【正文】 , 國(guó)內(nèi)新建燒堿裝置中 ,采用離子膜法工藝的裝置約占 90%,只有 10%采用金屬陽(yáng)極隔膜法生產(chǎn)工藝。本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，直觀性好，控制安全可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，控制精度高，具有其他燒堿系統(tǒng)離心機(jī)控制系統(tǒng)所沒(méi)有的若干優(yōu)點(diǎn)，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。采用 PLC控制離心機(jī)各電磁閥的動(dòng)作， 進(jìn)一步降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，并有效控制母液含鹽量及析出鹽含堿量。離心機(jī)各個(gè)電磁閥的操作均由 PLC 控制，可以 根據(jù)工藝要求可以實(shí)現(xiàn) 電磁閥的動(dòng)作。深入了解了離心機(jī)的工作原理及其故障情況，對(duì)系統(tǒng)要求及參數(shù)進(jìn)行研究分析，利用 PLC自身所具備的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)了離心機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 我國(guó)從世界各著名公司引進(jìn)了多套離子膜法制堿工 藝技術(shù)和裝備后 ,淘汰了水銀法燒堿 ,石墨陽(yáng)極隔膜法電解裝置也已基本淘汰 ,世界先進(jìn)水平的離子膜法裝置正在增多。目前大多數(shù)廠家均采用以離心機(jī)為主體的分離系統(tǒng)，主要的方法是將含有NaCl 晶體的溶液蒸發(fā)后，裝入離心機(jī)進(jìn)行分離，離心工序的任務(wù)是將由蒸發(fā)崗位送來(lái)的經(jīng)蒸汽加熱，蒸發(fā)濃縮后的固液混合物經(jīng)旋液分離器、離心機(jī)回收結(jié)晶鹽，鹽經(jīng)溶解后送到鹽水工序，堿液經(jīng)澄清冷卻成隔膜液堿成品。分離機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由定時(shí)器、中間繼電器和變壓器等部件組成，不但體積大、造價(jià)高，而且安裝，檢修麻煩。工業(yè)上用電解飽和 NaCl溶液的方法來(lái)制取 NaOH、 Cl2和 H2， 并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè)。因此，電解飽和食鹽水的總反應(yīng)可以表示為： 總反應(yīng) 2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ 工業(yè)上利用這一反應(yīng)原理，制取燒堿、氯氣和氫氣。這一技術(shù)在 20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)始研究， 80 年代開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。陽(yáng)離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽(yáng)離子通過(guò)，而阻止陰離子和 氣體 通過(guò)，也就是說(shuō)只允許 Na+通過(guò)，而 Cl、 OH和氣體則不能通過(guò)。通電時(shí)， H2O 在陰極表面放電生成 H2， Na+穿過(guò)離子膜由陽(yáng)極室進(jìn)入陰極室，導(dǎo)出的陰極液中含有 NaOH； Cl則在陽(yáng)極表面放電生成 Cl2。所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 電解飽和食鹽水液 堿濕 氯 氣濕 氫 氣H 2有 機(jī) 合 成金 屬 冶 煉有 機(jī) 合 成造 紙玻 璃肥 皂紡 織印 染有 機(jī) 合 成氯 化 物 合 成農(nóng) 藥N a O HC l 2H C l鹽 酸含 氯 漂 白 劑 圖 氯堿工業(yè)產(chǎn)品 離子膜法電解技術(shù)的國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 中國(guó)離子膜法燒堿歷經(jīng) 30 年的發(fā)展，生產(chǎn)與消費(fèi)居世界第一位，其發(fā)展具有中國(guó)特色，即“兩化、四轉(zhuǎn)向”。二是裝置規(guī)模大型化。半個(gè)多世紀(jì)來(lái)，我國(guó)電解法燒堿一直以隔膜法為主，改革開(kāi)放以來(lái)陸續(xù)從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的離子膜法技術(shù)裝置，尤其跨入 21 世紀(jì)離子膜法燒堿得到迅猛發(fā)展，新建和改擴(kuò)建燒堿裝置絕大多數(shù)為離子膜法，到 20xx 年，全國(guó)燒堿產(chǎn)能達(dá) 萬(wàn) t/a，其中，離子膜法為 萬(wàn) t/a 占 %；燒堿產(chǎn)量為 萬(wàn) t/a，其中，離子膜法 1108 萬(wàn) t/a，占 %。進(jìn)入 21 世紀(jì)至今，采用國(guó)外技術(shù)的 78 家，采用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的 48 家，其比例約為 8:6。中國(guó)即將成為繼日本、美國(guó)之后第 3 個(gè)能夠生產(chǎn)全氟離子交換樹(shù)脂的國(guó)家。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 現(xiàn)階段離子膜法電解技術(shù)裝備的世界發(fā)展動(dòng)向 近幾年來(lái)，世界各馳名公司紛紛推出當(dāng)前和今后一段時(shí)期代表離子膜法燒堿電解技術(shù)裝置發(fā)展方向的創(chuàng)新產(chǎn)品，即大型高電 流密度低電流消耗自然循環(huán)復(fù)極槽，并涌現(xiàn)出新的發(fā)展動(dòng)向，即陰陽(yáng)極距由窄極距向零極距（膜極距）發(fā)展和單槽產(chǎn)能向大型化發(fā)展（ 2 萬(wàn) t/a 及以上）。 圖 臥式離心機(jī)原理圖 離心機(jī)的工作原理 當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動(dòng)時(shí)，由于重力場(chǎng)的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 此外，物質(zhì)在 介質(zhì) 中沉降時(shí)還伴隨有擴(kuò)散現(xiàn)象。沉降與物體重量成正比，顆粒越大沉降越快。 離心就是利用離心機(jī) 轉(zhuǎn)子 高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同 沉降系數(shù) 和浮力密度的物質(zhì)分離開(kāi)。這些最早的離心機(jī)都是間歇操作和人工排渣的。懸浮液（或乳濁液）加入轉(zhuǎn)鼓后，被迅速帶動(dòng)與轉(zhuǎn)鼓同速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下各組分分離，并分別排出。 還有一類(lèi)實(shí)驗(yàn)分析用的分離機(jī)，可進(jìn)行液體澄清和固體顆粒富集，或液 液分離，這類(lèi)分離機(jī)有常壓、真空、冷凍條件下操作的不同結(jié)構(gòu)型 式。決定離心分離機(jī)處理能力的另一因素是轉(zhuǎn)鼓的工作面積，工作面積大處理能力也大。 離心分離機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將是強(qiáng)化分離性能、發(fā) 展大型的離心分離機(jī)、改進(jìn)卸渣機(jī)構(gòu)、增加專(zhuān)用和組合轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)、加強(qiáng)分離理論研究和研究離心分離過(guò)程最佳化控制技術(shù)等 。 可編程控制器 可編程控制器的產(chǎn)生 20 世紀(jì) 60 年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和 大規(guī)模生產(chǎn)及多機(jī)群控的發(fā)展，人們?cè)噲D用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸器控制。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在通用公司汽車(chē)生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)控制。這種采用微電腦技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，故稱為可編程序控制器，簡(jiǎn)稱 PC（ Programmablc Controller)。 可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體 ， 易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì) 。入出信息交換式靠運(yùn)行存儲(chǔ)于內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)的。 PLC 的輸入電路要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去掉高頻干擾，在內(nèi)部與計(jì)算機(jī)電路進(jìn)行光電隔離，靠光耦原件或繼電器建立連接。 PLC 的功能與特點(diǎn) （ 1） PLC 的功能 隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展， PLC 的功能日益增多。 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 定時(shí)、定位、計(jì)數(shù)控制 PLC 具有定時(shí)控制的功能，它為用戶提供了若干個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器的時(shí)間可以由用戶在編寫(xiě) 程序時(shí)設(shè)定，也可以用撥盤(pán)開(kāi)關(guān)在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫(xiě)程序時(shí)設(shè)定，也可以用撥盤(pán)開(kāi)關(guān)在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)控制。 PLC 還可與其它智能控制設(shè)備 （ 如變頻器、數(shù)控裝置 ） 實(shí)現(xiàn)通信。 （ 2） PLC 的特點(diǎn) 通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全 PLC是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有面向工業(yè)控制的鮮明特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了 PLC 的抗干擾能力，使之能抗諸如電噪聲、電源波動(dòng)、振動(dòng)、電磁干擾等的干擾。光電隔離和故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施，有的 PLC 還采用了冗余技術(shù)等，進(jìn)一步增強(qiáng)了 PLC 的可靠性。 模塊化結(jié)構(gòu)、安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便 PLC的各個(gè)部件，包括 CPU、電源、 I/O等均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來(lái) ， 由于配置靈活，使擴(kuò)展、維護(hù) 更加 方便。 早期的 PLC（ 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代中期）一般稱為可編程邏輯控制器。在軟件編程上，采北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。這樣使 PLC 功能大大增加。 PLC 自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。 PLC 進(jìn)入中國(guó)時(shí)最初是從成套設(shè)備引進(jìn)應(yīng)用，由于 PLC 價(jià)格昂貴，引進(jìn)的 PLC 主要用于冶金、電力、自動(dòng)化生產(chǎn)線等大的設(shè)備和系統(tǒng)。近 10 年來(lái)，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用 PLC 進(jìn)行控制。 PLC 集三電（電控、電儀、電傳）于一體。以此來(lái)提高產(chǎn)品的性能和降低產(chǎn)品的成本，提高產(chǎn)品的易用性和專(zhuān)業(yè)化水平。 西門(mén)子 S7300PLC 簡(jiǎn)介 （ 1） S7300PLC 的 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) S7300 PLC 是模擬式中小型 PLC，電源、 CPU 和其他模塊都是獨(dú)立的，可以通過(guò)U 形總線把電源 （ PS） 。 CPU的右邊是可以選擇的 IM 接口模塊，如果只用主架導(dǎo)軌而沒(méi)有使用擴(kuò)展支架可以不選擇 IM 接口模塊。 （ 2） S7300 PLC 的 CPU 模塊 CPU模塊是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的中央控制責(zé)任，存儲(chǔ)并執(zhí)行程序，實(shí)現(xiàn)通信功能，為 U 形總線提高 5V 電源。 革新的標(biāo)準(zhǔn)型 CPU： CPU 31 314 和 3152DP。 主從接口安全型 CPU： CPU 315F2DP。有的是強(qiáng)電量，例如發(fā)電機(jī)組的電流、電壓、有功功率和無(wú)功功率等。表 表示了 S7300 模擬量值所有可能的精度，標(biāo)有 “ ” 的位就是不用的位，一般填入“ 0”。 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，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。在輸出電壓時(shí)，可以采用 2 線回路和 4線回路兩種方式與負(fù)載相連。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入元件，僅要求提供開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)即可。 數(shù)字量輸出模塊 SM322 數(shù)字量輸出模塊 SM322 將 S7300 內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過(guò)程所要求的外部信號(hào)電平，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等。 I/O 額定負(fù)載電壓 24 V DC，輸入電壓“ 1”信號(hào)電平為 11～ 30V，“ 0”信號(hào)電平為 － 3～＋ 5V， I/O 通過(guò)光耦與背板總線隔離。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的 CCS（計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)） ， 到第二代的 DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的 FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）。最早在 50 年代中后期，計(jì)算機(jī)就已經(jīng)被應(yīng)用到控制系統(tǒng)中 。 80 年代中后期，隨著工業(yè)系統(tǒng)的日益復(fù)雜，控制回路的進(jìn)一步增多，單一的 DDC控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)控制要求和生產(chǎn)工作的管理要求，同時(shí)中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī)的性能價(jià)格比有了很大提高 。由于它解決了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的自身可靠性和開(kāi)放性問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)逐漸成為了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。 表 各電磁閥的狀態(tài)表 注：“ +”表示電磁閥通電，“ ”表示電磁閥斷電 加料 母液 水洗 稀母液 熔鹽 刮刀 大洗 1 加料閥 + 2 母液閥 + 3 水洗閥 + + 4 稀母液 閥 + + + + 5 熔鹽閥 + + + 6 刮刀閥 + + + 7 大洗閥 + 步驟 驟 開(kāi) 關(guān) 狀 態(tài) 閥 門(mén) 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 初 始 化水 洗加 料母 液加 料 6 次稀 母 液熔 鹽刮 刀循 環(huán) 1 2 次大 洗加 料加 料5 、 6 通 電1 通 電2 通 電3 、 4 通 電4 、 5 、 6 通 電3 、 7 通 電4 、 5 、 6 通 電4 、 5 、 6 通 電起 動(dòng)是否是否延 時(shí) 7 S延 時(shí) 1 0 S延 時(shí) 5 S延 時(shí) 1 0 S延 時(shí) 3 0 S延 時(shí) 2 4 S延 時(shí) 3 0 S 圖 鹽堿分離離心機(jī)的工藝流程 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 3 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC 的選型 PLC 機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)格比。 （ 2）結(jié)構(gòu)上合理、安裝要方便、機(jī)型上應(yīng)統(tǒng)一按照物理結(jié)構(gòu)， PLC 分為整體式和模塊式。 根據(jù) I/O 設(shè)備距 PLC 之間的距離和分布范圍確定 PLC 的安裝方式為集中式、遠(yuǎn)程I/O 式還是多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。這樣，容易把控制各獨(dú)立的多臺(tái) PLC 聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式系統(tǒng)，相互通信，集中管理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢(shì)。 （ 4） 對(duì)聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 近年來(lái)，隨著工廠自動(dòng)化的迅速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)小到一塊溫度控制儀表的 RS485 串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以 太網(wǎng)管理層的通信，應(yīng)該說(shuō)一般的電氣控制產(chǎn)品都有了通信功能。對(duì)可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。通常 I/O 點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的 10～ 15%考慮余量；當(dāng) I/O 模塊較多時(shí)，一般按上述比例留出備用模塊。因此在程序編制前只能粗略的估算。 PLC 經(jīng)過(guò)運(yùn)算、處理后，再將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時(shí)也要把該輸出變換為適合于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的量。對(duì) PLC 來(lái)講，信號(hào)形式可分為四類(lèi)。 有的 PLC 即可以源型接線，也可以漏型接線，比如 S7200。這種信號(hào)通過(guò)數(shù)字量輸出模塊去驅(qū)動(dòng)。完成這一任務(wù)的就是模擬量輸入模塊。一些 PLC 制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來(lái)直接接收低電平信號(hào)（如熱電阻 RTD、熱電偶等信號(hào)） 此外，有些傳感器如旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的是一連串的脈沖，并且輸出的頻率較高（ 20kHz 以上），盡管這些脈沖信號(hào)也可算作數(shù)字量，但普通數(shù)字量輸入模塊不能正