基于PLC的化工自動化生產控制系統研究

楊宣樂

摘要：PLC技術在化工行業中的應用，能夠有效提高化工生產控制系統的自動化水平，確保生產過程的安全可靠性。本文介紹了化工裝置設備的構成，并結合化工生產的工藝流程，對基于PLC化工自動化生產控制系統的設計進行了詳細的介紹。

關鍵詞：PLC；化工；自動化；控制系統

0 引言

隨著我國現代工業的快速發展，我國化工行業也取得了巨大進步，并逐漸朝著自動化、復雜化、高效化方向發展。在化工生產過程中，PLC技術以其使用方便、編程簡單、功能強大、可靠性高等優點，得到了廣泛的應用，對加強化工生產的安全性和穩定性、實現化工生產的自動化具有十分重要的作用?；诖?，筆者進行了相關介紹。

1 化工裝置設備構成

化工實訓裝置如圖1所示，由反應釜、中和釜、原料罐、換熱器、高位輔料罐、產品罐、離心母液罐、氣流干燥塔、空氣加熱器、蒸汽包、蒸汽發生器、冷卻水儲罐等設備構成。

2 化工生產工藝流程（以氧化淀粉為例）

系統先做好準備工作，蒸汽發生器水位自動控制在設定范圍，溫度達到預定值，冷卻水儲罐液位自動控制在設定范圍；將原料注入原料罐中，打開原料泵攪拌使物料均勻，將原料經勻速注入中和釜；打開中和釜電機，調節轉速為50r/min，在中和釜手孔處緩慢添加3.5KG玉米淀粉，制成濃度為10%的淀粉乳；打開中和釜增壓泵，將料液注入反應釜；打開反應釜電機，控制轉速為60r/min，溫度控制在32度；將濃度為0.2molL-1的稀硫酸通過輔料罐注入反應釜中，使得反應釜內料液pH為3.5；將濃度為0.5molL-1的高碘酸鈉加入反應釜，使得高碘酸鈉與淀粉物質的量比為1：10約為淀粉；反應維持4到6小時，結束后關閉調溫系統；反應結束后，開料液循環泵和離心機，使得物料固液分離；開氣流引風機，開氣流干燥機加熱電源，使得溫度控制在60度；加入物料，開螺旋進料器，最終使產品干燥。生產結束后，依次關閉各閥門，關閉各設備電源。

3 控制系統的設計

根據化工生產工藝過程，系統共需要9個溫度量輸入，6個模擬量輸入包括液位、壓力、濕度等參數，8個開關量輸入，20開關量輸出。由于化工生產過程中存在粉塵污染和腐蝕性液體等危害，因此在設計控制系統時采用PLC作為控制核心，可編程控制器能穩定的工作于惡劣環境；采用工控機顯示系統參數、保存歷史數據和遠程控制。系統的總體結構如圖2所示：

3.1 控制系統硬件設計

上位機選用臺式電腦，安裝三維力控Forcecontro組態軟件。下位機采用臺達DVP16ES2，該PLC性價比高，編程語言和三菱類似易于掌握，擴展方便該款PLC具有8點數字量輸入和8點數字量輸出，輸出點數較少。因此擴展一塊DCP16XN，該模塊具有16點數字量輸出，滿足系統輸出開關量的要求。擴展3塊DVP04PT，測量包括反應釜溫度、中和釜溫度等9個溫度量。擴展2臺DVP04AD，測量冷卻水儲罐液位、蒸汽包壓力等模擬量。原料泵、中和釜、反應釜電機、料液循環泵、離心機等由PLC輸入輸出開關量控制。其部分I/O變量如圖3所示：

3.2 控制系統軟件設計

化工實訓裝置控制系統采用PLC作為控制核心，系統所有數據經傳感器采集后通過特殊模塊轉換，由PLC處理并采取相應動作，上位機作為數據的顯示和存放。系統即可以采用就地操作也可以采用遠程控制操作。由化工實訓操作工藝來看，整個系統采用的是順序控制和模擬量閉環PID單回路控制。需要采用PID控制的回路有5處，分別是冷卻水儲罐液位、蒸汽包液位、中和釜溫度和反應釜溫度、氣流干燥機溫度。控制系統流程圖如圖4所示：

3.3 組態軟件設計

在整個裝置控制系統中，上位機主要負責數據的顯示、遠程操作和歷史數據存儲。組態軟件種類有很多，本設計中采用的是三維力控組態軟件。三維力控組態軟件采用國際上最領先的數據庫，能實現多進程處理，具有豐富的圖形庫。

化工實訓裝置的主界面如圖5所示。在主界面上我們可以查看各設備的開關狀態，溫度、液位、壓力等信息，操作人員可以很直觀的了解整個系統的運行狀態，另外每個動設備我們都關聯了相應的動作按鈕，可以實現裝置的遠程控制。

在左上角我們設置了界面選擇、設備控制、數據顯示、個別設備狀態、退出系統等5個下拉菜單。界面選擇中包括中和釜、反應釜、外換熱器和蒸汽發生器。點擊畫面如圖6所示，可將單個設備狀態進行放大顯示，便于操作人員重點查看。設備控制下拉菜單中包含系統的各個動設備，如原料泵、中和釜攪拌電機、反應釜攪拌電機等，點擊相應設備名稱可顯示和遠程操作設備運行狀態，如圖7所示。

4 結語

綜上所述，為確保化工生產過程中的安全可靠性，保障化工生產的順利進行，必須要采取PLC技術，在生產過程中嚴格控制參數，提高化工生產控制系統的自動化水平，達到自動化控制系統的規范要求。本化工自動化生產控制系統經實踐驗證，通過利用PLC技術，實現了化工生產的快速、穩定、高效控制，具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]試論PLC控制系統在化工自動化系統中的應用[J].戰先迎.科技創新與應用.2014（30）

[2]基于自動化生產過程中PLC控制系統的設計[J].師玲萍.電子設計工程.2016（19）