水力除焦控制系統設計

王維艷

(北方工業學校，遼寧 盤錦 124021)

石油化工廠延遲焦化裝置的水力除焦系統的除焦方式大多為井架水力除焦，水力除焦系統主要以高壓水泵為核心，綜合了除焦控制閥、泵閥、塔閥及切焦頭等設備，和供水、供油系統，協調動作運行和通信。在此，筆者以PLC為控制核心，為遼寧華錦化工集團延遲焦化裝置的水力除焦系統設計控制系統，重點介紹其硬件結構和軟件流程。

1 水力除焦PLC控制系統①

用于水力除焦的控制系統的控制對象相對較少，控制過程也相對簡單，但現場的工作環境惡劣，對安全生產的要求很高。化工廠對除焦設備的可靠性有著更高的要求，因此筆者選用本質安全的PLC器件，作為本系統的控制核心。PLC在結構上有整體密封或插件組合式，采取了抗干擾措施，具有很高的可靠性，并且安裝簡便、維護量

少、通用性強且性價比較高。以PLC為核心設計水力除焦控制系統，為解決延遲焦化裝置的除焦問題，提供了一種有效的解決方法。綜合本延遲焦化裝置的結構特點，筆者選用了單一式PLC。

2 系統結構

水力除焦控制系統的結構如圖1所示，由于本系統的監控系統不是很復雜，考慮到性價比，選擇由AB公司的PLC以及相應的指示燈、監視器、按鈕、開關組成的一個主控制盤，39m的操作平臺配備了3個控制盤作為操作員現場監控設備，控制盤的主要功能是以手動操作為主的。通過PLC和控制盤完成對整個水力除焦過程的全面控制，提高了系統運行的效率和可靠性。這種結構易于擴展，可移植性較好，具有較高的性價比，適用于化工企業延遲焦化裝置的水力除焦控制系統。

圖1 基于PLC的水力除焦控制系統的結構

本系統為監控一體化。控制盤是單一控制系統PLC與用戶進行信息交換的設備，為運行操作人員提供就地操作狀態界面，實現對生產過程的控制。

3 硬件

本延遲焦化裝置有6臺焦炭塔，焦炭塔高30m，焦炭塔頂平臺為39m，井架高78m。系統主要由高壓水泵、泵閥、除焦閥(三位閥)、塔閥、卷揚機、鉆桿、風動水龍頭、除焦器、儲水罐及焦炭塔等組成。高壓水泵是整個除焦系統的核心，通過電機帶動水泵運轉，使水升壓，達到除焦要求，它由電機、潤滑油泵、水泵及相關管線等組成；高壓水泵是多級離心泵。除焦閥是整個除焦系統的另一個核心設備，通過它能使水壓滿足滿流、予充滿和旁路3種狀態。泵閥和塔閥都屬于切斷閥，處于開或關狀態，開關信號是通過接近開關來提供給PLC的。水力除焦系統的卷揚機由變頻器間接控制，通過卷揚機實現鉆桿的上下移動，進行除焦作業。鉆桿、風動水龍頭和除焦器組合為一體，對焦炭塔內/外進行除焦。儲水罐里的水用于除焦使用。除焦過程中，儲水罐中的除焦水通過高壓水泵加壓，打到焦炭塔的平臺，依次進入高壓膠管、風動水龍頭和鉆桿，最后引至水力鉆孔除焦器，通過卷揚機的上升和下降從除焦器噴出，在焦炭塔內進行除焦。

3.1 PLC的I/O點數估算

本系統中數字量輸入(DI)包括：11個按扭、6個開關、75個狀態信號，共92個輸入信號。8個電磁閥，高壓水泵兩臺，卷揚機允許上升和下降且為數字式輸出，共44個，增加裕量后，取I/O總點數195個作為估算值，這個估算值是PLC選型的主要技術依據。

3.2 存儲器容量估算

常用存儲器容量估算公式為：所需存儲器容量(KByte)=(1.1～1.25)×(DI×10+DO×8+AI/O×100+T×2+C×300)/1024，其中DI為數字量輸入總點數；DO為數字量輸出總點數；AI/O為模擬量I/O通道總數；T為定時器/計數器；C為通信接口數。根據此估算公式計算得出本系統的存儲容量為1.99KByte。

4 軟件

系統的軟件部分為手動模塊和自動模塊，負責從上層處理器和輸入模塊取得工作參數，控制電氣設備運行。本水力除焦系統系統中，首先在軟件上設置手動部分，即當參數出現錯誤或報警時，由人工進行手動操作；另一方面，系統還通過硬件設計，可以不通過軟件進行手動操作，體現了系統的可靠性。

根據水力除焦系統運行流程的要求，PLC實現：自動模式、手動模式的功能和無擾切換，并在有故障報警時實現聯鎖保護功能。

在前文的輸入點估算中，沒有考慮到手動時還應有6個泵閥和塔閥的輸入信號共12個，加在一起應有104個輸入點。但在實際的設計中，利用手動、自動程序的輸入信號不同，把輸入點進行手動、自動切換，節省了12個輸入點，其輸入點仍為92個。

在輸出點估算中，沒有考慮到PLC故障時應有的輸出報警提示，于是又增加了兩個報警輸出點，也即總共為46個輸出點。部分輸入、輸出點的名稱、類型和地址設計見表1。

表1 輸入點名稱和地址

根據輸入、輸出點的個數，和所選PLC的型號，本系統包含的模塊如下：

主機 1746-IA16 3塊 16點115V(AC)輸入

1746-OA16 4塊 16點TRIAC輸出

1747-SN 1塊 通信卡

1746-P2 1塊 電源卡

SLC5/04 CPU

擴展 1746-IA16 4塊 16點115V(AC)輸入

1746-OA16 3塊 16點TRIAC輸出

1747-ASB 1塊 通信卡

1746-P2 1塊 電源卡

5 結束語

基于PLC的水力除焦系統在遼寧華錦化工集團投運后，經過多次調試和改進，從數據記錄和現場使用情況來看，完全滿足設計的最初要求，具有經濟實用、機構穩定、簡單可靠的特性，取得了很好的控制效果。