PLC控制系統在大型化工廠設備改造中的應用價值

曹文林(江蘇新城氣體有限公司，江蘇 揚州 225200)

0 引言

目前，計算機技術在不斷的發展，使通信技術、PLC技術、過程運動控制軟件都有極大進步，使PLC控制技術被廣泛應用到化工行業中。另外，我國在運動過程控制、集成邏輯控制與通信數據處理方面都有所發展，使傳統方式PLC無法滿足生產控制需求[1]。因此，對PLC控制技術應用到大型化工廠設備改造中研究的具有一定價值。

1 PLC控制系統結構

1.1 PLC控制系統基本結構

通過結構分析，使PLC控制系統劃分為模塊式、整體式、混合式三種。整體式結構使輸入/輸出模塊、CPU模塊、通信接口模塊與電源模塊等在機殼中封裝，創建整體；混合式機構是通過PLC主機模塊與擴展功能模塊構成；模塊式結構根據PLC各組成部分劃分成為不同模塊，使此模塊獨立物理封裝。

PLC控制系統設計內容包括：對控制系統是否需要雙熱機備用進行考慮，并且實現點源供電系統的設計，選擇輸入輸出設備與輸出設備驅動控制對象。以生產工藝過程對控制要求進行分析，根據控制要求對需要的用戶輸入輸出設備的I/O點進行確認，實現PLC程序設計，并且編制程序清單，實現程序離線檢查與修改，之后開展安裝測試，組織驗收[2]。

1.2 PLC網絡通信原理

不管是PLC或者計算機，都是數字設備，信息交換是通過0和1所表示的數字信號。一般具備一定格式、編碼與位長的數字信號稱之為數字信號。數字通信指的是使數字信息利用傳輸線路，從一臺機器在另外一臺機器中傳輸。此機器指的是PLC、計算機或者有數字通行功能其他數字設備。數字通信系統主要目的就是使不同地理位置的PLC、計算機和其他數字設備相互連接，從而實現信息交換、數據交換、通信處理。

PLC控制系統通信協議中，PPI協議為主從協議，MPI協議能夠實現S7-200、S7-300、S7-400相互通信，自由口通信指的是用戶利用自定義通信協議與智能設備進行通信。另外，PLC網絡主要包括PLC通信網絡與控制網絡，控制網絡指的只傳輸on/off開關量，并且一次傳送數據量比較少。此網絡主要特點就是所傳輸開關量原理PLC，但是PLC能夠對其進行操作，此操作比較方便、簡單。PLC通信網絡也稱之為高速數據公路，此網絡不僅能夠傳輸開關量，還能夠傳輸數字量，以此通信傳輸數據量比較大[3]。

2 PLC控制系統在化工廠設備改造中的應用

2.1 PLC控制系統使用的優缺點

在使用PLC控制系統的過程中，開關與其他設備都是以順序實現控制，根據邏輯順序運行。使用PLC技術實現工廠設備系統的改造，使PLC作為主要控制元件，之后通過伺服系統智能操作與控制。并且模塊能夠隨時拆卸，便于維護修理和安裝，并且輸入編程方便，開發者能夠定期維護系統。在工廠設備廠家不斷增加的過程中，設備結構與使用途徑也發生改變，使機床應用領域逐漸多樣化，并且缺乏適應編程語言軟件，降低了實際使用效果。目前，使用PLC技術實現大型化工廠設備的改造，能夠使設備加工速度與精度得到提高，并且降低接線量，避免設備發生故障，使設備穩定性與安全性得到提高[4]。

2.2 PLC控制系統的使用

2.2.1 通信控制網

針對控制網來說，歐姆龍、西門子等產品比較多見，使用AB PLC主要是因為此網絡類型主要特點為開放性，利用Controlont控制網能夠兼容其他產品，此高性能工業局域網具有高性能、多功能性、開放性、靈活性的特點，并且網絡組態和診斷能力強大，圖1為Controlnet網絡結構。通過圖1可以看出，Controlont網絡對系統管理層與控制層的控制邏輯具有密切關系，所以選擇控制網絡為網絡計劃配置中主要指標。

圖1 Controlnet網絡結構

工控網絡最大限制點為網絡，高速傳輸為控制網絡主要指標，所以網絡模式為網絡效率的重點。Controlnet使用生產者/消費者的模式，和傳統源/目模式對比具有一定的優勢。傳統模式缺點為不確定性，相同信息要發送多次才能夠成功，不利于小網絡帶寬。網絡模式能夠直接以數據有效性對通信方式進行選擇，忽略不需要的信息系統，使網絡使用率得到提高[5]。

2.2.2 PLC和選型

控制器的合理選擇對電氣控制圖的I/O分布、系統集成與系統響應速度具有密切關系，系統使用Controlnet控制網，所以項目使用Contrologix控制器，其主要特點為開放性，能夠最大化的使用PLC表現性能。Contrologix控制器基于可選存儲單元能夠支持復雜運算處理，還能夠提供快速運動控制，主要優勢為：模塊化控制平臺能夠執行多任務，并且促進系統故障檢查；能夠實現網絡、處理器與I/O在同個NetLinx平臺處理；通用編程環境整合低成本裝置能夠使編程與系統配置相互協調；高性能處理速度能夠使運動過程控制要求得到滿足。

所以，使用Contrologix控制器能夠滿足大型化工廠設備改造的需求[6]。

基于系統原本設備設置控制模塊，具體模塊配置為：

其一，控制器Contrologix 1756-L72。Contrologix 1756-L72的內存為4M，具有較高的處理速度，1K數據為0.08ms，并且具有大容量Flash內存卡，能夠對3000點、12000點的數字量同時處理，對現場節點控制，還能夠利用遠程控制粘合現場I/O模塊。Contrologix 1756-L72控制器使用12槽機架，現場控制使全部I/O點包含交流攪拌電機變頻驅動器。粘合劑設備改造控制點為多臺設備復位、啟停、流量計、電磁閥開度等，共有1000點數字量輸入輸出信號點。

其二，通訊模塊。將此模塊在控制室PLC電氣柜柜架中設置，為美國prosoft公司的MODBUS主站模塊，此工程使Modbus主站設備搭載MOBUS網絡將從站信息利用Modbus協議實現主從站信息交換[7]。

其三，觸摸屏模塊。系統改造保留原本觸摸屏，通過專門AB-SIMENSE協議使AB數據變量地址在西門子觸摸屏中傳送。西門子為單獨控制人機界面，因為工廠面積比較大，額外配置三臺B的觸摸屏對現場技術員操作進行監控。

其四，工控機。因為控制要求，使用HP2220工控機作為中控室工作站，搭載2.8GHz處理器，4GB DDR2內存，500G硬盤，對系統靈敏度進行保證，并且保證系統能夠長時間不間斷的運行。工控機還能夠通過Wonderware Intouch成為上位機界面軟件，為了和下位機數據無縫連接交互，要在RSLINX網絡組態中設置OPC成為中間交換數據接口服務器，最后通過工控機IP地址和PLC實現網絡監控[8]。

2.2.3 中間罐冷卻大包系統

對于冷卻大包系統來說，此為系統最后環節，在對流床冷卻后開展下一步切到動作。此時，能夠促進混合料成型，使用歐姆龍進行成套打包，對于成品時候的空石打包與裝貨處理后發貨。系統主要控制流程為：在混合料發展到預設計溫度的時候，就會啟動循環冷卻系統，之后系統自動設置傳感器，啟動交換機空冷系統，此時混合料完全冷卻。科學設置出料泵速度，使混合料傳輸到啟動硫化床中。冷卻成型的料通過切刀機剪切，構成合適形狀。篩除震動篩合格產品。將包裝機系統啟動，對成品進行包裝處理[9]。

2.3 必要保護措施

在設備運行過程中，要將互鎖裝置安裝到接觸點與繼電器中。在PLC梯形圖中，機床自身能夠反轉控制，但是主電路交流接觸器觸點短時間通過電流過大會導致熔焊問題出來。所以，設置硬件互鎖就是為設備提供雙重保險。最后，實現機床主要防護部分的硬件處理，在PLC輸出端實現緊急限位與急停按鈕的設置，保證設備正常運行[10]。

3 結語

目前信息技術在不斷的發展，也提高了PLC控制系統與其他系統的交互，方便生產PLC控制系統與其他系統交互。基于此軟件，實現大型化工廠設備的優化和改造，能夠使目前高科技方向生產智能控制得到滿足，并且提高生產效率。