PLC控制系統(tǒng)在化工自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用

劉金龍

（唐山三友興達(dá)化纖有限公司,河北 唐山 063300）

1.PLC控制系統(tǒng)在化工自動(dòng)化系統(tǒng)中概述

眼下，隨著化工行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)逐步趨向于復(fù)雜化、高速化和自動(dòng)化，為了保證生產(chǎn)穩(wěn)定、可靠、安全地進(jìn)行，生產(chǎn)過程的參數(shù)檢測和自動(dòng)控制要滿足更高要求。PLC（可編程序控制器）系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、機(jī)械安全的保護(hù)等發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在化工行業(yè)里，比如說，在錦綸化纖生產(chǎn)過程中的聚合車間工序的控制，在硫酸生產(chǎn)過程中溫度的控制等方面有著最為重要的作用。

2.PLC控制系統(tǒng)綜述

2.1 PLC控制系統(tǒng)組成及工作原理

在化工自動(dòng)化系統(tǒng)中PLC的系統(tǒng)主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊、編程器、工作方式等五部分組成。它主要是將開關(guān)邏輯控制，通過實(shí)現(xiàn)順序控制廣泛應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制乃至自動(dòng)化生產(chǎn)線控制，以及對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。PLC系統(tǒng)能編制各種控制算法程序，完成閉環(huán)控制，使化工生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，把生產(chǎn)過程控制在最佳工況下，從而減少了原料和動(dòng)力的消耗，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。它能減少人為差錯(cuò)，保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生和擴(kuò)大，達(dá)到延長設(shè)備使用壽命、提高設(shè)備利用率的目的。

2.2 PLC控制系統(tǒng)功能

PLC控制系統(tǒng)包括有完成數(shù)據(jù)采集和順序控制等功能。在實(shí)際工作中數(shù)據(jù)采集功能將按照所要求的采樣速度，模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度及掃描周期，對(duì)生產(chǎn)過程的各種信息量（模擬量、開關(guān)量）進(jìn)行采集、處理、運(yùn)算、檢索及儲(chǔ)存等，并以文字、圖表、曲線等形式組態(tài)成各種畫面，通過上位機(jī)的液晶顯示屏顯示出來，向操作員及時(shí)提供機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的信息。順序控制SCS系統(tǒng)它將按可選的功能組級(jí)、子組級(jí)、單項(xiàng)控制方式考慮，各子組級(jí)控制功能的啟、停能獨(dú)立運(yùn)行。運(yùn)行人員能在CRT鍵盤上選擇自動(dòng)程序控制或手動(dòng)操作方式。在程序自動(dòng)執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障可向運(yùn)行人員發(fā)出中斷信號(hào)，可使正在運(yùn)行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，屏幕上可顯示程序中斷的故障原因。當(dāng)選擇手動(dòng)操作方式時(shí)，SCS系統(tǒng)設(shè)置的許可文件，可預(yù)防運(yùn)行人員誤操作。設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有最高優(yōu)先級(jí)，手動(dòng)指令則比自動(dòng)指令優(yōu)先，被控設(shè)備的"啟動(dòng)"、"停止"或"開"、"關(guān)"指令互相閉鎖，且使被控設(shè)備向安全方向動(dòng)作。SCS的保護(hù)和閉鎖功能始終有效，不允許運(yùn)行人員手動(dòng)切除。

3.PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及工作原理

我們現(xiàn)在就拿錦綸化纖生產(chǎn)過程中的聚合車間控制工序來加以說明PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及工作原理。事先我們按照系統(tǒng)性能的要求，保證操作人員的現(xiàn)場控制能力，設(shè)計(jì)"手動(dòng)"和"自動(dòng)"兩種控制方式進(jìn)行控制，用一個(gè)方式轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

在 "手動(dòng)"方式時(shí)，需采用對(duì)應(yīng)的按鈕"手動(dòng)下料"、"手動(dòng)"輸送去控制相應(yīng)的電磁閥。"自動(dòng)"方式時(shí)，要求系統(tǒng)在啟動(dòng)后按規(guī)定的時(shí)間與順序，依次進(jìn)行"下料"與"輸送"。即EV1閥得電，開啟"下料"閥，一定時(shí)間后關(guān)閉，啟動(dòng)EV2進(jìn)行"輸送"，再過一定時(shí)間后再啟動(dòng)EV1，如此周而復(fù)始，直至接到"停止"指令。同時(shí)系統(tǒng)在EV1得電時(shí)，EV5亦得電，EV2得電時(shí)，EV3亦在｝電，以便同時(shí)進(jìn)行氮?dú)獾?充氣"與"排氣"（如圖所示）。

按系統(tǒng)要求，為便于整個(gè)工藝流程操作管理的集中性，我們設(shè)計(jì)了既可在現(xiàn)場進(jìn)行近地"啟動(dòng)"與"停止"的方式，也可遠(yuǎn)地進(jìn)行"啟動(dòng)"與"停止"。該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味著實(shí)時(shí)響應(yīng)快，操作管理集中，便于集中管理。

4.PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護(hù)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中由于生產(chǎn)過程控制要求的復(fù)雜程度不同，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序和模塊化程序。其中，基本程序它既可以作為獨(dú)立程序控制簡單的生產(chǎn)工藝過程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序。模塊化程序它是把一個(gè)總的控制目標(biāo)程序分成多個(gè)具有明確子任務(wù)的程序模塊，分別編寫和調(diào)試，最后組合成一個(gè)完成總?cè)蝿?wù)的完整程序。這種方法叫做模塊化程序設(shè)計(jì)。我們建議經(jīng)常采用這種程序設(shè)計(jì)思想，因?yàn)楦髂K具有相對(duì)獨(dú)立性，相互連接關(guān)系簡單，程序易于調(diào)試修改。

在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)時(shí)。我們以PLC控制系統(tǒng)I/O分配，并依據(jù)生產(chǎn)流水線從前至后，I/O點(diǎn)數(shù)由小到大;盡可能把一個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備或部件的I/O信號(hào)集中編址，以利于維護(hù)。定時(shí)器、計(jì)數(shù)器要統(tǒng)一編號(hào)，不可重復(fù)使用同一編號(hào)，以確保PLC工作運(yùn)行的可靠性。程序中大量使用的內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位(不是I/O位)，也要統(tǒng)一編號(hào)，進(jìn)行分配。在地址分配完成后，應(yīng)列出I/O分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位分配表。

下面筆者結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述下PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，PLC各種觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用，無需用復(fù)雜的程序來減少觸點(diǎn)使用次數(shù)。同一個(gè)繼電器線圈在同一個(gè)程序中使用兩次稱為雙線圈輸出，雙線圈輸出容易引起誤動(dòng)作，在程序中盡量要避免線圈重復(fù)使用。如果必須是雙線圈輸出，可以采用置位和復(fù)位操作(以S7-300為例如SQ4.0或者 RQ4.0)。如果要使PLC多個(gè)輸出為固定值 1(常閉)，可以采用字傳送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同時(shí)都為1，可以使用一條指令將十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)0A9H直接傳送QW2即可。對(duì)于非重要設(shè)備，可以通過硬件上多個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)后再接入PLC輸入端，或者通過PLC編程來減少I/O點(diǎn)數(shù)，節(jié)約資源。例如:我們使用一個(gè)按鈕來控制設(shè)備的啟動(dòng)/停止，就可以采用二分頻來實(shí)現(xiàn)。

模塊化編程思想的應(yīng)用:我們可以把正反自鎖互鎖轉(zhuǎn)程序封裝成為一個(gè)模塊，正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)封裝成為一個(gè)模塊，在PLC程序中我們可以重復(fù)調(diào)用該模塊，不但減少編程量，而且減少內(nèi)存占用量,有利于大型PLC程序的編制。

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