基于三菱PLC技術的加熱反應爐自動控制

湖南商務職業技術學院電控系 羅及紅

引言

可編程控制器（PLC）是以計算機技術為核心的通用工業自動化裝置，它將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程和使用方便等特點，近年來在工業自動控制、機電一體化以及改造傳統產業等方面得到了廣泛的應用，被譽為現代工業生產自動化的三大支柱之首[1]。本論文針對加熱反應爐的實際控制要求，運用三菱PLC技術中的經驗設計法，在I/O分配的基礎上，將整個加熱爐實際控制系統分解為進料、加熱和泄料三個部分[2]，進行PLC梯形圖程序設計和程序功能分析。

1.工作示意圖（見圖1）

2.關于模擬量輸入的說明

在加熱爐控制系統中，對于溫度點和壓力點的檢測，雖然可以如本論文使用帶開關量輸入的溫度、壓力傳感器來完成，但如果檢測點很多，或者是需要根據溫度、壓力的變化經常調整檢測點，就要用很多開關量的溫度、壓力傳感器，占有很多的輸入點，安裝布線都不方便。所以，就要將溫度、壓力傳感器轉換成連續變化的模擬量，再采用PLC控制，控制性能就可以得到極大的改善[1]。

溫度控制原理如下：通過電壓加熱電熱絲產生溫度，溫度再通過溫度變送器變送為電壓。加熱電熱絲時根據加熱時間的長短可產生不一樣的熱能，這就需用到脈沖。輸入電壓不同就能產生不一樣的脈寬，輸入電壓越大，脈寬越寬，通電時間越長，熱能越大，溫度越高，輸出電壓就越高[2]。壓力控制原理與此類似。

圖1 加熱反應爐的工作示意圖[3]

圖2 PID控制示意圖

圖3 加熱反應爐的程序梯形圖

PID閉環控制：通過PLC+A/D+D/A實現PID閉環控制，控制示意圖如以下2所示。比例，積分，微分系數取得合適系統就容易穩定，這些都可以通過PLC軟件編程來實現[3]。

3.控制要求

3.1 進料控制

當下液面、爐溫和爐內壓力都小于給定值時，打開排氣閥和進料閥；當液面上升到位時，關閉排氣閥和進料閥；延時20s，打開氮氣閥，使氮氣進入爐內，增大爐內壓力；當爐內壓力上升到給定值時，關閉氮氣閥，進料過程結束[4]。

3.2 加熱反應控制

表1 加熱反應爐的I/O分配表

進料結束時，爐內溫度肯定低于要求值，此時接通加熱爐電源；當溫度達到要求值后，切斷加熱電源；維持保溫狀態10分鐘。

3.3 泄放控制

保溫10分鐘后，打開排氣閥，使爐內壓力逐漸降到起始值；維持打開排氣閥，并打開泄料閥，當爐內液面下降到液面以下時，并閉泄料閥和排氣閥，系統恢復到原始狀態，重新進入下一個循環。

4.I/O分配（見表1）

5.程序梯形圖（見圖3）

6.程序功能分析

6.1 進料控制

檢測下液面X1、爐溫X2和爐內壓力X4是否小于給定值（邏輯均為0），即輸入點X1、X2和X4是否都處于斷開狀態，若是則維持打開排氣閥Y1和進料閥Y2；當液面上升到位使X3常閉分斷，關閉排氣閥Y1和進料閥Y2，并開始延時，20s之后打開氮氣閥Y3，使氮氣進入爐內，增大爐內壓力；當壓力上升到給定值時（X4=1），X4常閉分斷，關閉氮氣閥Y3，進料過程結束。

6.2 加熱反應控制

進料結束時，爐內溫度肯定低于要求值（X2=0），X4常開閉合，接通加熱爐電源Y5；當溫度達到要求值（X2=1）后，X2常閉分斷，切斷加熱電源Y5，但當溫度下降后（X2=0）后，X2常閉又復位，又接通加熱爐電源Y5，如此反復通斷加熱爐電源Y5，維持保溫狀態10分鐘（即在此時間里，爐溫實現通斷控制，保持X2=1）。

6.3 泄放控制

保溫10分鐘后，輔助繼電器M100線圈得電，M100常開閉合，打開排氣閥Y1，使爐內壓力逐漸降到起始值X4=0；維持打開排氣閥，并打開泄料閥Y4，當爐內液面下降到液面以下時（X1=0），并閉泄料閥Y4和排氣閥Y1，系統恢復到原始狀態，重新進入下一個循環[5]。

結束語

以上加熱反應爐PLC程序經過上機模擬調試，與實際控制要求完全一致，方便實用。在程序設計上，本系統還可采用PLC基本指令編程法或PLC步進指令編程法[6]，但沒有以上經驗設計法精簡。另外，由于論文篇幅原因，沒有繪制本系統的外部接線圖，讀者可對照I/O分配表進行設計（輸入接PLC內部工作電源，輸出接外部負載工作電源）。

[1]孫振強,王暉,孫玉峰.可編程控制器原理及應用教程[M].清華大學出版社,2008(1).

[2]楊國太,陳玉.基于PLC的數控焊接機研制[J].新技術新工藝,2007(5):33-35.

[3]胡學林.可編程控制器教程(實訓篇)[M].電子工業出版社,2004,168.

[4]代尚方,劉毅.基于PLC與mcgs的加熱反應爐控制系統設計[C].中國礦業大學,2010(2).

[5]王少華,劉曉魃.電氣控制與PLC應用[M].中南大學出版社,2008,226.

[6]陳志勇,劉春生.遠紅外加熱反應爐的設計[J].河南化工,1988(2).