本實用新型涉及自動控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種自動控制系統(tǒng)及金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備。

背景技術(shù)：

金屬鋰具有較低的電負(fù)性，最高的電化學(xué)當(dāng)量值和化學(xué)性質(zhì)活潑，是理想的電池負(fù)極材料、反應(yīng)堆的熱載體、高能固體火箭原料、受控?zé)岷朔磻?yīng)氘的增殖劑和航空航天的輕合金材料，已廣泛用于鋰電池、鋰合金、原子能反應(yīng)堆、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，在鋰電池的應(yīng)用上更為突出。

工業(yè)上對金屬鋰純度的要求隨用途而異，電池級高純金屬鋰，是指純度在99.9％-99.99％的金屬鋰。它廣泛應(yīng)用于高性能鋰電池、航空航天及各種合金結(jié)構(gòu)材料，目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家屈指可數(shù)。電池級高純金屬鋰生產(chǎn)線的過程控制自動化水平比較落后，絕大部分還處于手動或半自動控制水平。國內(nèi)的金屬鋰自動控制設(shè)備自動化水平低、性價比低，高純金屬鋰的產(chǎn)量和質(zhì)量不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種自動控制系統(tǒng)及金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備，能有效提高高純金屬鋰生產(chǎn)中的自動化水平；另一目的在于提高金屬鋰自動控制設(shè)備自動化程度，使其控制更加精確可靠，能有效提高高純金屬鋰的產(chǎn)量和質(zhì)量。

本實用新型的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種自動控制系統(tǒng)，其包括用于監(jiān)控和中心控制的上位站、用于控制現(xiàn)場裝置和數(shù)據(jù)采集的下位站以及用于通信連接上位站和下位站的交換機(jī)，下位站包括主控制站和多個從控制站，主控制站和交換機(jī)通信連接，多個從控制站通過現(xiàn)場總線與主控制站通信連接。

在本實用新型較佳的實施例中，上位站包括工程師站和操作員站，工程師站和操作員站均與交換機(jī)通信連接。

在本實用新型較佳的實施例中，工程師站設(shè)置有第一工業(yè)計算機(jī)，操作員站設(shè)置有第二工業(yè)計算機(jī)，第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)均與交換機(jī)通信連接。

在本實用新型較佳的實施例中，第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)均安裝有組態(tài)軟件運(yùn)行鎖。

在本實用新型較佳的實施例中，主控制站為可編程邏輯控制器。

在本實用新型較佳的實施例中，從控制站均為遠(yuǎn)程I/O站。

在本實用新型較佳的實施例中，遠(yuǎn)程I/O站包括用于與現(xiàn)場裝置通信連接的開關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊。

一種金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備，包括現(xiàn)場裝置和上述的自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)與現(xiàn)場裝置通信連接。

在本實用新型較佳的實施例中，現(xiàn)場裝置包括化料罐、供料罐、蒸餾罐、純鋰罐以及手套箱，化料罐、供料罐、蒸餾罐、純鋰罐以及手套箱通過用于物料運(yùn)輸?shù)牡谝还艿酪来芜B接，蒸餾罐和鈉鉀罐通過第一管道連接，第一管道的支路上均設(shè)置有冷卻電磁閥，供料罐、鈉鉀罐以及純鋰罐通過用于調(diào)節(jié)氣壓的第二管道連通，第二管道上還設(shè)置有調(diào)節(jié)氣壓的真空泵。

在本實用新型較佳的實施例中，化料罐、供料罐、蒸餾罐以及純鋰罐處均設(shè)置有溫度傳感器。

本實用新型實施例的有益效果是：自動控制系統(tǒng)包括用于監(jiān)控和中心控制的上位站、用于控制現(xiàn)場裝置和數(shù)據(jù)采集的下位站以及用于通信連接上位站和下位站的交換機(jī)，下位站包括主控制站和多個從控制站，主控制站和交換機(jī)通信連接，多個從控制站通過現(xiàn)場總線與主控制站通信連接，從控制站和現(xiàn)場設(shè)備通信連接，保證了各個部件之間的高速通信；同時，從控制站的輸入輸出信號模塊，收集現(xiàn)場裝置的化料罐、供料罐、蒸餾罐和純鋰罐的傳感器和變送器的數(shù)據(jù)，快速傳遞到主控制站，主控制站進(jìn)行調(diào)控，金屬鋰自動控制設(shè)備具有自動化程度高，控制精確可靠，性價比高等特點，有效提高了高純金屬鋰的產(chǎn)量和質(zhì)量。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的另一種自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架圖；

圖4為本實用新型實施例提供的現(xiàn)場裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：100-自動控制系統(tǒng)；110-自動控制系統(tǒng)；300-金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備；200-現(xiàn)場裝置；10-上位站；12-工程師站；14-操作員站；20-交換機(jī)；30-工業(yè)以太網(wǎng)；40-下位站；42-主控制站；44a-從控制站；44b-從控制站；44c-從控制站；44d-從控制站；48-現(xiàn)場總線；112-化料罐；114-供料罐；116-蒸餾罐；118-純鋰罐；120-手套箱；122-鈉鉀罐；124-攪拌電機(jī)；132a-冷卻電磁閥；132b-冷卻電磁閥；132c-冷卻電磁閥；132d-冷卻電磁閥；132e-冷卻電磁閥；134a-溫度傳感器；134b-溫度傳感器；134c-溫度傳感器；134d-溫度傳感器；141-第一管道；142-真空泵；143-第二管道。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該實用新型產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電氣連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

請參照圖1，本實施例提供自動控制系統(tǒng)100，其主要包括用于監(jiān)控和中心控制的上位站10、用于控制現(xiàn)場裝置200和數(shù)據(jù)采集的下位站40以及用于通信連接上位站10和下位站40的交換機(jī)20，下位站40包括主控制站42、從控制站44a、從控制站44b，主控制站42和交換機(jī)20通信連接，從控制站44a和從控制站44b通過現(xiàn)場總線48與主控制站42通信連接。

上位站10包括設(shè)置于中心控制室的工程師站12和操作員站14，工程師站12和操作員站14均與交換機(jī)20通信連接。另外，工程師站12設(shè)置有第一工業(yè)計算機(jī)，操作員站14設(shè)置有第二工業(yè)計算機(jī)，第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)均與交換機(jī)20通信連接。第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)通過交換機(jī)20的工業(yè)以太網(wǎng)30與主控制站42通信連接。

工程師站12的第一工業(yè)計算機(jī)和操作員站14的第二工業(yè)計算機(jī)通過交換機(jī)20的工業(yè)以太網(wǎng)30與主控制站42通信，主控制站42又通過現(xiàn)場總線48與從控制站44a、從控制站44b通信，因此第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)可對與從控制站44a和從控制站44b通信連接的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)上均安裝有監(jiān)控組態(tài)軟件，可以對生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集從而建立歷史數(shù)據(jù)庫，另外還具有報警管理，操作日志管理以及權(quán)限管理等功能。第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)通過監(jiān)控組態(tài)軟件配合控制系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)分析監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，為自動控制系統(tǒng)100的安全運(yùn)行提供了保障。另外，在第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)上均設(shè)置有組態(tài)軟件運(yùn)行鎖，該組態(tài)軟件運(yùn)行鎖為運(yùn)行無限點配置，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)耐瑫r，也保證了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性及安全性，確保了整個系統(tǒng)不被外界干擾和破壞。

工程師站12的第一工業(yè)計算機(jī)和操作員站14的第二工業(yè)計算機(jī)均可與下位站40直接通信，并且可以相互備用。當(dāng)實際生產(chǎn)過程中遇到第一工業(yè)計算機(jī)或是第二工業(yè)計算機(jī)處于故障狀態(tài)時，可以使用正常工作的工業(yè)計算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控和下達(dá)相關(guān)指令，保證工業(yè)生產(chǎn)高速有效的進(jìn)行。

主控制站42為可編程邏輯控制器(PLC)，工作人員可通過第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)對主控制站42的可編程邏輯控制器的CPU程序進(jìn)行程序讀取以及修改。

主控制站42通過現(xiàn)場總線48與從控制站44a和從控制站44b通信連接，構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸控制網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸控制網(wǎng)絡(luò)與第一工業(yè)計算機(jī)和第二工業(yè)計算機(jī)組成的數(shù)據(jù)分析監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相互隔離，并且都能夠獨(dú)立運(yùn)行。

現(xiàn)場總線48是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置200與控制室內(nèi)的自動裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。它是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。

本實施例采用的現(xiàn)場總線48為PROFIBUS-DP，它具有高速低成本，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。PROFIBUS-DP能夠高速的將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，主控制站42周期地通過現(xiàn)場總線48讀取從控制站44a和從控制站44b的輸入信息，并周期地通過現(xiàn)場總線48向從控制站44a和從控制站44b發(fā)送輸出信息。除此之外，PROFIBUS-DP還能提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信進(jìn)行組態(tài)診斷和報警處理。在這里需要說明的是，現(xiàn)場總線48也可以為其他類型，但是每一種總線的類型都有相對的通信協(xié)議。

數(shù)據(jù)傳輸控制網(wǎng)絡(luò)采用西門子專用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PROFIBUS-DP，它是全集成自動化定制的開放的總線系統(tǒng)，將現(xiàn)場設(shè)備連接到控制裝置，并保證在各個部件之間的高速通信，從遠(yuǎn)程I/O站傳遞信號到可編程邏輯控制器的CPU模塊，只需毫秒級的時間，使得整個自動控制系統(tǒng)100設(shè)備控制的實時性能很高。

在本實施例中，現(xiàn)場總線48采用的是PROFIBUS-DP，因此優(yōu)先采用的是與其配套的西門子公司的S7-400系列帶冗余的S7-412-5H CPU可編程邏輯控制器。S7-400是一個用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動化平臺，其主要特點是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備，另外帶冗余的CPU可針對具體自動化任務(wù)進(jìn)行最佳調(diào)整的同時也可滿足多重運(yùn)算。這里需要說明的是，可編程邏輯控制器也可以為其他類型，以滿足生產(chǎn)需要為前提。

請參照圖2，本實施例提供了另一種自動控制系統(tǒng)110，自動控制系統(tǒng)110和自動控制系統(tǒng)100不同之處在于，它還設(shè)置有從控制站44c和從控制站44d。請結(jié)合圖1和圖2，從控制站44a、從控制站44b、從控制站44c以及從控制站44d均為遠(yuǎn)程I/O站。另外，從站的數(shù)量不限于兩個或四個，它可以為多個。遠(yuǎn)程I/O站包括用于與現(xiàn)場設(shè)備通信連接的開關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊。具體地，采用的是ET200M高密度配置的模塊化I/O站，構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。

ET200M模塊化的設(shè)計方便安裝于控制柜。另外，ET200M的IM153接口用于與PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線48的連接，開關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊通過總線連接器與主控制站42通信連接。從控制站44a、從控制站44b、從控制站44c以及從控制站44d的開關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊與現(xiàn)場的傳感器、變送器、執(zhí)行器、智能控制設(shè)備通信連接，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)采用ET200M作從站，可進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展，它通過一條通信線和主控制站42連接，節(jié)省了布線、節(jié)省了主控制站42自身的I/O點數(shù)。ET200M從站使用西門子S7-300PLC的輸入輸出及通信模塊，收集生產(chǎn)現(xiàn)場傳感器、變送器和執(zhí)行器的數(shù)據(jù)，通過PROFIBUS-DP傳輸?shù)街骺刂普?2，具有高速、有效的性能。

除此之外，從控制站44a、從控制站44b、從控制站44c以及從控制站44d的通信模塊均可通過RS485串行總線與現(xiàn)場的變送器、執(zhí)行器以及智能控制設(shè)備進(jìn)行連接的。RS-485串行總線采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。RS-485串行總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。除此之外，RS-485串行總線用于多點互連時非常方便，可以節(jié)省信號線的用量。

本實施例還提供一種金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備300，請參照圖3，其包括自動控制系統(tǒng)100和現(xiàn)場裝置200，自動控制系統(tǒng)100的遠(yuǎn)程I/O站與現(xiàn)場裝置200通信連接。

請參照圖4，現(xiàn)場裝置200包括化料罐112、供料罐114、蒸餾罐116、純鋰罐118以及手套箱120?；瞎?12、供料罐114、蒸餾罐116、純鋰罐118以及手套箱120通過用于物料運(yùn)輸?shù)牡谝还艿?41依次連接；另外，蒸餾罐116通過第一管道141與鈉鉀罐122連接。

供料罐114、鈉鉀罐122以及純鋰罐118通過用于氣壓調(diào)節(jié)的第二管道143連通，第二管道143上還設(shè)置有調(diào)節(jié)氣壓的真空泵142。第二管道143上設(shè)置有多個閥門，通過閥門的開關(guān)控制以及真空泵142的配合可以調(diào)控不同時間段各個罐體內(nèi)的氬氣壓強(qiáng)或真空度，是使罐體之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，由此來便于物料的輸送。

化料罐112處設(shè)置有溫度傳感器134a，供料罐114處設(shè)置有溫度傳感器134b，蒸餾罐116處設(shè)置有溫度傳感器134c，純鋰罐118設(shè)置有溫度傳感器134d。另外，各個罐體內(nèi)均設(shè)置有用以監(jiān)控罐內(nèi)料位的真空電極。

金屬鋰物料在化料罐112內(nèi)溶融，然后經(jīng)由第一管道141輸送至供料罐114，供料罐114物料儲存至一定量時，物料輸送至蒸餾罐116中進(jìn)行蒸餾提純，在攪拌電機(jī)124的作用下，將物料中的鈉鉀等雜質(zhì)輸送至鈉鉀罐122中，再將純化的物料輸送至用于儲存高品質(zhì)金屬鋰的純鋰罐118，再經(jīng)由純鋰罐118的出料口輸送至手套箱120進(jìn)行澆鑄、冷卻、包裝。

化料罐112與供料罐114之間的第一管道141上設(shè)置有冷卻電磁閥132a；供料罐114與蒸餾罐116之間的第一管道141上設(shè)置有冷卻電磁閥132b；蒸餾罐116與純鋰罐118之間的第一管道141上設(shè)置有冷卻電磁閥132c；純鋰罐118與手套箱120之間的第一管道141上設(shè)置有冷卻電磁閥132d；蒸餾罐116與鈉鉀罐122之間的第一管道141上設(shè)置有冷卻電磁閥132e。冷卻電磁閥132a、冷卻電磁閥132b、冷卻電磁閥132c以及冷卻電磁閥132d對第一管道141外部纏繞的冷卻管道內(nèi)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行通斷控制，從而控制第一管道141內(nèi)熔融金屬鋰的通斷；冷卻電磁閥132e對第一管道141外部纏繞的冷卻管道內(nèi)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行通斷控制，從而控制第一管道141內(nèi)熔融鈉鉀雜質(zhì)的通斷，使鈉鉀雜質(zhì)在冷卻之后無法進(jìn)入鈉鉀罐122。各個罐體的物料在第一管道141內(nèi)進(jìn)行輸送時，相對應(yīng)的冷卻電磁閥132a、冷卻電磁閥132b、冷卻電磁閥132c、冷卻電磁閥132d或冷卻電磁閥132e由遠(yuǎn)程I/O站來控制，遠(yuǎn)程I/O站根據(jù)接收到傳感器信號通過輸入輸出模塊控制各個電磁閥的開關(guān)狀態(tài)。另外，遠(yuǎn)程I/O站還通過真空電極監(jiān)控化料罐112、供料罐114以及純鋰罐118的料位狀況，并可通過開關(guān)量輸入輸出模塊對各個罐體的料位進(jìn)行檢測、控制及報警。

遠(yuǎn)程I/O站通過模擬量輸入輸出模塊對各主電路的交流電流變送器、壓力變送器、溫度傳感器以及各溫控主電路電壓調(diào)整器進(jìn)行檢測和控制。

上位站10的工程師站12和操作員站14可實時監(jiān)控從控制站44a、從控制站44b、從控制站44c或從控制站44d的各個罐體內(nèi)的溫度控制狀況和料位狀況、第一管道141的溫控狀況、各主電路工作電流狀況、金屬鋰蒸餾生產(chǎn)封閉系統(tǒng)設(shè)備的真空度以及手套箱120內(nèi)氬氣壓力情況。另外，在工程師站12和操作員站14均設(shè)置有打印機(jī)，可把各個從站的數(shù)據(jù)以報表形式打印出來。

綜上所述，本實用新型的自動控制系統(tǒng)及金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備通過上位站的工程師站和操作員站組成數(shù)據(jù)分析監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過交換機(jī)和下位站的主控制站通信連接，主控制站和多個從控制站之間組成系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸控制網(wǎng)絡(luò)，從控制站的輸入輸出信號模塊，收集現(xiàn)場裝置的化料罐、供料罐、蒸餾罐、純鋰罐以及鈉鉀罐的傳感器和變送器的數(shù)據(jù)，快速傳遞到主控制站，主控制站進(jìn)行調(diào)控，金屬鋰蒸餾自動控制設(shè)備具有自動化程度高，控制精確可靠，性價比高等特點，有效提高了高純金屬鋰的產(chǎn)量和質(zhì)量。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。