PLC控制系統(tǒng)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(fā)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(yè)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(fā)展，使傳統(tǒng)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(tǒng)結構

1.1 PLC控制系統(tǒng)基本結構

通過結構分析，使PLC控制系統(tǒng)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(chuàng)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(tǒng)設計內容包括：對控制系統(tǒng)是否需要雙熱機備用進行考慮，并且實現(xiàn)點源供電系統(tǒng)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(xiàn)PLC程序設計，并且編制程序清單，實現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)信息交換、數據交換、通信處理。

PLC控制系統(tǒng)通信協(xié)議中，PPI協(xié)議為主從協(xié)議，MPI協(xié)議能夠實現(xiàn)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(xié)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(tǒng)在化工廠設備改造中的應用

2.1 PLC控制系統(tǒng)使用的優(yōu)缺點

在使用PLC控制系統(tǒng)的過程中，開關與其他設備都是以順序實現(xiàn)控制，根據邏輯順序運行。使用PLC技術實現(xiàn)工廠設備系統(tǒng)的改造，使PLC作為主要控制元件，之后通過伺服系統(tǒng)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(fā)者能夠定期維護系統(tǒng)。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(fā)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(xiàn)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(fā)生故障，使設備穩(wěn)定性與安全性得到提高[4]。

2.2 PLC控制系統(tǒng)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(yè)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(tài)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(tǒng)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(tǒng)源/目模式對比具有一定的優(yōu)勢。傳統(tǒng)模式缺點為不確定性，相同信息要發(fā)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(tǒng)，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(tǒng)集成與系統(tǒng)響應速度具有密切關系，系統(tǒng)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(xiàn)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(yōu)勢為：模塊化控制平臺能夠執(zhí)行多任務，并且促進系統(tǒng)故障檢查；能夠實現(xiàn)網絡、處理器與I/O在同個NetLinx平臺處理；通用編程環(huán)境整合低成本裝置能夠使編程與系統(tǒng)配置相互協(xié)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(tǒng)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(xiàn)場節(jié)點控制，還能夠利用遠程控制粘合現(xiàn)場I/O模塊。Contrologix 1756-L72控制器使用12槽機架，現(xiàn)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(xié)議實現(xiàn)主從站信息交換[7]。

其三，觸摸屏模塊。系統(tǒng)改造保留原本觸摸屏，通過專門AB-SIMENSE協(xié)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(xiàn)場技術員操作進行監(jiān)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(tǒng)靈敏度進行保證，并且保證系統(tǒng)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(tài)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(xiàn)網絡監(jiān)控[8]。

2.2.3 中間罐冷卻大包系統(tǒng)

對于冷卻大包系統(tǒng)來說，此為系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)，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(fā)貨。系統(tǒng)主要控制流程為：在混合料發(fā)展到預設計溫度的時候，就會啟動循環(huán)冷卻系統(tǒng)，之后系統(tǒng)自動設置傳感器，啟動交換機空冷系統(tǒng)，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(tǒng)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(xiàn)機床主要防護部分的硬件處理，在PLC輸出端實現(xiàn)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(fā)展，也提高了PLC控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交互，方便生產PLC控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交互。基于此軟件，實現(xiàn)大型化工廠設備的優(yōu)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。