西门子授权代理商/电源总代理商价格

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1、引言

聚束器NB2是重离子系统中，提高束流品质的一个系统。其工作原理如图1示，

速度不同的带电粒子经过耦合有大功率高频信号的真空加速腔时将受到速度调制，终粒子的速度趋于一致。即如粒子1以V1，粒子2以V2的速度在束线中运动，其中V1小于V2，经过相同的时间，粒子2到达高频信号的负半周期，粒子1到达高频信号的正半周期，二者都受到由电场力产生的加速度a的作用，由式1-1可知经过相同的时间，粒子速度趋于一致，以达到改善束流的品质。

V2-a.t=V

V1+a.t=V      式1-1

系统如图2所示，主要由高频放大、槽路、冷却系统和供电系统四部分组成。高频放大部分是由固态宽频带放大器、电子管构成的二级放大系统;供电系统主要负责电子管的灯丝、栅、帘栅、阳和宽频带放大器的供电;加之整个是一个以分布参数为主的系统，因而槽路是改善参数和性能的重要组成部分。考虑到工作在一个有高压、低压、交流、直流、脉冲和模拟信号混合的电磁环境中，为保证控制系统的稳定性和性，采用了西门子S7-300系列的PLC、触摸屏，并结合Ethernet（工业以太网）技术设计了NB2控制系统，实现了的远程控制。

Ethernet网络是采用商业以太网通信芯片和物理介质，利用以太网交换机实现各设备间的点对点连接的工业以太网技术。能同时能支持10M和100M的以太网的商业产品。它的一个数据包多可达1500字节，可达10Mbps或100Mbps;从而实现数据的高速传输[1]。

2、控制系统组成

该控制系统要实现的连锁保护，即的冷却、电源、电子管、槽路中任一个参数出现异常，系统都能实现报警并采取相关的应急措施，确保系统的。现场控制的HMI（人机界面）是用西门子TP270组态设计的，可以实现本地操作如报警、记录、打印、参数的读取等。还能在控制室实现对冷却系统、电源、电子管的各偏置、以及激励的远程操作;并且能在处于控制室的工业PC的HMI中显示系统的运行状态、加速电压（D电压）等相关参数。

2.1、控制系统的硬件配置

为实现以上要求，该系统采用了如图3所示的结构。现场以西门子S7-300 PLC和触摸屏TP270作为高频的本地控制器和人机接口，然后经Ethernet和交换机接入已有的控制网络，后通过以太网卡连到控制室工控机，完成远程控制。

系统中所采用的PLC的配置如图3所示的配置。电源模块是PS305，能提供DC24V的电压和DC的电流。CPU 是313-2DP，此CPU模块自带32点DI/DO，而且有两路硬件产生频率为30KHZ的脉冲，以满足系统中脉冲调制和拖动槽路中步进电机所需的脉冲。采用SM338 模块读取通过SSI总线传来的电机位置编码数据。为了便于通信，配置了通讯处理器CP3413-1模块，可以直接用双绞线与交换机SWITCH相连接入已有的控制网络。此外为了产生的模拟量控制信号，采用了16位精度的SM332模块。采样信号都是4-20mA的信号，系统配置了SM331模拟量模块，以完成参数的测量。

2.2、槽路微调电容的控制

当调节激励以改变输出能量即改变D电压时，需同时改变微调电容，使耦合网络匹配，以减小反射系数[2] 。对微调电容的控制采用了如图4所示的闭环控制结构。当PLC收到来自本地TP270触摸屏的动作信号（本地控制模式）;或者收到来自Wincc的动作信号（远程控制模式）时，就调用相应的功能块FC，产生脉冲和方向信号，经驱动器放大，拖动步进电机，改变电容板间距离，从而实现对电容容值的改变和耦合网络的匹配。 其中位置传感器采用的是SICK的ATM60 SSI位置编码器,电容板的位置编码数据以SSI协议的格式，传送给S7-300的SM338 模块，通过Ethernet上传给处于控制室的工业PC，在Wincc组态的HMI中显示;同时通过Profibus把位置编码数据传给本地的触摸屏TP270，在Protool组态的本地人机界面中显示。

2.3、调理电路

为保证各个系统参数的监测，采用了如图5所示的以TP521为的光隔离模拟测量调理电路[3]，只要调节图中的可变电阻，并适当的设置SM331模块的系数因子，就能实现参数的准确测量;并在组态的HMI中显示，达到参数远程监控的目的。

3、软件设计

系统的软件设计主要包括PLC软件设计、工业PC的上位的HMI设计以及本控触摸屏TP270的HMI设计。PLC的程序设计，主要实现现场的数据测量、状态监控、控制策略的判断和与上位机的Wincc数据通信。

在Wincc组态软件环境下，分别设计了的操作流程图、状态监控图、参数测量显示图、参数趋势曲线图;并具有报警记录、报表生成、打印等功能。本地控制的触摸屏TP270的HMI设计是在Protool环境下组态完成的，其功能和Wincc组态的HMI大致相同。如图6所示其人机界面（HMI），分成了操作流程区域，参数测量监控区域，状态监控区域和功能选择区域。

Step7中程序循环组织块是OB1，通过判断来自上位工控机Wincc或触摸屏TP270的操作变量状态和PLC输入接点的状态，循环调用开关机功能块FC20，脉冲宽度调制生成块SFB49及背景数据块DB20，参数测量功能块FC21，激励信号调节功能块FC22，系统连锁保护块FC23，与DB通信的功能块FC24,整个程序结构如图7所示。当PLC加电初始化完成后，进OB1主循环块，并扫描功能块FC24实现与Wincc和TP270的通信，操作信息并接合PLC 的输入接点和辅助节点如M1.0，调用相应的功能块FC，完成相应的控制操作;同时把相关数据和参数状态通过FC24上传给Wincc，实现远程监控。在任何时刻系统参数出现异常，PLC都会调用连锁保护块FC23，使系统处于保护待机状态，并把故障显示到Wincc和TP270操作界面中告知系统运行者[3]。

5、结束语

该系统采用了西门子S7-300PLC作为本地控制器，具有抗干扰能力强，运行等优点。接合Profibus现场总线，以触摸屏TP270作为本地控制的人机接口设计，取代了以按钮、数码管、模拟表头等作为人机接口的方案;减少了系统的布线，简化了接口电路的设计等工作，并且具有设计简单、运行、显示直观等优点。采用Wincc组态HMI，使上位机操作界面友好，状态显示直观，降低了操作难度，提高了自动化水平，节省了人力资源。

本文作者点：结合Profibus总线技术和触摸屏，改变了传统以按钮、数码管、模拟表头等作为人机接口的设计思路，在EMC（电磁兼容）恶劣的情况下，的实现了系统的控制

可编程控制器简称——PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用多的一种设备。认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、/CAM将成为工业生产的三大支柱。

PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术（Computer,Control,Communication）相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。

PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大下面就其在公路交通领域的应用做一简单介绍：

PLC型交通灯控制器

将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。目前大多的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

公路收费系统中的应用—PLC型车道控制机

每个公路收费站，其车道机电设备配置、型号各有不同，因此用于控制这些设备的主机—车道控制器的结构也不尽相同，通用性、可维护性较差，不利于使用及维修，以PLC作为主机开发出的新型车道控制机，不仅可使其通用性、维 护性得到上的改善，还可以在使用寿命、稳定性机控制功能方面获得大提高，具体叙述如下：

1. 对棚灯及雾灯的控制

如前所述，由于PLC本身具有时钟功能，通过软件编程，可对棚灯、雾灯进行无人化、智能控制。

2. 对费额显示器的控制

PLC本身具有上位机接口，可接收上位收费计算机下传的数据，而PLC具有各种译码指令，可将接受的数据转换成七段显示码，输出给LED数码管进行数据显示。

3. 对挡车器的控制
将PLC用于对挡车器进行控制具有以下几方面的优势 。

（1）使用寿命长：从目前反馈情况看，目前挡车器控制电路的使用寿命大部分均不足五年这与其电路设计、元器件选型、工作环境及控制方式等因素有关，是其本身无法克服的固有缺点。PLC作为工业控制单元，应用于各种控制环境，内部电路、机械结构设计为精良，所用器件均选用标准工业级产品，其使用寿命一般可保证在十年以上。

（2）性能稳定，抗干扰性好：PLC应用于各种工业控制现场，其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境，其电压适用范围很宽，具有强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性，性能为稳定、。

（3）功能强大，实现灵活，可扩展性好：PLC型挡车器作为老型号挡车器的升级产品，其功能得到大增强，目前可实现的功能有：自动抬杆、自动落杆、防砸车、防砸人、各种情况的自动报警、设备保护及故障识别等。以上功能可实现各种组合，并可根据实际需要改变上述功能的控制过程及方式，并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能。

（4）良好的性价比：虽然PLC型挡车器的性能及功能较现有挡车器有大提高，但其成本的增加与其性能的提高并非成线性关系，所以无论将其作为整机用于新品开发，还是作为老设备改进均有其良好的性价比。

PLC作为一门控制技术在我国已有近二十年的应用，并已从工业控制逐渐向其他行业扩展，相信随着其本身性能的不断提高，其应用领域将不断拓宽，了解及掌握这一控制技术，将使我国的自动化控制技术得到广泛的应用与发展

1前言

在工业应用领域，大部分机械设备都采用、实用的控制产品对生产过程进行控制，以提高设备运行的性和生产效率。但是，在农业应用领域，由于农机设备运行环境恶劣、操作人员技术水平偏低，绝大部分机械设备没有采用的控制产品，而是采用传统的手工操作和继电器控制。

中国是个农业大国，农机设备遍布大江南北。把性能稳定、、功能强大的控制产品应用到市场的农机设备中，对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积的影响。

本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在农用液压打包机上的应用，该应用在提高农机设备自动化方面了很好效果，具有很好的推广。


2系统概述

山东某液压机械制造有限公司是国内液压打包机械的企业，其生产的液压打包机行销海内外，得到用户的普遍。液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包，为农用物质的仓储和运输提供了大的方便。由于液压打包机一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场，故对控制产品提出了较高要求。以前曾有自动化公司采用某国外PLC对液压打包机的电气控制部分进行改造，但应用效果欠佳。我们对机器运行环境进行了现场考察和反复研究，充分考虑到了现场环境的恶劣性，在性、稳定性等方面做了大量工作，提出了基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的控制系统。实际运行效果表明，该控制方案达到了预期效果，大大提高了设备的自动化水平。

液压打包机控制系统由控制单元PLC和用于操作的人机界面组成，控制单元应用和利时公司的G3系列小型一体化PLC，人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。PLC包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222，输入、输出信号详见表1。



3系统功能

采用PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能，并能对生产过程进行实时监控，完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的性，根据客户的实际需求，将经常出现故障的所有可以替换的开关按钮全部转移到人机界面上，包括油泵的启动/停止、踩箱的启动/停止、油缸的上升/下降/停止、提箱、开门、关门等操作按钮。另外，时间继电器的时间也在人机界面上设定，包括油泵电机启动延时继电器、踩箱电机避起延时继电器、踩箱电机断电延时继电器和油缸上升缓冲延时继电器。

液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预缷控制回路和开关门控制回路等，下面对各控制回路分别进行介绍。
油泵电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“泵起”油泵电机的启动按钮，主接触器C1和Y接触器C2接通，同时油泵电机启动延时继电器，通过读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到则Y接触器C2断开，同时△接触器C3接通，PLC的C2与C3两点互锁。按下“泵停”油泵电机的停止按钮，油泵电机正常停机。当电机发生过载或是有堵转情况发生时，主油泵热保护继电器RJ开关闭合，通过PLC程序控制主接触器C1立即断开，处于保护状态。故障排除后，重新启动、重新开机。当油缸过上限或下，HC1和HC2都要在PLC程序控制中加以保护。通过设定油泵电机启动延时继电器的值可以任意改变Y—Δ启动转换的时间，保转换状态。加上多重互锁和自锁，完成油泵电机的正常启动和运转，同时有指示灯显示电机的运转状态。

踩箱电机控制回路：通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“踩起”踩箱电机的启动按钮，踩箱过程开始，踩箱指示灯点亮，踩箱电机接触器C4接通，同时踩箱电机避起延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，触发PLC内部中间继电器，踩箱结束，蜂鸣器H接通告知，同时踩箱电机断电延时继电器读取文本显示器上的时间值，并开始计时。时间到，循环结束，踩箱电机与蜂鸣器H停止复位。按下“踩停”踩箱电机的停止按钮，所有的时间继电器及中间继电器均复位，踩箱电机停止。我们可以对精度高达1ms的踩箱电机避起延时继电器和踩箱电机断电延时继电器任意调整，根据不同的工作状况选取不同值，大地方便了用户操作，显著提高了生产效率。

上升、下降控制回路：上升与下降是两个相反的控制过程，由程序设计为互锁，以保证动作统一、。通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“上升”或“下降”按钮，箱体按程序动作，开始上升或下降，达到工艺要求。

提箱控制回路：系统提箱的控制保证在上升结束后进行，通过文本显示器控制键盘的按键操作，按下“提箱”按钮，提箱开始，当达到箱体上限位时，即为提箱结束。

预卸控制回路：按照工艺要求，预卸控制是在上升或提箱时间段以前进行。预卸全过程由PLC程序自动进行，油缸上升时即为预卸工序开始。读取文本显示器上的油缸上升缓冲延时继电器的时间设定值，同时开始计时，时间到预卸结束。
开门、关门控制回路：开门和关门是两个相反的控制过程，分别由文本显示器上的“开门”和“关门”操作按钮控制，内部中间继电器ZJ6和ZJ7互锁，分别完成开门和关门动作。

一、引言
随着石化工业的发展，人类日常生活及各行业对塑料制品的需求日益增长，大地推动了塑料工业的发展。 目前，塑料已广泛应用于机械、电子、医药、家用电器、食品、汽车及人类日常生活用品之中，尤其近年来随着人类生活水平的提高、消费意识的变化以及旅游产业的发展，中空制品已广泛用来盛装矿泉水、可乐等软性饮料，还包括奶瓶、瓶、化妆品瓶等。
挤出吹塑成型机是中空容器成形的主要设备，世界上80%至的中空容器是采用挤吹成形的。在我国中空塑料成型机的发展历程中，挤出吹塑成型机是发展快完善的中空塑料成型机，特别是小型挤出吹塑成型机的发展速度特别快。
近年来，挤出吹塑成型的主要技术趋势是朝着自动化、智能化、和高速度的方向发展。因此，要适应该行业技术发展趋势，就必需提高挤出吹塑成型的整体技术含量，其中就包括挤出吹塑成型的控制系统。
本文描述的挤出吹塑成型控制系统采用TrustPLC® CTSC-200系列小型PLC，CTSC-200 PLC采用了32位RISC芯片技术和软件优化设计，布尔指令执行速度达到0.15μs每步，浮点运算速度高达8μs，开关量点数多达248点，模拟量点数多达56点，扩展I/O模块种类近30种，因而无论是替代传统继电器完成简单控制，还是应用于特殊场合实现复杂控制，无论是快速的离散量顺序处理，还是复杂的运动控制，CTSC-200 PLC都游刃有余。CPU内嵌自整定PID温控算法，也有专门为温度控制应用而量身订制的内置PID温控算法的PID温控扩展模块，用户编程即可实现复杂的闭环温度控制，动态性能出色。
另外其针对电子尺推出的高速输入模块精度高达16位，单通道转换时间小于200us，而且模块本身提供1路10VDC电源输出，大的方便了基于电子尺的应用。
的CPU、智能PID模块加上高速输入模块等组合使用，大大提高挤出吹塑成型机的性能。

二、挤出吹塑成型工艺过程
挤出吹塑机是挤出机与吹塑机和合模机构的组合体，由挤出机及型坯模头﹑吹胀装置﹑合模机构﹑型坯厚度控制系统和传动机构组成。其工艺过程如下：
1．塑料的挤出
塑料加热熔化后塑炼和混合均匀成流体，再以一定的压力和容量挤入机头。
2．型坯的形成
机头内的流体在重力和挤出压力的作用下，通过机头口模挤出形成所需的型坯。
3．型坯的吹胀
将达到要求长度的型坯置于吹塑模具内合模，由模具上的刃口将型坯切断，通过模具上的进气口输入一定压力的气体吹胀型坯，使制品和模具内表面紧密接触。
4．制品的冷却
保持模具型腔内的气压，等待制品冷却定型。
5．制品的脱模
冷却定型完成后，打开模具，由机械手将制品取出。
在吹塑过程中，型坯的形成和吹胀是吹塑过程的，型坯形成和吹胀质量的高低直接影响着容器制品的质量好坏，而熔料的受热温度、挤出压力和和冷却时间将直接影响型坯的成型和吹胀质量。型坯壁厚在吹气成型过程中若没有得到有效控制，冷却后会出现厚薄不均的状况，胚壁产生的应力也不同，薄的位置容易出现破裂。因此，控制型胚壁厚对于提高产品质量和降也同样重要。
综上所述，如何控制挤出机的受热温度、挤出压力、制品的冷却时间以及型胚壁厚成为影响容器制品质量的几个关键因素。

三、控制系统设计
3.1 系统原理及配置
粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态，通过采集电子尺数据，反馈控制挤出熔料量，使熔料通过预定流速进入机头。当储料量达预定值时，机头口模打开，并根据设定的型坯壁厚曲线，调节模芯进行型坯壁厚控制。然后，将完成的制品型坯置于吹塑模腔内，模具按照设定的速度进行合模，合模时要求运动平稳，左右平衡。合模后进行吹气，型坯在气体压力的作用下紧贴模具内壁，保持压力冷却定型后开模，由机械手取出制品。
系统电气控制部分的主要配置如下：
1）控制器采用TrustPLC CTSC-200 PLC进行动作控制和50点型坯壁厚控制。
2）温度的测量采用工业铠装热电偶。温度采集由CTSC-200系列的8路热电偶模块CTSC 231-7TF32 完成，该模块集成控制器带智能PID算法，只要设置几个参数，231-7TF32模块就可以自行对所控温区进行加热或冷却，并将实时温度反馈给CPU。
3）挤出压力控制由模拟量输入模块采集压力传感器的信号来控制挤出机螺杆的转速，周时将实时压力显示在触摸屏上。
4）壁厚控制由231-7HC32高速输入模块采集型坯长度和模芯间隙的电子尺反馈信号，然后通过4通道模拟量输出模块232-0HF22控制执行机构驱动伺服阀来实现。
5）操作面板采用触摸屏完成整机的型坯温度、挤出压力、型坯壁厚以及冷却时间等各种工艺参数的设定、修改、画面显示等，采用菜单式程序控制，操作简便。
3.2 温度控制系统
在挤出吹塑的过程中，要使熔料温度稳定在设定温度，所以同时配有加热和冷却设备，常用的是电阻加热和风扇冷却。
挤出机的温度控制由PID模块CTSC 231-7TF32立完成。CTSC 231-7TF32模块集成智能PID控制器，具有8路热电偶输入，控制过程的数据通过数据存储区与CPU交换，控制精度达到±1℃。将初始PID参数和设定温度送给该模块，使能该模块的PID控制，模块便将热电偶所测得的温度送给PID控制器进行运算，然后将实时温度和运算得出的控制动作写入数据存储区，同时对PID三个控制环节的参数进行优化。CPU根据数据存储区中的值来控制输出(PWM模式下输出给DO点，模拟量模式下输出给AO)，实现温度闭环控制 。PID参数的设置、温度设定、启停控制、实时温度、温度曲线都在触摸屏上实现。
温度控制系统的结构如下图所示：

3.3 压力控制系统
挤出压力对于熔料的流变性能来说也是重要的影响因素，如果挤出工艺稳定，加工温度和螺杆速度不变，黏度是一个常数。根据黏性流体的流动可知，挤出机的挤出量与螺杆转速成正比，而机筒压力成反比。 因此，控制好挤出压力是型坏形成质量的重要。压力控制系统如图所示，图中所示压力控制是一个闭环系统，将压力传感器反馈的数据和所需的压力进行比较，并根据比较调整挤出机的螺杆转速。

3.4 型坯壁厚控制
中空容器制品因其强度要求规定了小壁厚，而早期的中空吹塑成型设备缺少型坯壁厚控制系统，为使制品薄处达到小壁厚要求，制品的其它部位就要相应加厚，造成材料的浪费。为了节省成本、缩短制品冷却时间、加快制品生产周期，一种比较经济的做法就是控制型坯壁厚。熔料从口模挤出处于黏流态流动一段时间，由于原材料特性、挤出温度和挤出流量随时间变化呈非线性变化，所以型坯在挤出过程中，型坯壁厚发生变化。为使挤出吹塑制品满足壁厚要求，采取有效措施控制型坯壁的厚度。

壁厚控制系统是对模芯缝隙的开合度进行控制的系统，也即位置伺服系统，它由控制器、电液伺服阀、动作执行机构和作为位置反馈的电子尺构成。当机头口模打开时，PLC读取机筒电子尺反馈的型坯长度，然后根据型坯壁厚曲线，通过模拟量输出模块输出±10V的电压信号给电液伺服阀，伺服阀直接驱动执行机构控制模芯上下移动，调整口模与芯模的间隙来完成口模开度的控制，进而完成型坯壁厚的闭环控制。此时，壁厚型坯设定采用数字化方式，通过操作面板完成50点型坯壁厚控制的设定，型坯壁厚曲线的纵坐标显示型坯长度，横坐标显示口模开度。
3.5 冷却时间控制
在整个吹塑成形的过程中，冷却时间是控制制品的外观质量、性能和生产效率的一个重要的工艺参数。控制适当的冷却时间可防止型坯因弹性回复而引起的形变，使制品外形规整，表面图文清晰，质量优良。但是，如果冷却时间过长，那么就会造成因制品的结晶度增加而降低韧性和透明度，生产周期延，生产效率降低。如果冷却时间过短，那么所吹制的容器会产生应力而出现孔隙，影响制品质量。因此，在挤出吹塑中需要对冷却时间做较的控制。

四、 应用实例
广东某机械实业有限公司是挤出吹塑中空成型机的制造厂家，其吹瓶机的控制采用运算速度非常快的TrustPLC CTSC-200系列CPU，配合高速的模拟量输入模块和智能PID温控模块，整个控制系统具有非常高的控制效率，精度高、速度快，在同类产品中脱颖而出，傲立潮头。
TrustPLC CTSC-200系列PLC产品在该公司使用已有较长时间，在为该公司提高产品综合性能的同时，也为他们节约了大量的成本

摘要：随着经济的发展和生活水平的提高，人民的环保意识逐渐增强，国家和地方都不断出加严格的环境污染物控制标准，使得环境监测的任务日益繁重，要求越来越高，因此手工操作的传统化学分析方法在速度和准确性等方面都渐渐适应不了形势的发展，自动化已成为监测技术发展的大趋势。 一、在线分析仪器简介 目前绝大多数的自动在线分析仪器，仍是用电脑、程序控制各种电动泵、阀、气泵，模拟人的各步操作进行分析的间歇式分析仪器，这类仪器的优点是因其是模拟手工法，故和手工法分析的结果有较好的一致性。其缺点是结构复杂、故障率高。国内某环保仪器厂商的CODCr在线分析仪使用了TrustPLC CTS7-200系列小型PLC代替单板机和工控机，大大降低了仪器控制系统故障率，并且使仪器具有强的抗干扰性及抗雷电能力；使用工业触摸屏代替按键开关,使用户界面加友好,同时还克服了按键开关易接触不良的缺陷。使得仪器的性、抗干扰性符合标准。该分析仪对自来水、江河湖泊水、工业污水以及水处理前高浓度废水等进行直接测量。可广泛应用于环境监测站、污水处理厂、自来水厂、排污监控点、水质分析室以及各级环境监管机构对水环境中COD的测量分析。 二、在线分析仪器工作原理 化学需氧量 (Chemical Oxygen Demand，简称COD)，是指在强酸并加热条件下，用作为氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，以氧的mg／L来表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度，水中还原性物质包括物、亚盐、亚铁盐、硫化物等。水被物污染是很普遍的，因此化学需氧量也作为物相对含量的指标之一，但只能反映能被氧化的污染，不能反映多环芳烃、PCB，类等的污染状况。化学耗氧量（COD）这个指标是为了了解水中的污染物将要消耗多少氧,是我国实施排放总量控制的指标之一。 流动分析（flow injection analysis,简称FIA）是基于把一定体积的液体样本通过阀切入到一个运动着的由适当液体组成的连续载流中，被注入的样本形成了一个带，并被载带到一个检测器中，样本流过检测器的流通池时，其吸光度、电电位或其它物理特性连续地发生变化，并被记录。典型的FIA仪是由以下几部分组成（如下图所示）： a)  泵：用于驱动载流通过细管。 b)  采样阀：可重现地将一定体积的样本溶液注入载流。 c)  微型反应器：样本带在其中分散并与载流中的组分反应，成为流通检测器所响应的产物。 d)  检测器：检测流体的吸光度、电电位或其它物理特性并记录。 三、系统设计 该COD在线自动监测仪正是应用FIA原理工作的，系统图如下: 载流液从载流液瓶中被恒流泵吸入，经泵加压，进入单向阀（V3），然后进入注样阀（V4）。 载流液→采样环→恒温反应器→冷却箱→流通池→背压管→废液瓶 水样→潜水泵→能差分离器→自动清洗LS环，并使水样充满LS环→喷射泵 水样→潜水泵→自动留样器→喷射泵 CO-TRUST TrustPLC CTSC-200系列PLC具有运算速度快、测量稳定、支持PPI通信等优点，系统采用PPI协议用于HMI与PLC间进行数据交换，通信速度很快

0  引言

随着生活水平的提高及环境意识的增强，人们对自身生活环境的要求越来越高，对各种污染问题越来越关注。部门为了缓解并逐步解决污染问题，要求各个工厂和城镇建立污水处理厂。

根据**要求处理后水的pH值应在6～8之间，当pH值小于6呈酸性时，需要加入碱性药水来中和；当pH值大于8呈碱性时，需要进入酸性药水。通常某工厂的生产工艺稳定后，pH值要么呈现酸性，要么呈现碱性，不可能来回摆动，所以加入药水的性质也是一定的。由于水的pH值在7附近易波动，如果加入的中和用药水过多或过少，都会使其pH发生偏差。采用人工控制的方式很难完成控制要求，故需要依靠自动控制系统，并配以PID算法来保证控制精度。在工厂中，通常有大量的强电设备，电源和电磁环境有时非常复杂，采用单片机自身在性能上的局限性，所以无法满足控制要求。采用工控机为的控制系统，在性能方面没有问题，但成本相对较高。由于可编程逻辑控制器性高、环境要求低，有多种输入/输出开关量点数组合，开关量和模拟量有良好的可扩展性，可立组成成本较低的自动控制系统，所以在污水处理控制系统中大量采用。

1  系统描述

采用三菱公司的 系列可编程逻辑控制器实现系统的自动控制，配置模拟量输入、输出模块FX-4AD和FX-2DA各一块。系统组成如图1所示。

图1  系统组成示意图

可编程逻辑控制器通电后立即对A/D和D/A模块进行初始化参数设定，对它们的工作状态进行规定；在运行过程中则负责控制A/D模块转换，接收传输来的pH模拟量，并且通过科学计算得到相应的控制用数字量，再把这个数字量传输到D/A模块。

A/D模块负责接收在线检测pH计传输过来的模拟量信号，将其转换为数字量信号传输给PLG。FX-4AD总共有4路A/D通道，大转换精度为12位，典型转换时间每通道每次为15ms，快为6ms，可以通过初始化设定缓存字段中的数据来选择。在A/D模块中有31个缓冲字段，除了少数几个保留未用外，其它各个字段都有特殊的含义和用途，在编程的过程中，合理地使用它们，可以使控制品质提高，控制加有效。

D/A模块接收PLG发出的数字信号，根据初始化时PLC对它的参数设定，把它转换为4～20mA的模拟量信号以控制变频器的输出频率，实现对药水泵转速的控制，使污水加入的药水量能根据信号大小而增减。采用三菱公司的F540系列变频器，功率为3.7kW。这种系列的变频器主要适用于风机、水泵类的负荷，有较高的性和性价比，非常适合这种场合使用。

工业污水处理系统中，应采用性能稳定、寿命较长的在线pH计，带自清洗装置，定期清洗pH探头，保系统能长期在高污染的水中测量。PH计由二次仪表和探头两部分组成，探头应固定在能比较真实地代表被测污水整体pH值的位置，二次仪表放置在离PLC系统较近的位置，便于pH值的位置，二次仪表放置在离PLC系统较近的位置，便于pH值信号的传输。PH计二次意表输出的模拟量信号大小为4～20mA与pH测量范围（0～14）成线性对应关系。

2  系统工作流程

PLC在上电工作时，初始化设定A/D模块和D/A模块的工作状态，然后才根据输入条件做出相应的输出反应。

在PLC的输入端口中，X0用于判断系统是否进入pH调节程序段（包括手、自动两种方式）。当X0闭合时，Y0控制中间继电器J11得电，并使变频器上电；同时变频器的输入端STF也得到J11输出的另一路闭号，使变频器可以输出电机正转的信号，变频器处于预备运行状态。

X1只有在X0闭合时才有效，它是手、自动切换开关。当X1的开关没有闭合时，PLC不进行加药自动控制；这时，可以手动调节频率设定器来人为控制药水的流入量。通常在某些设备发生故障不能使用自动方式来控制时，才会采用手动调节频率控制方式。

当X1输入端闭合后，PLG即会自动地向待处理污水水池中加入中和药水，进行pH值控制。在自动控制中，PLC会通过读取A/D模块中特殊存储器中的数据表针pH值的数字量，利用PLC内部PID（88号）特殊指令可以计算出输出数值，再将该数值输出给D/A模块。如前所述，D/A会输出与该数值相应的电量信号来控制药水泵的转速以控制加药量，完成对污水pH值的控制，使pH能稳定在6～8之间，位置是7。

3  软件编制

软件的编制分别为初始化、采样、分析和输出四个部分。PH值控制的总体框图如图2所示。

图2 总体程序框图

3.1 初始化

程序的初始化部分是pH控制软件编制中为重要的部分之一，主要完成对A/D和D/A模块工作状态的设置，调入数据处理和计算时所需的各个参数。如图3所示，在FX-4AD中，用1＃通道接收表示pH值的4～20mA信号，其它通道不使用，这就需要设定0＃字段，数值为“H3331”其中三个“3”表示2、3、4号通道不使用，“1”代表1＃通道接收4～20mA的pH值信号。在1＃字段中置入的数值表示A/D要经过几次累加后取出平均值作为转换的，若在这个字段中置入10，表示A/D模块自动累加10次A/D转换数值后，再除以10，得到A/D数字量。这样，可以起到滤波的作用，防止A/D信号突变。对于其它字段，如数据采集速度，各个通道的偏差量和增益量等可以根据实际情况设定。对于FX-2DA，它的0＃字段，数值设为：“H11”，“1”表示输出的电量信号为4～20mA。另外还要设置停机后数据是否要求保存到下次开机、各个通道的偏差量和增益量等。

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