本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制領域，特別涉及一種EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置及其控制方法。

背景技術：

連續(xù)浸出工藝中，浸取工段內一般為六個化合槽，化合槽之間用溢流管兩兩連通，第一個與最后一個化合槽通過泵來進行回流。每個反應槽的pH控制是整個生產(chǎn)控制的重點和難點，連續(xù)浸出EMD（EMD是電解二氧化錳的簡稱）生產(chǎn)的化合過程中，工藝上按槽內化學反應的情況，把浸取工段的pH控制分三個階段，每個階段的pH控制都必須確保在設定的范圍內，并盡量減少各個槽內pH值的波動。各個化合槽按反應階段劃分，不同階段的化合槽pH值有著不同的工藝參數(shù)指標，pH值控制穩(wěn)定程度是影響最終EMD產(chǎn)品質量及生產(chǎn)成本的重要因素之一。

目前國內EMD生產(chǎn)對化合槽pH值的測量還基本采用人工取樣，然后根據(jù)試紙比對得出的結果來調整下料量。這種方法存在以下問題： 1、pH值檢測與調控存在時間間隔，滯后性大，控制不穩(wěn)定，會造成反復回調的情況；2、人工取樣容易出現(xiàn)差錯；3、EMD化合階段現(xiàn)場環(huán)境惡劣，頻繁取樣會對影響工人身體健康；4、不易形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表，生產(chǎn)過程不容易管理，造成最終產(chǎn)品質量不穩(wěn)定。國內也有一些EMD生產(chǎn)企業(yè)采用在線式的pH儀來對化合工程中pH值進行實時采集監(jiān)測，但控制還是采用人工調節(jié)的方式，產(chǎn)品質量受人為因素影響大，不穩(wěn)定。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置及其控制方法，能夠實現(xiàn)在線pH值自動采集，實際pH偏差補償，pH目標值修正，生產(chǎn)過程自動調節(jié)pH值到最優(yōu)范圍。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的技術方案是：一種EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置，包括PLC控制系統(tǒng)、操作面板，其特征在于，PLC控制系統(tǒng)包括CPU模塊及分別與CPU模塊連接的DC24V直流電源模塊、以太網(wǎng)通訊模塊、模擬量輸入模塊Ⅰ、模擬量輸入模塊Ⅱ、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊，以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板連接，控制裝置還包括四臺在線pH儀、三個電磁閥、一臺取樣泵、三個調節(jié)閥，其中一臺在線pH儀設置在1、2號化合槽之間的溢流管中，一臺在線pH儀設置在3、4號化合槽之間的溢流管中，一臺在線pH儀設置在5、6號化合槽之間的溢流管中，三個電磁閥的輸入端分別與1、3、5號化合槽連接，三個電磁閥的輸出端分別與取樣泵連接，還有一臺在線pH儀連接在取樣泵后端的管路中，四臺在線pH儀還分別與PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊Ⅰ連接，三個電磁閥和取樣泵還分別與PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊連接，三個調節(jié)閥分別連接在與1、3、5號化合槽的下料漿化罐底部，三個調節(jié)閥還分別與PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊Ⅱ和模擬量輸出模塊連接。

本發(fā)明采用的進一步年技術方案是：所述模擬量輸入模塊Ⅰ、模擬量輸入模塊Ⅱ分別是8路12位4-20mA模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊是8路12位4-20mA模擬量輸出模塊，數(shù)字量輸入模塊是16路數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊是16路數(shù)字量輸出模塊。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的另一技術方案是：一種EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制方法,其特征在于，該控制方法是利用上述權利要求1所述的控制裝置來對各化合槽pH值實時監(jiān)視及控制, 包括以下步驟：

（1）按工藝要求通過操作面板設置各化合槽的pH控制值，同時通過操作面板設置取樣泵輪換在三個不同化合槽間取樣的間隔時間、取樣pH值與在線pH值的偏差范圍；

（2）采集連接在相鄰兩個化合槽之間的在線pH儀的在線pH值，采集取樣泵后端的管路中在線pH儀的取樣pH值，采集調節(jié)閥開度反聵值、取樣泵及電磁閥工作狀態(tài)；

（3）采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬量輸入模塊Ⅰ、模擬量輸入模塊Ⅱ、數(shù)字量輸入模塊轉換成數(shù)字信號，通過PLC控制系統(tǒng)的背板總線傳輸給CPU模塊，經(jīng)過信息處理，并通過PID計算得出控制輸出值；

（4）將步驟3中得到的控制值通過模擬量輸出模塊傳送給調節(jié)閥，調節(jié)閥根據(jù)控制值改變開度實現(xiàn)漿化罐下料量的控制；

（5）PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板通訊，在操作面板上顯示pH控制值、取樣pH值、在線pH值、調節(jié)閥開度、取樣泵及電磁閥工作狀態(tài)。

本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置及其控制方法具有如下有益效果：

1、提高pH控制穩(wěn)定性：使用本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置后，各化合槽pH值反饋與工藝要求pH值偏差值不超過±0.3，配置有pH輪換取樣設備（取樣泵），定時間隔進行取樣與在線pH值進行對比，可以有效的防止在線pH儀因漿化反應液堵塞pH電極而測量出錯誤數(shù)據(jù)；

2、控制方法采用分階段PID控制，達到高精度控制的效果：

pH:氫離子濃度指數(shù)是指溶液中氫離子的總數(shù)和總物質的量的比，pH=-lg（H+）即所含氫離子濃度的常用對數(shù)的負值，所以在EMD生產(chǎn)工藝上pH在處于0-3的控制范圍內時，系統(tǒng)前端輸入的波動不會對被控pH產(chǎn)生較大作用，此時PID控制響應速度不需要過快，P系數(shù)需要調低，防止超調；而當pH在處于4-6的控制范圍內時，系統(tǒng)前端輸入的波動會對被控PH產(chǎn)生較大作用，此時PID控制需要快速響應，P系數(shù)需要適當放大；

3、自動化程度和可靠性高、操作簡單：使用本發(fā)明之EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置時，只需在操作面板對各工藝數(shù)據(jù)進行設定，控制過程是全自動的，可靠性高，不需要使用其他設備，操作起來非常方便；

4、人機界面友好：人機界面提供在流程畫面上支持控制調節(jié)窗口、報警窗口和報表窗口等，細節(jié)顯示可觀察以某操作回路為基礎的所有信息，細節(jié)顯示畫面所包含的每一個回路的有關信息，足夠詳細，以便運行人員能據(jù)此進行正確的操作；對于調節(jié)回路，顯示出設定值、過程變量、輸出值、運行方式、高/低限值、報警狀態(tài)、單位、回路組態(tài)數(shù)據(jù)等調節(jié)參數(shù)；對于開關量控制的回路，則顯示出回路組態(tài)數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)；PLC采集的儀表數(shù)據(jù)存放進工業(yè)數(shù)據(jù)庫內，能按設定進行長時間保存，查看歷史數(shù)據(jù)只需通過調用人機界面中的趨勢或報表控件即可；

5、控制方法采用目前工程實際中應用廣泛的模糊PID控制，其裝置結構簡單，參數(shù)調節(jié)穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便，方法簡單使用。

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置及其控制方法作進一步的說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置結構方框圖；

圖2本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制方法的控制原理框圖；

圖3本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制方法的控制步驟框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制裝置，包括PLC控制系統(tǒng)、操作面板， PLC控制系統(tǒng)包括CPU模塊及分別與CPU模塊連接的DC24V直流電源模塊、以太網(wǎng)通訊模塊、模擬量輸入模塊Ⅰ、模擬量輸入模塊Ⅱ、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊。以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板連接，控制裝置還包括四臺在線pH儀、三個電磁閥、一臺取樣泵、三個調節(jié)閥，其中一臺在線pH儀設置在1、2號化合槽之間的溢流管中，一臺在線pH儀設置在3、4號化合槽之間的溢流管中，一臺在線pH儀設置在5、6號化合槽之間的溢流管中，三個電磁閥的輸入端分別與1、3、5號化合槽連接，三個電磁閥的輸出端分別與取樣泵連接，還有一臺在線pH儀連接在取樣泵后端的管路中。四臺在線pH儀還分別與PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊Ⅰ連接，三個電磁閥和取樣泵還分別與PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊連接。三個調節(jié)閥分別連接在與1、3、5號化合槽的下料漿化罐底部，三個調節(jié)閥還分別與PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊Ⅱ和模擬量輸出模塊連接。

在本實施例中，所述模擬量輸入模塊Ⅰ、模擬量輸入模塊Ⅱ分別是8路12位4-20mA模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊是8路12位4-20mA模擬量輸出模塊，數(shù)字量輸入模塊是16路數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊是16路數(shù)字量輸出模塊。CPU模塊通過PLC背板與8路12位4-20mA模擬量輸入模塊、8路12位4-20mA模擬量輸出模塊、16路數(shù)字量輸入模塊、16路數(shù)字量輸出模塊進行數(shù)據(jù)交換。在線pH儀通過其內部的變送器輸出2路4-20mA信號（pH及溫度信號）至8路12位4-20mA模擬量輸入模塊。取樣電磁閥及取樣泵的開關量控制信號至16路數(shù)字量輸入/出模塊。

3臺調節(jié)閥對應控制1號、3號、5號化合槽下料量（2號、4號、6號在生產(chǎn)正常情況下不需要下料，靠前化合槽溢流），安裝在漿化罐底部。開度控制由8路12位4-20mA模擬量輸出模塊給定，實時開度反饋值送入8路12位4-20mA模擬量輸入模塊。

在線pH儀選用梅特勒.托利多品牌，能適用0-140℃工作環(huán)境，并帶有自動水洗氣沖清洗裝置，防止反應液附著在電極表面，影響測量精度?；喜蹆仍谝缌鞴芴幇惭b上封閉下不封閉的擋板，槽底反應溶液才能進入溢流。化合槽底安裝取樣電磁閥及取樣泵，取樣泵回流管道上安裝1臺在線pH儀。在線pH儀變送輸出4-20mA信號通過屏蔽電纜再經(jīng)信號隔離送至8路12位4-20mA模擬量輸入模塊，在模塊內部進行A/D轉換成±0~32768數(shù)字信號，再根據(jù)儀表測量量程換算成實際測量值。

調節(jié)閥開度信號由PLC控制系統(tǒng)給定，0-100%開度給定信號經(jīng)CPU程序換算±0-32768數(shù)字信號，通過背板傳輸給8路12位4~20mA模擬量輸出模塊，再進行D/A轉換成4-20mA信號輸出至調節(jié)閥開度接收端子。

以太網(wǎng)通訊模塊從以太網(wǎng)與操作面板通訊，將1號、3號、5號化合槽pH值&溫度、調節(jié)閥開度、取樣電磁閥、取樣泵工作狀態(tài)通過TCP/IP協(xié)議送至操作面板。在操作面板可以對pH值&溫度、目標pH控制值、pH補償范圍、取樣時間間隔等參數(shù)進行設置，設置值將通過TCP/IP協(xié)議送至CPU模塊。

本發(fā)明采用的PLC是西門子品牌的S7-300系列PLC：DC24V直流電源模塊選用型號為PS307；CPU模塊選用型號為CPU315-2DP；以太網(wǎng)通訊模塊選用型號為CP343-1 Lean；模擬量輸入模塊選用型號為SM331；模擬量輸出模塊選用型號為SM331；數(shù)字量輸入模塊選用型號為SM321；數(shù)字量輸出模塊選用型號為SM321；然后全部插到PLC背板，PLC背板選用型號為DIN導軌；并將PLC安裝固定，配上各種安裝和連接附件；然后給電源模塊供AC220V的交流電做電源。

操作面板可選用液晶觸摸屏或者PC電腦數(shù)量1臺，通過以太網(wǎng)網(wǎng)線與PLC的以太網(wǎng)通訊模塊連接。

作為本發(fā)明實施例的一種變換：所述PLC品牌可為任意品牌，即各模塊型號可謂不同品牌對應功能的模塊的型號；在線pH儀品牌可為任意品牌；但必須具備在0-140℃下正常工作能力，并配備自動清洗裝置。

本發(fā)明EMD連續(xù)浸出工藝化合槽pH值控制方法，請同時參考圖2、3所示，該控制方法是利用上述控制裝置來對各化合槽pH值實時監(jiān)視及控制, 包括以下步驟：

（1）按工藝要求通過操作面板設置各化合槽的pH控制值，同時通過操作面板設置取樣泵輪換在三個不同化合槽間取樣的間隔時間、取樣pH值與在線pH值的偏差范圍；

（2）采集連接在相鄰兩個化合槽之間的在線pH儀的在線pH值，采集取樣泵后端的管路中在線pH儀的取樣pH值，采集調節(jié)閥開度反聵值、取樣泵及電磁閥工作狀態(tài)，比較在線pH值和取樣pH值，偏差值小于設定偏差時，則按照pH偏差范圍內補償修正（補償修正方法為常用方法，在此不在詳細敘述），若大于設定偏差報警，并保持當前調節(jié)閥輸出開度，此時可選用取樣pH值替代當前槽實時pH值進行PID調節(jié)；

（3）采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬量輸入模塊Ⅰ、模擬量輸入模塊Ⅱ、數(shù)字量輸入模塊轉換成數(shù)字信號，通過PLC控制系統(tǒng)的背板總線傳輸給CPU模塊，根據(jù)當前pH值和給定pH值，CPU模塊經(jīng)過信息處理，并通過PID計算得出控制輸出值，PID計算為公知技術在此不在詳細敘述；

（4）將步驟3中得到的控制值通過模擬量輸出模塊傳送給調節(jié)閥，調節(jié)閥根據(jù)控制值改變開度實現(xiàn)漿化罐下料量的控制；

（5）PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板通訊，在操作面板上顯示pH控制值、取樣pH值、在線pH值、調節(jié)閥開度、取樣泵及電磁閥工作狀態(tài)。