一种自动控制系统及金属锂蒸馏自动控制设备的制作方法

本实用新型涉及自动控制领域，具体而言，涉及一种自动控制系统及金属锂蒸馏自动控制设备。

背景技术：

金属锂具有较低的电负性，最高的电化学当量值和化学性质活泼，是理想的电池负极材料、反应堆的热载体、高能固体火箭原料、受控热核反应氘的增殖剂和航空航天的轻合金材料，已广泛用于锂电池、锂合金、原子能反应堆、冶金等工业领域，在锂电池的应用上更为突出。

工业上对金属锂纯度的要求随用途而异，电池级高纯金属锂，是指纯度在99.9％-99.99％的金属锂。它广泛应用于高性能锂电池、航空航天及各种合金结构材料，目前国内生产厂家屈指可数。电池级高纯金属锂生产线的过程控制自动化水平比较落后，绝大部分还处于手动或半自动控制水平。国内的金属锂自动控制设备自动化水平低、性价比低，高纯金属锂的产量和质量不高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自动控制系统及金属锂蒸馏自动控制设备，能有效提高高纯金属锂生产中的自动化水平；另一目的在于提高金属锂自动控制设备自动化程度，使其控制更加精确可靠，能有效提高高纯金属锂的产量和质量。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种自动控制系统，其包括用于监控和中心控制的上位站、用于控制现场装置和数据采集的下位站以及用于通信连接上位站和下位站的交换机，下位站包括主控制站和多个从控制站，主控制站和交换机通信连接，多个从控制站通过现场总线与主控制站通信连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上位站包括工程师站和操作员站，工程师站和操作员站均与交换机通信连接。

在本实用新型较佳的实施例中，工程师站设置有第一工业计算机，操作员站设置有第二工业计算机，第一工业计算机和第二工业计算机均与交换机通信连接。

在本实用新型较佳的实施例中，第一工业计算机和第二工业计算机均安装有组态软件运行锁。

在本实用新型较佳的实施例中，主控制站为可编程逻辑控制器。

在本实用新型较佳的实施例中，从控制站均为远程I/O站。

在本实用新型较佳的实施例中，远程I/O站包括用于与现场装置通信连接的开关量输入输出模块和模拟量输入输出模块。

一种金属锂蒸馏自动控制设备，包括现场装置和上述的自动控制系统，自动控制系统与现场装置通信连接。

在本实用新型较佳的实施例中，现场装置包括化料罐、供料罐、蒸馏罐、纯锂罐以及手套箱，化料罐、供料罐、蒸馏罐、纯锂罐以及手套箱通过用于物料运输的第一管道依次连接，蒸馏罐和钠钾罐通过第一管道连接，第一管道的支路上均设置有冷却电磁阀，供料罐、钠钾罐以及纯锂罐通过用于调节气压的第二管道连通，第二管道上还设置有调节气压的真空泵。

在本实用新型较佳的实施例中，化料罐、供料罐、蒸馏罐以及纯锂罐处均设置有温度传感器。

本实用新型实施例的有益效果是：自动控制系统包括用于监控和中心控制的上位站、用于控制现场装置和数据采集的下位站以及用于通信连接上位站和下位站的交换机，下位站包括主控制站和多个从控制站，主控制站和交换机通信连接，多个从控制站通过现场总线与主控制站通信连接，从控制站和现场设备通信连接，保证了各个部件之间的高速通信；同时，从控制站的输入输出信号模块，收集现场装置的化料罐、供料罐、蒸馏罐和纯锂罐的传感器和变送器的数据，快速传递到主控制站，主控制站进行调控，金属锂自动控制设备具有自动化程度高，控制精确可靠，性价比高等特点，有效提高了高纯金属锂的产量和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种自动控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种自动控制系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的金属锂蒸馏自动控制设备的结构框架图；

图4为本实用新型实施例提供的现场装置的结构示意图。

图标：100-自动控制系统；110-自动控制系统；300-金属锂蒸馏自动控制设备；200-现场装置；10-上位站；12-工程师站；14-操作员站；20-交换机；30-工业以太网；40-下位站；42-主控制站；44a-从控制站；44b-从控制站；44c-从控制站；44d-从控制站；48-现场总线；112-化料罐；114-供料罐；116-蒸馏罐；118-纯锂罐；120-手套箱；122-钠钾罐；124-搅拌电机；132a-冷却电磁阀；132b-冷却电磁阀；132c-冷却电磁阀；132d-冷却电磁阀；132e-冷却电磁阀；134a-温度传感器；134b-温度传感器；134c-温度传感器；134d-温度传感器；141-第一管道；142-真空泵；143-第二管道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1，本实施例提供自动控制系统100，其主要包括用于监控和中心控制的上位站10、用于控制现场装置200和数据采集的下位站40以及用于通信连接上位站10和下位站40的交换机20，下位站40包括主控制站42、从控制站44a、从控制站44b，主控制站42和交换机20通信连接，从控制站44a和从控制站44b通过现场总线48与主控制站42通信连接。

上位站10包括设置于中心控制室的工程师站12和操作员站14，工程师站12和操作员站14均与交换机20通信连接。另外，工程师站12设置有第一工业计算机，操作员站14设置有第二工业计算机，第一工业计算机和第二工业计算机均与交换机20通信连接。第一工业计算机和第二工业计算机通过交换机20的工业以太网30与主控制站42通信连接。

工程师站12的第一工业计算机和操作员站14的第二工业计算机通过交换机20的工业以太网30与主控制站42通信，主控制站42又通过现场总线48与从控制站44a、从控制站44b通信，因此第一工业计算机和第二工业计算机可对与从控制站44a和从控制站44b通信连接的生产设备进行监控。

第一工业计算机和第二工业计算机上均安装有监控组态软件，可以对生产中的数据进行采集从而建立历史数据库，另外还具有报警管理，操作日志管理以及权限管理等功能。第一工业计算机和第二工业计算机通过监控组态软件配合控制系统构建数据分析监控网络，为自动控制系统100的安全运行提供了保障。另外，在第一工业计算机和第二工业计算机上均设置有组态软件运行锁，该组态软件运行锁为运行无限点配置，保证了系统数据正确传输的同时，也保证了监控网络的可扩展性及安全性，确保了整个系统不被外界干扰和破坏。

工程师站12的第一工业计算机和操作员站14的第二工业计算机均可与下位站40直接通信，并且可以相互备用。当实际生产过程中遇到第一工业计算机或是第二工业计算机处于故障状态时，可以使用正常工作的工业计算机进行现场设备的数据监控和下达相关指令，保证工业生产高速有效的进行。

主控制站42为可编程逻辑控制器(PLC)，工作人员可通过第一工业计算机和第二工业计算机对主控制站42的可编程逻辑控制器的CPU程序进行程序读取以及修改。

主控制站42通过现场总线48与从控制站44a和从控制站44b通信连接，构成数据传输控制网络，数据传输控制网络与第一工业计算机和第二工业计算机组成的数据分析监控网络相互隔离，并且都能够独立运行。

现场总线48是指安装在制造或过程区域的现场装置200与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。

本实施例采用的现场总线48为PROFIBUS-DP，它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS-DP能够高速的将现场数据进行传送，主控制站42周期地通过现场总线48读取从控制站44a和从控制站44b的输入信息，并周期地通过现场总线48向从控制站44a和从控制站44b发送输出信息。除此之外，PROFIBUS-DP还能提供智能化设备所需的非周期性通信进行组态诊断和报警处理。在这里需要说明的是，现场总线48也可以为其他类型，但是每一种总线的类型都有相对的通信协议。

数据传输控制网络采用西门子专用的网络系统PROFIBUS-DP，它是全集成自动化定制的开放的总线系统，将现场设备连接到控制装置，并保证在各个部件之间的高速通信，从远程I/O站传递信号到可编程逻辑控制器的CPU模块，只需毫秒级的时间，使得整个自动控制系统100设备控制的实时性能很高。

在本实施例中，现场总线48采用的是PROFIBUS-DP，因此优先采用的是与其配套的西门子公司的S7-400系列带冗余的S7-412-5H CPU可编程逻辑控制器。S7-400是一个用于制造业和过程工业系统解决方案的自动化平台，其主要特点是具有模块化的结构并拥有性能储备，另外带冗余的CPU可针对具体自动化任务进行最佳调整的同时也可满足多重运算。这里需要说明的是，可编程逻辑控制器也可以为其他类型，以满足生产需要为前提。

请参照图2，本实施例提供了另一种自动控制系统110，自动控制系统110和自动控制系统100不同之处在于，它还设置有从控制站44c和从控制站44d。请结合图1和图2，从控制站44a、从控制站44b、从控制站44c以及从控制站44d均为远程I/O站。另外，从站的数量不限于两个或四个，它可以为多个。远程I/O站包括用于与现场设备通信连接的开关量输入输出模块和模拟量输入输出模块。具体地，采用的是ET200M高密度配置的模块化I/O站，构成集散控制系统。

ET200M模块化的设计方便安装于控制柜。另外，ET200M的IM153接口用于与PROFIBUS-DP现场总线48的连接，开关量输入输出模块和模拟量输入输出模块通过总线连接器与主控制站42通信连接。从控制站44a、从控制站44b、从控制站44c以及从控制站44d的开关量输入输出模块和模拟量输入输出模块与现场的传感器、变送器、执行器、智能控制设备通信连接，构成数据采集和现场控制网络。

该系统数据采集、现场控制网络采用ET200M作从站，可进行远程扩展，它通过一条通信线和主控制站42连接，节省了布线、节省了主控制站42自身的I/O点数。ET200M从站使用西门子S7-300PLC的输入输出及通信模块，收集生产现场传感器、变送器和执行器的数据，通过PROFIBUS-DP传输到主控制站42，具有高速、有效的性能。

除此之外，从控制站44a、从控制站44b、从控制站44c以及从控制站44d的通信模块均可通过RS485串行总线与现场的变送器、执行器以及智能控制设备进行连接的。RS-485串行总线采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。RS-485串行总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。除此之外，RS-485串行总线用于多点互连时非常方便，可以节省信号线的用量。

本实施例还提供一种金属锂蒸馏自动控制设备300，请参照图3，其包括自动控制系统100和现场装置200，自动控制系统100的远程I/O站与现场装置200通信连接。

请参照图4，现场装置200包括化料罐112、供料罐114、蒸馏罐116、纯锂罐118以及手套箱120。化料罐112、供料罐114、蒸馏罐116、纯锂罐118以及手套箱120通过用于物料运输的第一管道141依次连接；另外，蒸馏罐116通过第一管道141与钠钾罐122连接。

供料罐114、钠钾罐122以及纯锂罐118通过用于气压调节的第二管道143连通，第二管道143上还设置有调节气压的真空泵142。第二管道143上设置有多个阀门，通过阀门的开关控制以及真空泵142的配合可以调控不同时间段各个罐体内的氩气压强或真空度，是使罐体之间产生压强差，由此来便于物料的输送。

化料罐112处设置有温度传感器134a，供料罐114处设置有温度传感器134b，蒸馏罐116处设置有温度传感器134c，纯锂罐118设置有温度传感器134d。另外，各个罐体内均设置有用以监控罐内料位的真空电极。

金属锂物料在化料罐112内溶融，然后经由第一管道141输送至供料罐114，供料罐114物料储存至一定量时，物料输送至蒸馏罐116中进行蒸馏提纯，在搅拌电机124的作用下，将物料中的钠钾等杂质输送至钠钾罐122中，再将纯化的物料输送至用于储存高品质金属锂的纯锂罐118，再经由纯锂罐118的出料口输送至手套箱120进行浇铸、冷却、包装。

化料罐112与供料罐114之间的第一管道141上设置有冷却电磁阀132a；供料罐114与蒸馏罐116之间的第一管道141上设置有冷却电磁阀132b；蒸馏罐116与纯锂罐118之间的第一管道141上设置有冷却电磁阀132c；纯锂罐118与手套箱120之间的第一管道141上设置有冷却电磁阀132d；蒸馏罐116与钠钾罐122之间的第一管道141上设置有冷却电磁阀132e。冷却电磁阀132a、冷却电磁阀132b、冷却电磁阀132c以及冷却电磁阀132d对第一管道141外部缠绕的冷却管道内的冷却介质进行通断控制，从而控制第一管道141内熔融金属锂的通断；冷却电磁阀132e对第一管道141外部缠绕的冷却管道内的冷却介质进行通断控制，从而控制第一管道141内熔融钠钾杂质的通断，使钠钾杂质在冷却之后无法进入钠钾罐122。各个罐体的物料在第一管道141内进行输送时，相对应的冷却电磁阀132a、冷却电磁阀132b、冷却电磁阀132c、冷却电磁阀132d或冷却电磁阀132e由远程I/O站来控制，远程I/O站根据接收到传感器信号通过输入输出模块控制各个电磁阀的开关状态。另外，远程I/O站还通过真空电极监控化料罐112、供料罐114以及纯锂罐118的料位状况，并可通过开关量输入输出模块对各个罐体的料位进行检测、控制及报警。

远程I/O站通过模拟量输入输出模块对各主电路的交流电流变送器、压力变送器、温度传感器以及各温控主电路电压调整器进行检测和控制。

上位站10的工程师站12和操作员站14可实时监控从控制站44a、从控制站44b、从控制站44c或从控制站44d的各个罐体内的温度控制状况和料位状况、第一管道141的温控状况、各主电路工作电流状况、金属锂蒸馏生产封闭系统设备的真空度以及手套箱120内氩气压力情况。另外，在工程师站12和操作员站14均设置有打印机，可把各个从站的数据以报表形式打印出来。

综上所述，本实用新型的自动控制系统及金属锂蒸馏自动控制设备通过上位站的工程师站和操作员站组成数据分析监控网络，通过交换机和下位站的主控制站通信连接，主控制站和多个从控制站之间组成系统数据传输控制网络，从控制站的输入输出信号模块，收集现场装置的化料罐、供料罐、蒸馏罐、纯锂罐以及钠钾罐的传感器和变送器的数据，快速传递到主控制站，主控制站进行调控，金属锂蒸馏自动控制设备具有自动化程度高，控制精确可靠，性价比高等特点，有效提高了高纯金属锂的产量和质量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。