【正文】 開關(guān)量輸出閥和溫度液位檢測(cè)傳感器，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感變送器大都采用 Modbus 通信協(xié)議。 在目前的工業(yè)控制領(lǐng)域 ,Modbus 通信協(xié)議作為一種開放高效的通信協(xié)議為眾多現(xiàn)場(chǎng)智能測(cè)量檢測(cè)設(shè)備廣泛應(yīng)用 ,因此 ,如何將這些 Modbus通信接口的智能設(shè)備簡(jiǎn)單有效地接入 PLC已經(jīng)成為各大 PLC 廠家必須考慮的 問題。要使 PLC與之通信必須要涉及到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)方面的知識(shí)。在這里我們采用 CP341串行通信 模塊 ，它是西門子 S7300/400專門用于進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信的模塊。西門子公司的 S7300系列中型 PLC以其卓越的性價(jià)比在工控領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 ,其提供的 CP341 通信處理模塊具備 1個(gè) RS422/ 485 接口 ,可實(shí)現(xiàn)與各種串口設(shè)備之間的智能通信。 廢潤(rùn)滑油處理國(guó)內(nèi)外相關(guān)大規(guī)模的處理技術(shù)已很成熟，但是由于潤(rùn)滑油的回收較為分散，回收范圍較小只局限與某一座城市周邊。因此對(duì)于小批量低成本的處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是未來的主流。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 原理簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低可以適應(yīng)較為分散的潤(rùn)滑油回收處理非常適合目前國(guó)內(nèi)潤(rùn)滑油使用情況的現(xiàn)狀。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 2 廢潤(rùn)滑油再生工藝 2． 1 廢潤(rùn)滑油處理 工 藝原理 工藝介紹及工藝流程圖 廢潤(rùn)滑油處理工藝如圖 所示 回收來的廢潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)首先經(jīng)由前置過濾器濾除金屬顆粒、灰塵等大顆粒雜質(zhì) (粒徑為 0． 2 mm 以上的雜質(zhì) )，再進(jìn)入真空分離器中進(jìn)行霧狀閃蒸脫水和破乳化作用，除去水分和氣體，再在精濾器中除去粒徑為 0． 05 1TLrn 以上的雜質(zhì)，最后由 油泵將再生油打出送入儲(chǔ)油罐等待進(jìn)行減壓蒸餾。 廢礦物潤(rùn)滑油進(jìn)入集油箱初步去除大雜質(zhì)后，進(jìn)入儲(chǔ)油罐初步分離水份，水分定期排入污水處理系統(tǒng)。然后泵入蒸餾釜加入相轉(zhuǎn)移催化劑進(jìn)行減壓蒸餾。在減壓蒸餾的過程中，根據(jù)廢礦物潤(rùn)滑油中油料的不同餾程溫度區(qū)分出基礎(chǔ)潤(rùn)滑油圖 21 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 和燃料油，然后進(jìn)入精制罐并加入脫色吸附劑去除雜質(zhì)，的到成品油存入油管。下圖 為工藝結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看到該廢油再生系統(tǒng)主要有五大部分組成：分別是預(yù)處理廢油儲(chǔ)罐，換熱器，鍋爐，分餾塔和成品油儲(chǔ)存系統(tǒng)組成。換熱器對(duì)待處理的廢潤(rùn)滑油進(jìn)行預(yù)熱同時(shí)對(duì)分餾出的油進(jìn)行冷 卻。鍋爐利用天然氣對(duì)廢 潤(rùn)滑油進(jìn)行加熱使其達(dá)到所需的汽化溫度。分餾塔則最終分離提純不同組份并由導(dǎo)油管送至儲(chǔ)罐。儲(chǔ)存罐作為暫存容器使生產(chǎn)得以連續(xù)進(jìn)行并最終通過出油閥送至油罐。 本工藝的產(chǎn)品回收率在 80％以上，產(chǎn)成品中基礎(chǔ)潤(rùn)滑油占 65％，輕質(zhì)燃料油約占 10％，重質(zhì)燃料油約占 10％。在工藝流程中采用先進(jìn)的減壓蒸餾 +相轉(zhuǎn)移催化劑的方式使蒸餾后中間產(chǎn)品的品質(zhì)得到極大提高，精制成本大大降低但是本方法對(duì)廢潤(rùn)滑油的處理只適用于小批量間歇式生產(chǎn)。對(duì)于廢潤(rùn)滑油量大，需要連續(xù)處時(shí)并不適用。對(duì)于連續(xù)大批量的生產(chǎn)，蒸餾工序可 采用管式爐加熱、減壓閃蒸或減壓分子蒸餾，后期精制可采用溶劑精制或加氫精制等方法。 由于廢礦物潤(rùn)滑油的產(chǎn)生具有分布廣泛的特性，且回收方式是有償收購(gòu)，這使得處理企業(yè)具有收集半徑有限 (100 km 左右 )、處理規(guī)模小、技術(shù)落后、環(huán)境污染嚴(yán)重的特點(diǎn)。大多數(shù)廢礦物潤(rùn)滑油處理方式采用的是“常壓蒸餾 +酸堿中和法”即硫酸白土法進(jìn)行處理。該方法主要存在的問題是對(duì)環(huán)境二次污染嚴(yán)重，處圖 22 廢潤(rùn)滑油再生處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 理工藝落后，并且獲得產(chǎn)品單一 (非標(biāo)柴油或稱為寬餾份柴油 )，回收率低，此法屬于國(guó)家明令禁止的落后方法。為此，我們根據(jù)國(guó)內(nèi)產(chǎn)生的廢礦物潤(rùn)滑油的特性，參考 國(guó)內(nèi)外各種廢礦物潤(rùn)滑油綜合利用工藝，并結(jié)合成熟的工藝設(shè)備，研制開發(fā)了“減壓化學(xué)蒸餾一化學(xué)反應(yīng)吸附精制法”對(duì)廢礦物潤(rùn)滑油進(jìn)行成分分離，從而可獲得輕質(zhì)燃料油、基礎(chǔ)油和重質(zhì)燃料油，達(dá)到綜合利用廢礦物潤(rùn)滑油目的。本方法已建成中試廠，進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。 該工藝中采用的精餾塔分餾的過程是一個(gè)傳質(zhì)過程，在石油化工裝置中廣為采用，是該生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，它與吸收和萃取有類似的作用，多用于產(chǎn)品或半成品的分離，其目的是把混合組份分離開來，使之達(dá)到規(guī)定的純度。對(duì)于精餾塔的合理控制是產(chǎn)品質(zhì)量保證的前提。主要原理是利用原料廢油中各 組分沸點(diǎn)不同，通過加熱至一定溫度蒸餾后分離出燃燒性能較差的重質(zhì)組分，然后由管式進(jìn)入再通過催化劑的作用使之達(dá)到除膠，改良物化性能的目的而成為能被充分燃燒的合格潤(rùn)滑油。 操作過程 潤(rùn)滑 油再生一般要經(jīng)過如下 幾 個(gè) 預(yù)處理 步驟 方能再進(jìn)行分餾操作。 （ 1） 除水：將廢機(jī)油收集到集油池除水后，置于煉油鍋內(nèi)，升溫到 70～ 80℃后停止加熱，讓其靜置 24 小時(shí)左右，將表面的明水排盡，然后緩慢升溫到 120℃（當(dāng)油溫接近 100℃ 時(shí)，要慢慢加熱，防止油沸騰溢出），使水分蒸發(fā)掉，約經(jīng)兩小時(shí)，油不翻動(dòng)，油面冒出黑色油氣即可。 （ 2） 酸洗：待油冷 卻至常溫，在攪拌下緩慢地加入硫酸（濃度為 92～ 98％左右），酸用量一般為油量的 5～ 7％（系根據(jù)機(jī)油臟污程度而定）。加完酸后，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，然后靜置 12 小時(shí)左右，將酸渣排盡。 （ 3） 活性白土吸附：將油升溫到 120～ 140℃ ，在恒溫和攪拌下加入活性白土（其用量約為油量的 3． 5％），加完活性白土后，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，在 110～ 120℃下恒溫靜置一夜，第二天趁熱過濾。 （ 4） 過濾：可采用濾油機(jī)過濾，過濾后即得合格油。如無濾油機(jī)，采用布袋吊濾法也可。以上即為提純機(jī)油的一般操作過程，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。如含雜質(zhì)水很少 ，則第一步可省掉；如經(jīng)過酸堿處理后，油的顏色己正常，則就不必用活性白土脫色吸附。 在經(jīng)過以上步驟的處理之后原料就可以進(jìn)行分餾處理了。 廢潤(rùn)滑油再生處理的組態(tài)圖見附錄 1 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)及工藝動(dòng)作要求 （ 1） 廢潤(rùn)滑油儲(chǔ)罐 圖 23 預(yù)處理廢潤(rùn)滑油儲(chǔ)罐 經(jīng)過濾去除水分后的廢潤(rùn)滑油通過管道泵入該儲(chǔ)罐作為后續(xù)分餾提純的原料，由工藝要求該部分負(fù)責(zé)為換熱器提供壓力一定的廢潤(rùn)滑油。采用單閉環(huán)調(diào)節(jié)，壓力傳感器和流量傳感器采集到的信號(hào)由 PLC 處理后輸出給電磁閥來控制流量。 （ 2） 換熱器 圖 24 熱交換器結(jié)構(gòu)原理圖 圖 熱交換器結(jié)構(gòu)圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 換熱器（英語(yǔ)翻譯： heat exchanger），是將熱流體的部分 熱量傳遞 給冷流體的設(shè)備，又稱 熱交換器 。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為 加熱器、冷凝器 等，應(yīng)用更加廣泛。 該系統(tǒng)的作用是將換待處理的廢潤(rùn)滑油進(jìn)行預(yù)熱同時(shí)對(duì)分餾出的油進(jìn)行冷卻。 （ 3）鍋爐系統(tǒng) 鍋爐是一種利用燃料燃燒后釋放的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱傳遞給容器內(nèi)的 需要加熱的物料 ，使 之 達(dá)到所需要的溫度 。在本系統(tǒng)中潤(rùn)滑油在預(yù)熱后經(jīng)由鍋爐 加熱被從 100 度 左右加熱到 420 度左右然后送入分餾塔。鍋爐由天然氣提供能源，吸式離心泵通過空氣濾清器吸入空氣在爐膛內(nèi)與天然氣混合并被點(diǎn)燃來加熱廢潤(rùn)滑油。由于鍋爐的特殊性因此在設(shè)計(jì)使用中要特別注意其安全性的考慮。 燃?xì)忮仩t采用的是可燃?xì)怏w，沒有任何的污染排放。并且安裝有智能壓力控制，不需要擔(dān)心爆炸或者 二氧化碳 中毒等危險(xiǎn)。因?yàn)槭鞘褂酶咝录夹g(shù)，所以制造出來的燃?xì)忮仩t占地面積小，操作簡(jiǎn)單不需要專人進(jìn)行操作，按下按鈕就全部自動(dòng)運(yùn)行。 圖 25 鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 (4)分餾塔 作為該工藝的核心結(jié)構(gòu) —— 分餾塔，其是利用分餾的原理即 針對(duì)混合物中各成分的不同沸 點(diǎn)進(jìn)行冷卻分離成相對(duì)純凈的單一物質(zhì)過程。過程中沒有新物質(zhì)生成，只是將原來的物質(zhì)分離，屬于 物理 變化。分餾實(shí)際上是多次 蒸餾 ，它更適合于分離提純沸點(diǎn)相差不大的液體有機(jī)混合物。如煤焦油的分餾； 石油 的分餾。當(dāng)物質(zhì)的沸點(diǎn)十分接近時(shí) ,約相差 20 度 ,則無法使用簡(jiǎn)單蒸餾法 ,可改用分餾法。分餾柱的小柱可提供一個(gè)大表面積予蒸氣凝結(jié)?；旌衔锵仍谧畹头悬c(diǎn)下蒸餾 ,直到蒸氣溫度上升前將蒸餾液作為一種成分加以收集。蒸氣溫度的上升表示混合物中的次一個(gè)較高沸點(diǎn)成分開始蒸餾。然后將這一組分開收集起來。 分餾是分離提純液體有機(jī)混合物的沸點(diǎn)相差較小 的組分的一種重要方法。石油就是用分餾來分離的。 （ 圖 成品油儲(chǔ)存系統(tǒng) 圖 26 分餾塔結(jié)構(gòu)原理圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 （ 5）成品油儲(chǔ)存系統(tǒng) 儲(chǔ)存罐作為暫存容器使生產(chǎn)得以連續(xù)進(jìn)行并最終通過出油閥送至油罐車。連接到儲(chǔ)罐上的管道主要有進(jìn)油管，出油管，真空管，壓縮空氣管道和常壓管。每種油品有兩個(gè)儲(chǔ)罐一個(gè)備用，交替儲(chǔ)存分餾出的餾分。在油罐出油閥口安裝有流量計(jì)用以統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，罐體底部裝有靜壓式傳感器。 每種餾分的油品有兩個(gè)儲(chǔ)罐，分別為一號(hào)儲(chǔ)罐和二號(hào)儲(chǔ)罐，兩罐交替工作保證生產(chǎn)的連 續(xù)性。每個(gè)罐體內(nèi)都有壓力傳感器和液位傳感器，當(dāng)其中的一個(gè)高液位傳感器被觸發(fā)將使控制器產(chǎn)生控制信號(hào)使相應(yīng)的閥門動(dòng)作來排除油料同時(shí)啟動(dòng)另一個(gè)備用罐開始儲(chǔ)油。出油口出裝有流量計(jì)，用來統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。每個(gè)罐分別有五個(gè)閥：進(jìn)油閥、出油閥、常壓閥、真空閥、壓縮空氣閥。其中壓縮空氣閥主要用于罐體排油時(shí)利用壓縮空氣使油料快速排出；真空閥用于完成排油后將罐體抽真空，以備后續(xù)油料注入。 圖 27 成品油儲(chǔ)存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 （ 1）檢測(cè)變送器的選擇 該系統(tǒng)中需要采集的信號(hào)有換熱器入口壓力及流速信號(hào)，鍋爐出口溫度， 分餾塔對(duì)應(yīng)餾分導(dǎo)出管道口的溫度，真空管道壓力信號(hào)以及每個(gè)儲(chǔ)罐的壓力信號(hào)格液位信號(hào)。 鍋爐出口溫度及分餾塔內(nèi)部溫度不會(huì)超過五百攝氏度所以采用半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)即可，可選用鉑電阻，由于其體積小熱慣性小，適用于快速測(cè)溫。為了提高檢測(cè)精度應(yīng)用三線制接法，并配用溫度變送其。 流量的檢測(cè)由于是油性物質(zhì)導(dǎo)電性弱可選用差壓式流量計(jì)測(cè)量流量。采用靜壓式流量計(jì)測(cè)量管道壓力。 （ 2）執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇 該 系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)，其中要用到大量的閥門和泵。根據(jù)工藝要求及安全考慮選用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，因?yàn)殡妱?dòng)信號(hào)便于遠(yuǎn)傳，并且 便于與控制器配合使用，圖 28 儲(chǔ)油罐就構(gòu)圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 但在該系統(tǒng)中要做好接地等防靜電火花措施。 （ 3）控制器選擇 該系統(tǒng)存在大量的開關(guān)量輸出及模擬量信號(hào)采集，選用 PLC 尤其是模塊式的西門子 S7300PLC 較為理想。通過遠(yuǎn)程 I/O 可以采集距離較遠(yuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并控制遠(yuǎn)距離的執(zhí)行器。 （ 4）控制方案的選用 在該系統(tǒng)中要控制的鍋爐及分流塔 ，換熱器都是大純滯后的系統(tǒng)，采用單閉環(huán)很難精確的控制。針對(duì)這一特點(diǎn)對(duì)鍋爐系統(tǒng)采用前饋加反饋控制方式，對(duì)廢潤(rùn)滑油經(jīng)鍋爐加熱后的溫度影響最大的擾動(dòng)時(shí)換熱器管道內(nèi)的流量。 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及組態(tài)監(jiān)控畫面創(chuàng)建 西門子 S7300PLC 簡(jiǎn)介 可編程序控制器 (PLC)結(jié)構(gòu)及原理 圖 31 PLC 結(jié)構(gòu)圖 圖 32 PLC 的掃描過程圖 新疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 PLC 作為當(dāng)今主流的工業(yè)控制設(shè)備，是 專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī) 。它的一般內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式如圖 3 3 33 所示。它集三電（電控，電儀，電傳 ） 于一體，性價(jià)比高已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的核心設(shè)備，使其用量高居首位。 通用性強(qiáng)，使用方便功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 控制程序可變具有很好的柔性 編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維 修工作少 .極為方便?？刂瞥绦蜃兓奖?.具有很好的柔性。體積小、重量輕、功耗低 、 其可靠的工作性能，對(duì)環(huán)境的較強(qiáng)適應(yīng)性是控制設(shè)備的首選。在本系統(tǒng)中選擇西門子公司的 S7300 型PLC，作為一款中低檔 PLC其模塊式的結(jié)構(gòu)使使用變 得 非常靈活。 西門子 S7300 PLC S7300 在 S7 系列 PLC 中的定位 ，該型 PLC 在 S7 系列中屬于 中等和低端性能范圍針對(duì)中小型自控應(yīng)用。 S7300 是全集成自動(dòng)化領(lǐng)域中最有活力的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)制造領(lǐng)域最佳的自動(dòng)化平臺(tái)。 SIMATIC S7300 自動(dòng)化平臺(tái) 亮點(diǎn) [5]： (1).亮點(diǎn) – 靈活多樣的應(yīng)用 ： 集成 HMI、故障安全、戶外型產(chǎn)品 適用于苛刻的環(huán)境條件。 (2).亮點(diǎn) – 工程設(shè)