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关键词： 铝材表面处理 西门子PLC 在线滴定仪 防氧化工艺 控制加药摘要： 随着社会经济的发展，大力建设各种基础建筑设施，于是对建筑铝材的需求大大增加，铝材在应用前需要进行表面处理,以提高其抗腐蚀性能,并形成一层容易与有机涂层结合的表面层,以利于随后的表面涂层装饰，所以好的铝材表面处理需要一系列的工艺进行加工，包括脱脂，去离子水洗，钝化等一些防氧化工艺操作，从而提高铝材的质量，因为大部分溶液呈强酸性，所以为了安全与效率，通过西门子PLC与PH极性传感器和变送器，来检测溶液PH值，再通过在线自动滴定仪来检测溶液中的铝点和游离酸的含量对溶液分析后的数据传入PLC中，通过PLC所编写的逻辑来判定条件来控制计量泵来控制加药。

引言

通过大力发展基础设施，从而对铝材的产量与质量有所要求，通过对铝材表面前处理进行自动化控制，研究是否可推动化工安全生产作业，提高化工企业生产水平，从根本上控制安全问题。主要针对铝表面抗氧化工艺生产环境，为防止过量接触化学品导致的一些身体危害、解决人工检测处理能力不足等问题，研究设计一套基于PLC的自动加药监控系统。

2 研究现状

进入20世纪以后，科学技术的发展越来越快，自动化技术逐渐代替人工，从而达到增加产量，提高质量等作用。比如说自动加药系统，基本上都是通过PLC来实现自动加药，因为PLC在工业上稳定性强，并且能在恶劣环境下持续工作，并且要为了测量值的精准，要选择合适的PH传感器与变送器。

基于PLC控制的系统设计

2.1.1 基于PLC的控制流程设计

2018年8月，长沙理工大学 物理与电子科学学院的冯佳瑶，乔越，贺慧勇，蔡启祥，黄英俊针对人工加药精度不够，pH 参数变化大的问题，研制了一套多参数控制的自动加药系统。从控制原理出发，研究电厂加药的控制部分，从硬件以及软件两方面阐述了加药系统的组成、功能以及设计思路，最终某电厂的实际运行结果表明，多参数控制电厂加药系统能够通过WinCC 来实现对生产现场的监控以及pH 曲线实时观察的功能^[1]。该研究详细的介绍了自动加药系统的控制方式，和工程实施的思路，画面组态通过WinCC来编写，从而实现对生产的监控，但由于为了节约成本，于是我们舍去用WinCC来监控，而用HMI触摸屏来实现实时监控与控制^[2]。

2.1.2 基于PLC的自动控制模式设计

2019年3月15日，栾松义、董建华、马贺为避免絮凝剂的浪费从而基于西门子S7-300PLC 的矿山井下充填自动加药系统包括加药配比、搅拌混合、输送沉淀和人机交互。1． 1 加药配比加药配比分为手动和自动2 种模式。药箱液位保持根据自动化模糊控制，通过雷达液位计实时监测药箱的液位值，根据液位差，采用西门子S7 － 300PLC 进行模糊控制，调节进水调节阀门开度控制补水量。当药箱液位达到高线设定值时，关闭进水调节阀门。当目标液位与实际液位差增大时，增大进水调节阀门的开度。药箱内液位与进水调节阀门形成一个闭环，保证药箱溶液保持在相对理想的稳定范围内。在药箱补水时，流量计监测进水流量，系统以进水流量大小及补水量为依据，控制絮凝剂添加量，进行絮凝剂的投放。絮凝剂在投放过程中，依据补水量按比例进行添加，进水量与加药量的比例保持在5 ∶ 1。为保证药箱药剂浓度在理想范围内，药剂投料机时刻根据进水流量值调整投料电动机频率。当补水流量大时，系统将增大投料电动机频率，加大絮凝剂投放量。依据现场管道及实际运行情况，投料电动机的频率最大不能超过30 Hz; 当停止补水时，投料电动机停止加药，始终保证药箱絮凝剂在合理的浓度范围内^[2]。该研究介绍了通过不同的控制方式从而可以达到减少成本的损耗，增加产量。调节控制的方式分为全自动与手动

2.2 PLC及传感器变送器等硬件选型

2006年，黄河水利职业技术学院，北京和利时系统工程股份有限公司高国光，武平丽介绍了用于在线检测和控制的SHDM-135型pH计的工作原理、连接方式、校正方法及使用中的注意事项^[3]。pH值的测控广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域, 它以实时的数据为生产控制带来了极大的方便, 解决了化验室跟踪分析时数据严重滞后、不能完全代表装置生产状况的问题。下面以SHDM -135型pH计在离子膜烧碱装置中对过滤盐水的pH值的测控为例, 介绍pH值的在线检测和控制方法。要SHDM -135型pH计pH计也称酸度计, pH值代表了氢离子浓度的大小。SHDM -135型pH计是以电位法为原理的pH值测定仪, 它由传感器和变送器2部分组成。传感器由参比电极、工作电极和外面的壳体组成。当被测溶液流经传感器时, 电极和被测溶液就形成一个化学原电池, 两电极间产生一个原电势, 该电势的大小与被测溶液的pH值成对数函数关系, 测定两电极间的电位差就可以得到被测溶液的pH值。应用于在线测控的pH计的传感器和变送器是两个独立的部件, 它们之间通过专用电缆连接起来^[4]。变送器有二线制和四线制2 种, 均可以向二次仪表或DCS提供4 ～ 20 mA的标准直流信号, 检测和控制十分方便^[5]。该研究得知PH传感器的工作原理、选型和接线方法，从而输出模拟量到我们使用的PLC上来获取数据。2018年4月23日，张志勇; 李谦; 阿巴拜克热·买买提; 古丽米拉·克孜尔别克针对农业灌溉水肥一体化技术应用中水肥液pH值监测的客观需求,研究并设计了一种高精度pH值变送器,其以低功耗ARM Cortex-M0 内核的MKL26为微控制器,集成了信号调理技术、变送技术、自校准技术和现场总线技术于一体,实现了自动温度补偿和自动标定功能,同时解决了pH值变送器的低功耗、抗干扰、低成本、远距离传输,以及与现场总线连接等问题。通过验证比对实验,该pH值变送器测量误差小于1%,具有良好的稳定性与可靠性^[6]从该研究得知高精度的变送器的内置程序与硬件的搭配，从而可以更好的选变送器的型号和精度。下位机选用Siemens S7-300 PLC (S7-315-2DP) 与ET200远程模块和I/O模块集成。Siemens S7-300 PLC具有简单实用的分散式结构和多界面网络能力, 使其在应时十分灵活, 控制任务增加时可自由扩展。ET200远程模块是由于污水处理工艺控制回路多, 占地面积大, 为避免铺设大量控制线路而专门设置, 采用Siemens ET200模块将一部分I/O放置在距离中心控制室较远而控制点又比较集中的地方, 利用Profibus-DP通信协议形成远程I/O^[7]。下位机在污水处理控制系统中主要执行逻辑控制、数据采集和自动调节功能，但由于我们只需要近距离点对点传送，为了降低成本，选用RS485通讯，并且使用Siemens S7-1200更高强度CPU处理能力并且附带RS485通讯接口的PLC类型^[8]。在PLC中编写软件程序, 由PLC输出点控制电控箱内固态继电器接通和断开, 固态继电器再控制气动阀门上的二位五通电磁阀, 完成气动阀门的开关动作。通过PLC计算, 固态继电器接通和断开的时间可控, 气在PLC中编写软件程序, 由PLC输出点控制电控箱内固态继电器接通和断开, 固态继电器再控制气动阀门上的二位五通电磁阀, 完成气动阀门的开关动作。通过PLC计算, 固态继电器接通和断开的时间可控, 气动阀门的开和关即可控, 再测量标定出每秒流经气动阀门的液体流量, 即可实现液体流量的精确控制。但不能使用普通继电器, 原因是普通继电器频繁动作时极易烧坏^[9]。固态继电器为半导体结构的无接点继电器, 可实现高速高频率动作, 适用于控制器I/O信号的传输^[6],因为考虑泵的流速不大，我们使用普通的继电器来控制泵的电源从而控制泵的开启和关闭，来控制加药^[10]。

3 结论

已经理解了如何使用西门子PLC来设计一套自动检测控制加药系统，对于PH传感器的选型与变送器的原理以及使用有了明确的认识。