【正文】 A / D濾波光電耦合內(nèi)部電路 圖 模擬量輸入模塊框圖 模擬量輸入模塊 EM231 具有 4 個(gè)模擬量輸入通道。模擬量輸入模塊一般由濾波、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，光耦合器等部分組成。模擬量輸入模塊就是用來將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 所能接受的數(shù)字信號(hào)的。 （ A/D） 模擬量信號(hào)是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力 、速度等。在一塊模塊上既有數(shù)字量輸入點(diǎn)又有數(shù)字量輸出點(diǎn)，在一塊模塊上，輸入電路類型有直流輸入、交流輸入；輸出電路類型有直流（晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）輸出、交流（晶閘管）輸出、交直流（繼電器）輸出多種類型。擴(kuò)展模塊是用于擴(kuò)展輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)的裝置，內(nèi)部無電源，由基本單元或外接電源供給。 S7200 系列 PLC 系統(tǒng)配置 由基本單元構(gòu)成，可通過擴(kuò)展模塊連接多種擴(kuò)展模塊。 S7200PLC 在基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊和功能模塊采用插入式的接線端子排，更換方便快捷。 5. 功能強(qiáng)，使用方便 S7200PLC 的體積雖小，卻具有很強(qiáng)的功能。 ⑤ S7200PLC 通過 EM227PROFIBUSDP 擴(kuò)展從站模塊，可將 S7200CPU 連接到EM227PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)。 ③ S7200PLC 的配置有 24VDC 傳感器電源、電流限定 可供外部電源或接近開關(guān)、光電開關(guān)等傳感器電源。 ① S7200PLC 的系統(tǒng)配置靈活，用戶除了選用不同的子系列外 ，還可以選用多種基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊、功能擴(kuò)展板和功能模塊，組成不同 I/O 點(diǎn)和不同功能的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 控制系統(tǒng)，各種不同的配置都可以得到的很高的性能價(jià)格比。其中 CPU226 為功能最強(qiáng)的單元，可滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。這樣，既達(dá)到了 配置靈活的目的，又可使體積小巧。 2. 外形先進(jìn)美觀 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） S7200 系列 PLC 吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊以及功能模塊的高度和深度相同，但寬度不同，但是寬度不同。其 強(qiáng)大的功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，主要表現(xiàn)在： 極高的可靠性 極豐富的指令集 易于掌握 操作便捷 豐富的內(nèi)置功能 實(shí)時(shí)特性 豐富的擴(kuò)展模塊 S7200 系列小型 PLC 應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋了所有與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。因此 ,合理選擇 PLC,對(duì)于提高電解鋁廠控制系統(tǒng)的水平起著重要作用。現(xiàn)在我國(guó)市場(chǎng)上從美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)的 PLC 產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)有幾十個(gè)系列、上百種型號(hào) ,它們的結(jié)構(gòu)型式、性能、內(nèi)存容量、 I/O 點(diǎn)數(shù)、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 各不相同 ,適用的工業(yè)場(chǎng)合也各有側(cè)重。 PLC 選型 隨著科技的進(jìn)步 ,市場(chǎng)上可供選擇的 PLC 產(chǎn)品種類也越來越多 ,并且功能也日趨完善。箱體盤面上安裝有信號(hào)指示燈與各操作按鈕 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） L L 1 0 11 0 1 S1 0 2 S1 0 3 S1 0 4 SE L 1 0 1L L 1 0 21 0 5 S1 0 6 S1 0 7 S1 0 8 SI B 1 0 1E L 1 0 1 電 源 信 號(hào) 燈 紅 色 L L 1 0 1 ~ L L 1 0 2 料 位 信 號(hào) 燈 綠 色1 0 1 S ~ 1 0 4 S 按 鈕 紅 色 1 0 5 S ~ 1 0 8 S 按 鈕 綠 色 圖 為適應(yīng)氣力輸送現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)操作箱箱體采用具有防水、防塵功能的雙 層門結(jié)構(gòu)。儀表箱的硬件配備包括：現(xiàn)場(chǎng) 儀表 箱 箱體 、各閥門操作按鈕、 低料位綠色信號(hào)燈 、 高料位綠色信號(hào)燈、紅色電源燈。進(jìn)行通信時(shí)，頻率信號(hào)對(duì) 4～ 20mA的信號(hào)不產(chǎn)生任何擾動(dòng)影響。膜盒組件中內(nèi)置的特性修正存貯器存貯傳感器的環(huán)境溫度、靜壓及輸入 /輸出特性修正數(shù)據(jù)，經(jīng) CPU運(yùn)算，可使變送器獲得優(yōu)良的溫度特性和靜壓特性及輸入 /輸出特性。 1. EJA系列智能變送器的工作原理 EJA系列智能變送器采用單晶硅諧振式傳感器，在單晶硅芯片上采用微電子機(jī)械加工技術(shù)分別在其表面的中心和邊緣作為兩個(gè)形狀、大小完全一致的 H形狀諧振梁，由于處于微型真空腔中，不與充灌液接觸，因而確保振動(dòng)時(shí)不受空氣阻尼的影響。 2. TV502系列射頻導(dǎo)納物位開關(guān)特點(diǎn)： 防掛料，徹底排除了傳感探桿因掛料而引起的誤動(dòng)作； 穩(wěn)定性高，不受環(huán)境溫度變化的影響； 試簡(jiǎn)單方便，安裝后免維護(hù)。只有容器中的物料確實(shí)上升直到接觸到中心探桿時(shí)，通過被測(cè)物料，中心探桿與地之間才能形成被測(cè)電流。屏蔽層與容器壁之間盡管存在 電勢(shì)差，兩者之間因此有電流流過，但該電流不被測(cè)量，不影響測(cè)量結(jié)果。與同軸電纜的情況一樣，中心探桿與屏蔽層之間沒有電勢(shì)差，即使傳感器上掛料阻抗較小，也不會(huì)有電流流過，電路測(cè)量的只是從傳感器中心到對(duì)面罐壁 (地 )的電流。為解決傳感器上的掛料問題，采用一種新的五層同心結(jié)構(gòu)。這種消除芯線和屏蔽層 間分布電容的方法又被稱為電容 “中和 ”技術(shù)。這里的同相放大器是一個(gè)增益為 “1”，即輸出信號(hào)與輸入信號(hào)等電位、同相位、同頻率但互相隔離的一種放大器。與普通電容物位開關(guān)相比，射頻導(dǎo)納物位開關(guān)的明顯區(qū)別在于其三端元件技術(shù)。 1. 工作原理 TV502系列射頻導(dǎo)納物位開關(guān)采用了射頻導(dǎo)納技術(shù)，是從電容測(cè)量技術(shù)發(fā)展起來的一種新的物位檢測(cè)手段。即使在極端惡劣的現(xiàn)場(chǎng)條件下，也能可靠工作，而不受掛料、壓力、材料密度、濕度甚至物料化學(xué)特性變化的影響。當(dāng)物位達(dá)到預(yù)先設(shè)置的位置時(shí)，傳感探桿產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)電子測(cè)控單元處理后的輸出信號(hào)可提供繼電器輸出，其標(biāo)準(zhǔn)的雙刀雙擲繼電器接點(diǎn)可控制警鈴、 電磁閥或其它低功率設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體、固體物位的報(bào)警和控制。若濃 相輸送過程出現(xiàn)故障時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)送料 ， 單動(dòng)操作各個(gè)閥門的動(dòng)作。本濃相輸送系統(tǒng)操作設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)就地手動(dòng)控制箱和控制室控制臺(tái)。 本章小節(jié) 本氧化鋁粉末濃相輸送系統(tǒng)中 ，以壓力罐為核心，整個(gè)濃相輸送系統(tǒng)采用雙倉(cāng)交替運(yùn)行方式，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí) ， 1壓力罐 開始進(jìn)料 ， 2壓力罐 處于停止?fàn)顟B(tài) ； 當(dāng) 1壓力罐 進(jìn)料結(jié)束以后 2壓力罐 開始進(jìn)料 ， 而此時(shí) 1壓力罐 開始輸送 ； 當(dāng) 1壓力罐 輸送和 2壓力罐 進(jìn)料都完成了以后 ， 1壓力罐 才能開始進(jìn)料 ， 2壓力罐 開始輸送 ,如此反復(fù)的循環(huán)。在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)工作方式情況下，操作人員可通過現(xiàn)場(chǎng)操作的方式來完成對(duì)各個(gè)設(shè)備的檢修或者調(diào)試。監(jiān)測(cè)過程包括故障顯示、報(bào)警、壓力罐的高低料位、充料時(shí)間超時(shí)、輸送時(shí)間以及壓力監(jiān)控等。物位測(cè)量與生產(chǎn)安全的關(guān)系十分密切。通過物位的測(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?、下限位置進(jìn)行報(bào)警，以及根據(jù)物位來連續(xù)監(jiān)視或控制容器中流入與流出物料的平衡。 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。許多工藝過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，通過壓力監(jiān)視可以及時(shí)防止生產(chǎn)設(shè)備因過壓而引起的破壞或操作。還包括壓力罐和管道壓力的檢測(cè)和控制，及壓力罐中料位的檢測(cè)和控制。控制的開關(guān)量為各個(gè)電磁閥的開閉。采樣的模擬量有壓縮空氣總管壓力、壓力罐壓力、輸送管壓力信號(hào)。 采樣信號(hào)和控制量分析 在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)共采樣模擬量輸入點(diǎn) 5 路，開關(guān)量輸入點(diǎn) 24 路，開關(guān)量輸出點(diǎn)20 路。 該設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用基于 PLC 控制 氧化鋁粉末的濃相輸送 ， PLC 控制使其工作可靠，運(yùn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 行速度快，組合靈活、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。因?yàn)?DCS 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)語句代碼的順序掃描實(shí)現(xiàn)的。冗余功能 ,DCS 更容易實(shí)現(xiàn)。 DCS 的數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一 ,可以應(yīng)用工位號(hào)管理 。 DCS 要作復(fù)雜的運(yùn)算 ,內(nèi)存較大 。 PLC 響應(yīng)速度快 。 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。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)。下裝過程是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的 ,不影響原控制方案運(yùn)行。所以 DCS 系統(tǒng)安全可靠性更高。 PLC 所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的 概念 ,更談不上冗余控制策略。 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 所搭接的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 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。原來單用 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。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)。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。在網(wǎng)絡(luò)安全上 ,PLC 沒有很好的保護(hù)措施。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。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言的程序即可。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 從結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式 (模塊式 )2 種。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 ,目國(guó)內(nèi)應(yīng)用這一系統(tǒng)的行業(yè)較少。過程級(jí)主要由過程控制站、 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。 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。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DCS 系統(tǒng)中 ,測(cè)量變送 ,執(zhí)行器一般由模擬儀表來完成 ,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。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) ,通過數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起來 ,進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作。 PLC 與 DCS無疑是目前自動(dòng)控制系統(tǒng)中最為流行的兩大工具。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 濃相輸送系統(tǒng)的控制裝置的選擇 DCS 與 PLC 都是應(yīng)用于自控領(lǐng)域的控制系統(tǒng)。隔一段時(shí)間后，當(dāng)確認(rèn)管道中的物料全部輸送到雙層氧化鋁供料倉(cāng)時(shí)，關(guān)閉輸送閥。當(dāng)控制器檢測(cè)到射頻導(dǎo)納料位開關(guān)低于設(shè)定高度時(shí)，料位低報(bào)警。壓力罐內(nèi)物料開始下降。此時(shí)，打開物料出口閥，進(jìn)入輸送階段。 加壓流化階段 當(dāng)關(guān)閉充料錐閥后，控制器檢測(cè)壓縮空氣總管壓力是否高于出料設(shè)定值（低則報(bào)警），雙層氧化鋁儲(chǔ)料倉(cāng)的料位是否低于上限。當(dāng)壓力罐中的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)檢測(cè)到罐內(nèi)的料位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，料位高報(bào)警。打開充料錐 閥，卸料站的氧化鋁粉料在重力的作用下落入罐內(nèi)，下料供風(fēng)閥打開，使裝料過程順利進(jìn)行。當(dāng)雙層氧化鋁儲(chǔ)料倉(cāng)的料位達(dá)到上限，就發(fā)出停止供料信號(hào)，濃相輸送系統(tǒng)收到信號(hào)后，停止供料。 濃相輸送系統(tǒng)的工藝流程 氧 化 鋁 倉(cāng) 庫(kù)1 壓 力 罐 2 壓 力 罐雙 層 氧 化 鋁儲(chǔ) 料 倉(cāng)濃相雙管輸送 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 氧化鋁濃相輸送工藝簡(jiǎn)圖 本設(shè)計(jì)采用無壓進(jìn)料，正壓出料的輸送方式。輸送管道內(nèi)風(fēng)速一般為 3m/s,氣料 比為 30。 濃相輸送系統(tǒng)工作原理 濃相輸送系統(tǒng) 的工作原理是：物料進(jìn)入壓力罐中后經(jīng)壓縮空氣加壓呈沸騰狀態(tài) ， 并維持這一狀態(tài) ， 確保物料進(jìn)入特制的濃相管中就被壓縮空氣分割 成一段一段的料栓向前流動(dòng) ， 將電解生產(chǎn)所需的氧化鋁料輸送到凈化儲(chǔ)倉(cāng)中 。內(nèi)管每隔一段距離上開有一特制孔 ,使物料進(jìn)入濃相管后被分割成料栓而向前流動(dòng) ,實(shí)現(xiàn)物料的輸送。壓力容器的選材應(yīng)根據(jù)壓力容器的使用條件、材料的焊接性能 ,容器的制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性來選擇。 助吹管管 口接壓縮空氣 ,吹動(dòng)物料 ,使物料順利從 出料 管排出。當(dāng)壓力罐里的物料達(dá)到要求的高度時(shí) ,壓力罐上的料位計(jì)發(fā)出信號(hào) ,氣缸桿縮回 ,錐閥向上運(yùn)動(dòng) ,關(guān)閉錐閥 ,停止 加料。 當(dāng) 壓縮空氣進(jìn)入 壓力罐的 氣缸 后 ,氣缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu) ,通過連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)錐閥上下運(yùn)動(dòng)同時(shí)打開錐閥。 壓力罐系統(tǒng) 壓力罐系統(tǒng)是濃相輸送的重要設(shè)備 ,它是由壓力罐、出料裝置、噴射裝置、排氣裝置和控制閥門等共同組成。 濃相輸送系統(tǒng)組成及主要設(shè)備 濃相輸送技術(shù)是由壓力罐系統(tǒng)、濃相管和 PLC 自動(dòng)控制設(shè)備等組