研究 PLC 的鹽酸再生自動化控制系統。通過自控系統擬預期能夠將分散于現場的智能檢測單元、過程控制單元、圖文操作站和上位機有機結合，協調控制，具有動態性好、跟隨性強、調節穩定、友好對話等特點，滿足生產工藝要求，自動化程度高，操作維護方便，具有良好的控制功能、穩定的網絡性能，實際生產運行自動化。

1 引言

目前碳鋼冷軋生產工藝中消除鋼材表面氧化皮可采用酸洗工序，鋼材經鹽酸洗后產生大量的酸洗廢液，其中除含有相當數量的殘酸，還富含亞鐵鹽及少量不溶于酸的硅鋁質，若直接排放至自然環境，不僅造成嚴重的環境污染，而且浪費寶貴資源。鋼鐵企業通常對廢鹽酸液進行再生處理以循環利用[1,2]。鹽酸再生是一個把廢酸經過焙燒爐的加熱分離，使廢酸液能重新利用并生產出高質量的氧化鐵粉和再生酸的工藝過程，此生產工藝能變廢為寶，有效治理廢水、廢酸液，減少環境污染，節約及合理利用資源，是當今一項新興的環保生產項目。鹽酸再生工藝整個生產流程要求連續、緊湊、控制范圍廣，每一步工藝生產均由自動化系統進行處理，以實現整個工藝過程的自動化控制，對自動控制水平要求高。另因焙燒爐的高溫環境和鹽酸對現場設備的腐蝕性，系統對現場安全聯鎖和自動控制設備的可靠性要求更高。

2 鹽酸再生自動化控制系統設計

（1）工藝分析。鹽酸再生站采用噴霧焙燒工藝，廢酸在焙燒爐內噴成霧狀，在 550-650 ℃ 的高溫環境下，氯化亞鐵分解為氯化氫氣體和氧化鐵粉，氯化氫氣體經噴水吸收形成再生酸回收用于酸洗機組，氧化鐵粉回收利用，主要用于涂料及磁性材料工業、粉末冶金業作為原料使用。由于焙燒爐的高溫環境和鹽酸對現場設備的腐蝕性，鹽酸再生工藝對安全聯鎖和自動控制設備的可靠性要求極高。

（2）設計思路。針對鹽酸再生工藝的特點，設計了以邏輯處理功能強大的西門子 S7-400 系列 PLC 為核心的自動化控制系統，現場控制設備均采用耐酸、防腐蝕產品。總體設計思路如圖 1 所示。

（3）系統構成。鹽酸再生自動化控制系統是一個全自動 PLC 系統，用于監視和控制整個工藝過程，其系統配置如圖 2 所示。

PLC 系統處理所有從現場壓力開關、液位開關、限位開關以及按鈕等采集到的數字信號，并接收來自壓力、流量和液位變送器以及熱電偶的模擬信號。系統通過繼電器邏輯和 PID 控制邏輯給出各種輸入來執行電機的回路或使電磁閥和控制閥動作，從而實現各種操作。整個系統包括儀表系統的模擬量和數字量的控制、PID 控制、聯鎖控制及過程控制[3,4]。

儀表系統的模擬量和數字量控制模擬量和數字量控制包括對過程容器液位、過程流量、過程壓力、過程溫度的控制。儀表的數字量控制包括電磁閥、燒嘴控制、噴射量控制、馬達和設備準許、安全連鎖等控制。數據由現場傳到 PLC 后，在操作人員的監視下，控制通過 PLC 控制環路自動調節。

PID 控制 PID 控制環路既可以單獨控制，也可以實現串級控制，所有 PID 控制環路既可手動也可自動方式運行。當在手動方式時，操作人員通過選擇適合這個環路的控制閥的打開來控制輸出。當在自動方式時，PID 控制器比較操作員給定的設定值和測量的過程變量，并調節輸出直至兩者相匹配。它包括控制容器液位的 PID 控制回路、控制噴射流量的 PID 控制回路、控制焙燒爐壓力的 PID 控制回路。

聯鎖控制包括培燒焙燒爐壓力和溫度的聯鎖、泵的聯鎖、燃燒系統的聯鎖和主風機的聯鎖等一系列聯鎖控制，各聯鎖之間相互制約相互影響，保證整個系統的順利生產。

3 基于 PLC 的鹽酸再生自動化控制系統的實現

（1）基礎自動化系統實現。基礎自動化系統由人機接口（HMI）、可編程序控制器（PLC）和遠程 I/O 系統組成。HMI 采用安全可靠的工控機，大屏幕液晶高亮顯示器，系統軟件采用 Windows XP，畫面軟件使用西門子 WinCC 工控軟件。PLC 采用西門子 S7-400 系列，ET200M 遠程 I/O 系統。該系統使用 24 V DC 的數字信號，0～10 V DC 或 4～20 mA 的模擬信號，編程語言是 STEP7，可從結構上組成順序控制、間隙控制、時間控制，所有自動控制功能都可利用西門子標準軟件來完成。通過 PROFIBUS-DP 網絡連接至主機架的 CPU 模塊，編程軟件采用西門子 STEP7。PLC 與 HMI 之間，通過工業以太網進行實時數據的通信。

（2）電氣傳動設備實現。低壓配電柜和馬達控制中心（MCC）分別采用固定分隔式開關柜和低壓抽屜式開關柜，MCC 柜的工作狀態可在鹽酸再生站的 PLC 中進行監控。所有機旁操作箱的操作信號均接入 PLC，直接通過 PLC 輸出至電氣設備完成操作。廢氣風機、焙燒爐供給泵、吸收塔循環泵及爐底旋轉閥采用變頻器調速傳動。

基礎自動化系統的 PLC 和 HMI、傳動控制器和視頻顯示系統、通信系統采用不間斷電源 UPS 供電。鹽酸再生機組各層平臺均設緊急停車按鈕。

（3）過程檢測及控制系統實現。根據鹽酸再生工藝的特點，現場檢測和控制儀表盡量選擇非接觸式測量方式，并具備防腐能力的智能儀表。

過程控制系統使用過程控制服務器上的數據庫 SQLServer。數據記錄并存儲在計算機系統的數據庫中，以多種圖表形式顯示，如棒圖表，還有事件報警，歷史記錄圖等。所有的工廠信息自動實時收集并存儲在服務器動態存儲器中。同時，通過網絡將給定值發送到 PLC，控制相應設備。工程師和現場操作人員均通過訪問計算機的服務器，獲取相關數據信息，對現場設備實時控制。

（4）效果分析。焙燒爐是鹽酸再生機組的一個關鍵性設備，包括焙燒爐自動控制系統中的目標參數控制，如廢酸濃度、噴灑量及壓力、反應溫度、爐內負壓、空燃比、爐內含氧量等。焙燒爐燃燒系統工藝流程包括：助燃風機、1# 燒嘴、2# 燒嘴、3# 燒嘴，煤氣總管快速切斷閥，煤氣支管和空氣支管調節閥（圖 3）。

4 結語

基于 PLC 的鹽酸再生工藝自動控制系統，不同于一般意義上的工業自動控制系統，是在實現酸洗廢液再生裝置自主集成及創新基礎上的、適應于鹽酸再生工藝的、以邏輯處理功能強大的 PLC 集中控制為核心的自動控制系統，現場檢測和控制儀表均為具備防腐能力的智能儀表。鹽酸再生機組的自動化系統設計使操作簡化。同時，可確保操作安全，聯鎖系統可以保證在設備失效或出現緊急事故時，整個裝置自動停止工作。自動化控制水平擬接近國外先進水平。