CO-TrustPLC  CTS7-200 PLC在CODCr在线分析仪中的应用

一、线分析仪器简介
　　目前绝大多数自动线分析仪器，仍是用电脑、程序控制各种电动泵、阀、气泵，模拟人各步操作进行分析间歇式分析仪器，这类仪器优点是因其是模拟手工法，故和手工法分析结果有较好一致性。其缺点是结构复杂、故障率高。国内某环保仪器厂商CODCr线分析仪使用了TrustPLC CTS7-200系列高性能小型PLC代替单板机和工控机，大大降低了仪器控制系统故障率，使仪器具有极强抗干扰性及抗雷电能力；使用工业触摸屏代替按键开关,使用户界面更加友好,同时还克服了按键开关易接触不良缺陷。使仪器可靠性、抗干扰性更符合国际标准。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测量分析。

二、线分析仪器工作原理
　　化学需氧量 (Chemical Oxygen Demand，简称COD)，是指强酸并加热条件下，用重铬酸钾作为氧化剂处理水样时所消耗氧化剂量，以氧mg／L来表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染程度，水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍，化学需氧量也作为有机物相对含量指标之一，但只能反映能被氧化有机污染，不能反映多环芳烃、PCB，二恶英类等污染状况。化学耗氧量（COD）这个指标是了解水中污染物将要消耗多少氧,是我国实施排放总量控制指标之一。

　　流动注射分析（flow injection analysis,简称FIA）是基于把一定体积液体样本阀切入到一个运动着由适当液体组成连续载流中，被注入样本形成了一个带，并被载带到一个检测器中，样本流过检测器流通池时，其吸光度、电极电位或其它物理特性连续发生变化，并被记录。典型FIA仪是由以下几部分组成（如下图所示）：



a) 泵：用于驱动载流细管。
b) 采样阀：可重现将一定体积样本溶液注入载流。
c) 微型反应器：样本带其中分散并与载流中组分反应，成为流通检测器所响应产物。
d) 检测器：检测流体吸光度、电极电位或其它物理特性并记录。

三、系统设计
　　该COD线自动监测仪正是应用FIA原理工作，系统图如下:



　　载流液从专用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 CTS7-200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。 控制系统设备如下图所示：




四、总结
　　该分析仪与传统COD测量仪器相比有如下特点：

线测量快速、精确可靠，高重现性，测量范围宽，运行经济等。
操作方便、简单,易维护。
具有完善报警功能（如：液体泄漏、管路堵塞、超出量程、仪器内部温度过高、试剂用尽、高/低浓度、断电等）

CTS7-200PLC在挤出吹塑成型控制系统中的应用
结合CTS7200系列PLC的特点，描述了挤出吹塑成型控制系统的实现过程，重点突出CTS7200系列PLC在挤出吹塑成型系统中使用的优势
挤出吹塑成型机是中空容器成形的主要设备，世界上80%至90%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最快最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、高精度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核心采用TrustPLC® CTS7-200系列PLC，CTS7-200 PLC采用了高性能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，浮点运算速度达到8μs，开关量点数多达248点，模拟量点数多达56点，扩展I/O模块种类多达26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，CTS7-200 PLC都游刃有余。其专门为温度控制应用而量身订制的PID温控扩展模块，内置PID温控算法，用户无需编程即可实现复杂的闭环温度控制，而且减轻了CPU的运算负担，控制速度更快，效果更出色。
　　
　　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，极大的方便了基于电子尺的应用。
　　
　　高性能的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核心，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低成本也同样重要。
　　
　　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CTS7-200 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。温度控制由CTS7-200系列的8路热电偶模块CTS7 231-7TF22 完成，该模块集成控制器带智能PID算法，只要设置几个参数，231-7TF22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231-7HC22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，操作简便可靠。
　　
　　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CTS7 231-7TF22独立完成。CTS7 231-7TF22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。
　　
　　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方程式可知，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保障。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，并根据比较结果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最小壁厚，而早期的中空吹塑成型设备缺少型坯壁厚控制系统，为使制品最薄处达到最小壁厚要求，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，必须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，生产周期延长，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精确的控制。
　　
　　4. 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专业制造厂家，其吹瓶机的控制核心采用CTS7-200系列PLC。CTS7-200系列PLC的CPU比西门子的CPU运算速度更快，配合高速的模拟量输入模块和智能PID温控模块，使该机的控制系统上了一个台阶。另外该产品的单个模块具有较大的点数（如8路智能PID模块，8AI模块，4AQ模块等），为用户节约了成本。
　　CTS7-200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，也节约了成本，进而增强了其市场竞争力。

CTS7-200 PLC应用于集中供热系统
本文以北京某区供热厂供热系统为例，该供热厂有5台10吨燃煤锅炉供热和1台5吨燃气锅炉，二次系统有9个换热站。

系统控制要求
   一次系统监控要求
   5台燃煤锅炉供热和1台燃气锅炉的运行设置手动运行和自动运行。
   锅炉的各运行参数由PLC实时采集，并且在调度室IPC的机上显示。监控画面要求动态模拟锅炉运行过程。
   锅炉自动运行时，必须保证炉膛负压在安全的范围内。炉膛负压可以通过调节鼓风机或者引风机频率来保证。
   锅炉自动运行时，必须保证炉内的煤得到充分燃烧，提高锅炉热效率。炉膛内含氧量可以通过调节鼓风机频率来保证。
   当室外温度降低，当前运行的锅炉满负荷运行也不能满足用户需求时，自动增加一台锅炉投入运行。
   循环泵根据出回水温差来调节频率，补水泵变频运行来保证锅炉的回水压力。

  二次系统监控要求
   通过PLC实时采集换热站各运行参数，如：换热器的出水回水温度和压力、回水电动调节阀开度、水泵和电动调节阀运行状态等。
   循环泵和补水泵运行频率根据相关温度压力的变化由PLC实现自动调节。
   电动调节阀的开度由PLC根据用户的回水温度来自动调节，以达到用户室内温度不低于16℃的要求。  
   所有换热站的相关运行数据都要在调度室的IPC的监控画面上显示。

   由于燃煤锅炉自动运行的控制较为复杂但是单台锅炉输入/输出量不多，换热站比较多而且距离调度室较远；控制器选择TrustPLC CTS7-200系列PLC，性价比很高。TrustPLC CTS7-200 PLC包含丰富的指令，PID算法指令方便使用；自由口通讯模式可轻易的实现PLC与第三方设备的通讯。

系统描述

   该系统控制系统选用TrustPLC CTS7-200系列PLC，上位监控软件选用力控的组态软件PCAuto 3.62 。一次系统控制器与上位机由RS485总线的PPI协议实现通讯。二次系统1＃和2＃换热站离调度室比较近，故 TrustPLC CTS7-200 PLC与上位机直接使用PPI电缆进行通讯，其他的换热站离调度室约500到3000米，距离较远，因此上位机采用GPRS通讯方式与PLC进行通讯。

   系统网络图如下：



图1  一次系统监控


图2  二次系统监控


系统特点
   城市集中供热实行自动化管理后,改变了以前供热出现意外故障中短而无法极时修复，提高了工作效率，实现了对各支点管道的实时管理。

   为供热调度部门提供了实时、可靠的数据；及时、合理的优化热网的运行，从而使得供热系统始终在最佳工况下工作。  

   无线通讯GPRG网络的应用实现了热网的集中管理，减少了人力，节约成本。  
锅炉的自动控制与传统的控制方式相比不仅节省了能源，还达到减少对环境污染的目的
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