PLC在尾氣干燥系統中的應用

劉 力

（遼寧裝備制造職業技術學院， 遼寧 沈陽 110161）

PLC在尾氣干燥系統中的應用

劉 力

（遼寧裝備制造職業技術學院， 遼寧 沈陽 110161）

總結了PLC在尾氣干燥系統中的應用經驗，較詳細地介紹了系統的特點、工藝、工作原理。對系統硬件構成和軟件的具體編程方法進行了詳細的闡述。分析了系統運行可能出現的常見故障，給出了程序按工藝特點進行排查故障的邏輯順序和方法。

PLC；氣體干燥；梯形圖

尾氣干燥器是干燥 PTA化工裝置生產過程中的潮濕氮氣的設備。通過此裝置可將潮濕的氮氣干燥，以達到應用指標。此干燥裝置的平穩運行在系統中起著至關重要的作用[1]。干燥器可以采用可編程控制器（PLC），大大提高了生產的自動化和安全性。此系統具有可靠性高、靈敏性強、設計安裝簡單、維修方便等優點。

1 系統概況

1.1 尾氣干燥系統的工作原理

濕潤的氣體在高壓作用下，氣體的體積會相對減小，其濕度會增大，此時通過干燥劑，其中大部分的水分會被干燥劑吸去，這樣就實現了氣體的干燥過程。吸足水分的干燥劑在相對低壓的環境的情況下，其中的水分則會析出，再用干燥過的氣體吹掃，其中的水分就可被徹底的除去，從而實現了干燥劑的再生。

此氣體干燥系統由主要由兩個干燥塔構成。對于每一個干燥塔來說，其工作主要分為兩個階段：

（1）對氣體的干燥；

（2）干燥劑的再生。

正常工作時兩個干燥器同時工作，一個用于氣體干燥，另一個則用于干燥劑的再生。此外由于干燥劑的再生需要一相對低壓環境，為了防止打碎干燥劑，干燥劑在再生前有一個降壓過程。干燥劑的干燥則要在相對高壓的情況下進行，故在干燥劑再生結束后用于干燥氣體前又有一個升壓過程。

1.2 尾氣干燥系統的工藝實現過程

尾氣干燥系統是一個運用PLC來實現的自動控制系統，主程序主要由十步構成，現場裝置結構圖如圖1所示。

圖1 尾氣干燥系統的裝置結構Fig.1 Tail gas drying system device configuration

其具體的實現過程如下：

第1步：A塔干燥，B塔離線。

XCV3355及XCV3364處于打開狀態，其余閥關閉。

相對上一步閥的動作情況為：XCV3360，XCV3369和XCV3365關閉。

第2步：A塔干燥，B塔降壓。

閥的動作情況為：XCV3359打開。

第3步：A塔干燥，B塔再生。

閥的動作情況為：XCV3368和XCV3367打開。

第4步：A塔干燥，B塔升壓。

閥的動作情況為：XCV3390打開，XCV3359和XCV3367關閉。

第5步：B塔上線。

閥的動作情況為：XCV3360和XCV3369打開，XCV3390關閉。

第6步：B塔干燥，A塔離線。

閥的動作情況為：XCV3355、XCV3364和XCV3368關閉。

第7步：B塔干燥，A塔降壓。

閥的動作情況為：XCV3356打開。

第8步：B塔干燥，A塔再生。

閥的動作情況為：XCV3365和XCV3367打開。

第9步：B塔干燥，A塔升壓。

閥的動作情況為：XCV3390打開，XCV3356，XCV3367關閉。

第10步：A塔上線。

閥的動作情況為：XCV3355和XCV3364打開，XCV3390關閉。

當系統執行完第10步后會自動跳轉到第一步，從而使系統完成對閥的順序邏輯控制。

1.3 工藝說明

此尾氣干燥系統工作時，始終有一個塔處于干燥狀態，一個塔處于干燥劑的再生狀態。即尾氣的干燥時間與干燥劑的再生時間大致相當，此時間的長短可由程序設定。催化劑的再生時間不應太長，如果太長則意味著另一塔中的干燥劑被過長時間的使用，那樣則會使另一塔中的干燥效果大大降低，進而也會影響本塔中干燥劑的再生質量，最終會導致整個系統的干燥效果下降。如果催化劑的再生時間過短則會直接導致再生干燥劑的干燥質量下降，從而直接導致系統的干燥效果不佳。系統的干燥時間和再生時間主要由所要干燥氣體的濕度及干燥后氣體的指標決定，一般通過現場實驗確定。為使系統干燥效果達到最佳，系統地干燥和催化劑的再生時間的確定比較關鍵。

2 系統的構成

根據系統所要實現的功能并考慮到各種品牌的PLC的性能價格比我們選擇了SLC500型可編程控制器。該機型具有編程簡單、維護方便、功能較強、抗干擾能力好、通信連網方便等優點[2]。

2.1 硬件構成

該系統的硬件配置如圖2所示。系統以SLC/03中央處理器為核心，內部擴展16K EEPROM存儲器；安裝了一個通信模塊，用來與上位機通信，通訊模塊與中央處理器集成在一起，集成塊上還有備用電池，當系統掉電時保證硬件中的程序不丟失[3]；此外機架上還有5個信號輸入模塊、三個信號輸出模塊。

圖2 系統硬件配置簡圖Fig.2 System hardware configuration

2.2 程序設計

2.2.1 編程方法

系統編程在上位機內完成，并寫入PLC的CPU內。編程時采用6200系列6.01軟件，該軟件提供了一個完整的編程環境，可以進行離線編程和在線連接、調試、下裝等功能[4]。

2.2.2 程序說明

系統程序的編寫采用了梯形圖語言。程序在編寫時主程序段采用了指令順序發生器SQO功能塊，主程序共有十步[5]。考慮到保障系統的安全性[6]，程序中配有監控及重要故障的報警程序，如圖3所示。

系統的主程序主要按工藝流程完成對十臺閥的時序邏輯控制，以完成對左塔和右塔輪流干燥和催化劑再生的控制過程。

系統正常工作時，T4:0（RTO）用以延時計數，使T4:0(DN)產生以秒為時間間隔的脈沖。此脈沖經計數器C5:0（CTU）后，使C5:0（DN）產生以5 s為間隔的時間脈沖來驅動當前的計數器C5:1。

當C5:1計數器計滿時，C5:1(DN)便產生一脈沖，同時觸發 SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)指令順序發生器，使其發出指令。SQO(#B10:0)發出的指令，送給B11:0-B11:7八個節點，控制其節點的工作狀態，從而達到控制現場閥的目的；同時SQO(#N7:0)發送相應的指令給C5:1PRE，改變C5:1中PRESET的值，從而實現了控制下一步的運行時間。

當系統執行完第十步后順序指令發生器會自動地繼續從第一步開始，從而使系統完成了對閥的順序邏輯控制及連續控制[7]。

當系統出現故障時，主程序的第一行中則會有邏輯線圈出現斷路，T4:0（RTO）便會停止計數，相應的隨后的計數器 C5:0（CTU）、C5:1（CTU），以及程序指令發生器SQO(#B10:0)和SQO(#N7:0)都會停下來。此時通過程序指令發生器 SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)可以看出在第幾步停下來的，通過C5:1（CTU）。

圖3 主梯形圖Fig.3 Main ladder diagram

便可得出系統故障出現的具體時間。

此外可以通過修改 SQO(#N7:0)中#N7:0中的數值便可設定系統的干燥及干燥劑的再生時間。根據第一行中出現的斷路的邏輯線圈便可以迅速判定系統的故障類型[8]。

綜上可知，此軟件系統使為裝置平穩安全運行提供了可靠性的保證，為系統的維護許多方便。

3 系統的常見故障與分析

此干燥系統的主要常見故障有：升壓故障、降壓故障和閥位故障。

3.1 升壓故障

升壓過程位于干燥劑再生完成后，干燥塔用于干燥氣體前的準備過程。如果塔壓升不上去，將會直接影響氣體的干燥效果。塔升壓故障，也會導致系統停止運行。

3.1.1 左塔升壓故障

在程序中節點B3/12將帶電斷開，系統停止向下運行。

常見故障原因：用于測量升壓信號的壓力測量點出現故障引起的系統誤動作。

如果壓力測量無誤，結合工藝條件分析：當左干燥塔升壓時，XCV3365、XCV3360、XCV3369和XCV3390處于開狀態，其余閥關閉。如果在升壓報警中沒有閥位報警，很大情況下說明閥體執行了動作，主要的故障原因很大程度上是由于閥體漏氣造成的。分別考慮與左塔相連的XCV3364、XCV3365、XCV3356和XCV3355這四臺閥，除XCV3356所連接的管線較高壓的塔壓低外，其余三臺閥所連管線都不低于塔壓。所以在左塔升壓時出現報警很多時候是由XCV3356閥體執行機構密封度不好造成的。

3.1.2 右塔升壓故障

在程序中節點B3/13將帶電斷開，系統停止向下運行。常見故障原因：

（1）用于測量升壓信號的壓力測量點出現故障引起的系統誤動作。

（2）檢查閥XCV3359是否泄漏，原因與左塔情況相同。

3.2 降壓故障

降壓故障分為左塔降壓故障和右塔降壓故障，此時會引發系統報警。

3.2.1 左塔降壓故障

常見故障原因：塔壓測量有誤，引起系統的誤報警。

如果結合現場儀表，發現壓力測量無誤。此時結合工藝分析可知，此時除XCV3360、XCV3369和XCV3356處于開狀態外，其余閥位處于關閉狀態。對于左塔而言，XCV3365、XCV3364和 XCV3364都與高壓管線相接，其中任何一個閥泄漏都會出現低壓報警的故障。故可能的原因為：XCV3355、XCV3365或XCV3364泄漏會引發此故障。此外如果XCV3356或XCV3367動作不到位，未達到全開程度阻礙泄壓，也會造成系統的降壓報警。

3.2.2 右塔降壓故障

常見故障原因：塔壓測量有誤，引起系統的誤報警。

如果結合現場儀表，發現壓力測量無誤。此時結合工藝分析，與左塔降壓故障同理可知，可能的原因為：XCV3360、XCV3369或XCV3368泄漏會引發此故障。

此外如果XCV3359或XCV3367動作不到位，未達到全開程度阻礙泄壓，也會造成系統的降壓報警。

3.3 閥位故障

程序在執行過程中控制閥動作，如果閥沒有在給定的時間內動作或動作不到位，程序將延時一段時間，如果在延時時間內仍不能到位，主程序中T4:1/DN節點斷開使系統停止運行。常見故障原因：

（1）閥位開關出現故障。

（2）閥體被干燥劑卡住不能執行到位。

4 結束語

該PLC自動控制系統自改造以來，運行狀態良好，保障了尾氣干燥系統的安全平穩運行，取得了可觀的經濟效益和巨大的社會效益。

［1］王紅星,李建華,趙洪濤,張秀然. 基于PLC的回轉式垃圾焚燒爐自動控制系統[J]. 自動化技術與應用, 2005(06):44-46.

［2］王春芳. S7-300PLC在焚燒爐自動控制系統中的應用[J]. 造船技術,2004(04):15-18.

［3］李軍,張航,羅大庸. PLC在垃圾焚燒爐控制中的應用[J]. 電氣時代,2006(11):96-97.

［4］魏智勇,張勇. 低壓電器試驗監控系統設計與通用監控平臺開發[J].電氣時代, 2009(01) :106-108.

［5］周永茜,姜克寒.故障安全控制系統H51q/HRS(PES)在苯酚丙酮裝置的應用[J].中國儀器儀表,2009(09):262-266.

［6］王永順,應剛．PLC在焚燒爐安全聯鎖系統上的應用[J].自動化儀表,2004,25(12):53-55.

［7］李崇志.安全聯鎖系統設計要點[J].自動化儀表,1985(03):30-32.

［8］方鵬迪,孫小方,陳武,趙杰夫,潘海天．安全控制系統發展概述及其可靠性提高的研究現狀[J].工業儀表與自動化裝置,2011(1):14-18．

Application of PLC in Tail Gas Drying System

LIU Li
（Liaoning Vocational College of Equipment and Manufacturing，Liaoning Shenyang 110161，China）

Experiences of application of PLC in tail gas drying system were summarized. The characteristics, process and working principle of the system were introduced. The hardware configuration of the system was discussed as well as software programming method of the system. Common faults of the system were analyzed; the logical sequence and method to investigate faults based on the process characteristics were put forward.

PLC; Air-drying; Ladder diagram

TP 273

A

1671-0460（2014）11-2431-04

2014-09-17

劉力（1979-），女，遼寧錦州人，講師，碩士，2002年畢業于沈陽化工學院自動化專業，研究方向：計算機控制系統研究。E-mail：lili-smile@163.com。