一開始就讓系統(tǒng)自整定，系統(tǒng)可能會整定失敗，所以先手動整定，使得每個參數(shù)幾乎接近系統(tǒng)自整定的參數(shù)值再選擇自動調(diào)節(jié)，這樣比較容易使系統(tǒng)整定成功。

最終溫度要求恒溫保持60%的整定曲線如圖5。

6、結(jié)束語

本文主要闡述了利用PLC技術對稀土液配置系統(tǒng)的自動化設計，主要利用PID算法對溫度進行控制，達到系統(tǒng)要求，該系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，稀土液的配置過程效率大大提高，并且產(chǎn)品質(zhì)量有了很大提升，效果顯著。