PLC在尾氣干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉 力

（遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110161）

PLC在尾氣干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉 力

（遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110161）

總結(jié)了PLC在尾氣干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，較詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的特點(diǎn)、工藝、工作原理。對(duì)系統(tǒng)硬件構(gòu)成和軟件的具體編程方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。分析了系統(tǒng)運(yùn)行可能出現(xiàn)的常見(jiàn)故障，給出了程序按工藝特點(diǎn)進(jìn)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(chǎn)過(guò)程中的潮濕氮?dú)獾脑O(shè)備。通過(guò)此裝置可將潮濕的氮?dú)飧稍?，以達(dá)到應(yīng)用指標(biāo)。此干燥裝置的平穩(wěn)運(yùn)行在系統(tǒng)中起著至關(guān)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(chǎn)的自動(dòng)化和安全性。此系統(tǒng)具有可靠性高、靈敏性強(qiáng)、設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)概況

1.1 尾氣干燥系統(tǒng)的工作原理

濕潤(rùn)的氣體在高壓作用下，氣體的體積會(huì)相對(duì)減小，其濕度會(huì)增大，此時(shí)通過(guò)干燥劑，其中大部分的水分會(huì)被干燥劑吸去，這樣就實(shí)現(xiàn)了氣體的干燥過(guò)程。吸足水分的干燥劑在相對(duì)低壓的環(huán)境的情況下，其中的水分則會(huì)析出，再用干燥過(guò)的氣體吹掃，其中的水分就可被徹底的除去，從而實(shí)現(xiàn)了干燥劑的再生。

此氣體干燥系統(tǒng)由主要由兩個(gè)干燥塔構(gòu)成。對(duì)于每一個(gè)干燥塔來(lái)說(shuō)，其工作主要分為兩個(gè)階段：

（1）對(duì)氣體的干燥；

（2）干燥劑的再生。

正常工作時(shí)兩個(gè)干燥器同時(shí)工作，一個(gè)用于氣體干燥，另一個(gè)則用于干燥劑的再生。此外由于干燥劑的再生需要一相對(duì)低壓環(huán)境，為了防止打碎干燥劑，干燥劑在再生前有一個(gè)降壓過(guò)程。干燥劑的干燥則要在相對(duì)高壓的情況下進(jìn)行，故在干燥劑再生結(jié)束后用于干燥氣體前又有一個(gè)升壓過(guò)程。

1.2 尾氣干燥系統(tǒng)的工藝實(shí)現(xiàn)過(guò)程

尾氣干燥系統(tǒng)是一個(gè)運(yùn)用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主程序主要由十步構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 尾氣干燥系統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 Tail gas drying system device configuration

其具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

第1步：A塔干燥，B塔離線。

XCV3355及XCV3364處于打開(kāi)狀態(tài)，其余閥關(guān)閉。

相對(duì)上一步閥的動(dòng)作情況為：XCV3360，XCV3369和XCV3365關(guān)閉。

第2步：A塔干燥，B塔降壓。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3359打開(kāi)。

第3步：A塔干燥，B塔再生。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3368和XCV3367打開(kāi)。

第4步：A塔干燥，B塔升壓。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3390打開(kāi)，XCV3359和XCV3367關(guān)閉。

第5步：B塔上線。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3360和XCV3369打開(kāi)，XCV3390關(guān)閉。

第6步：B塔干燥，A塔離線。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3355、XCV3364和XCV3368關(guān)閉。

第7步：B塔干燥，A塔降壓。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3356打開(kāi)。

第8步：B塔干燥，A塔再生。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3365和XCV3367打開(kāi)。

第9步：B塔干燥，A塔升壓。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3390打開(kāi)，XCV3356，XCV3367關(guān)閉。

第10步：A塔上線。

閥的動(dòng)作情況為：XCV3355和XCV3364打開(kāi)，XCV3390關(guān)閉。

當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行完第10步后會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到第一步，從而使系統(tǒng)完成對(duì)閥的順序邏輯控制。

1.3 工藝說(shuō)明

此尾氣干燥系統(tǒng)工作時(shí)，始終有一個(gè)塔處于干燥狀態(tài)，一個(gè)塔處于干燥劑的再生狀態(tài)。即尾氣的干燥時(shí)間與干燥劑的再生時(shí)間大致相當(dāng)，此時(shí)間的長(zhǎng)短可由程序設(shè)定。催化劑的再生時(shí)間不應(yīng)太長(zhǎng)，如果太長(zhǎng)則意味著另一塔中的干燥劑被過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，那樣則會(huì)使另一塔中的干燥效果大大降低，進(jìn)而也會(huì)影響本塔中干燥劑的再生質(zhì)量，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的干燥效果下降。如果催化劑的再生時(shí)間過(guò)短則會(huì)直接導(dǎo)致再生干燥劑的干燥質(zhì)量下降，從而直接導(dǎo)致系統(tǒng)的干燥效果不佳。系統(tǒng)的干燥時(shí)間和再生時(shí)間主要由所要干燥氣體的濕度及干燥后氣體的指標(biāo)決定，一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。為使系統(tǒng)干燥效果達(dá)到最佳，系統(tǒng)地干燥和催化劑的再生時(shí)間的確定比較關(guān)鍵。

2 系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能并考慮到各種品牌的PLC的性能價(jià)格比我們選擇了SLC500型可編程控制器。該機(jī)型具有編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、功能較強(qiáng)、抗干擾能力好、通信連網(wǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)[2]。

2.1 硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)的硬件配置如圖2所示。系統(tǒng)以SLC/03中央處理器為核心，內(nèi)部擴(kuò)展16K EEPROM存儲(chǔ)器；安裝了一個(gè)通信模塊，用來(lái)與上位機(jī)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(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)保證硬件中的程序不丟失[3]；此外機(jī)架上還有5個(gè)信號(hào)輸入模塊、三個(gè)信號(hào)輸出模塊。

圖2 系統(tǒng)硬件配置簡(jiǎn)圖Fig.2 System hardware configuration

2.2 程序設(shè)計(jì)

2.2.1 編程方法

系統(tǒng)編程在上位機(jī)內(nèi)完成，并寫(xiě)入PLC的CPU內(nèi)。編程時(shí)采用6200系列6.01軟件，該軟件提供了一個(gè)完整的編程環(huán)境，可以進(jìn)行離線編程和在線連接、調(diào)試、下裝等功能[4]。

2.2.2 程序說(shuō)明

系統(tǒng)程序的編寫(xiě)采用了梯形圖語(yǔ)言。程序在編寫(xiě)時(shí)主程序段采用了指令順序發(fā)生器SQO功能塊，主程序共有十步[5]?？紤]到保障系統(tǒng)的安全性[6]，程序中配有監(jiān)控及重要故障的報(bào)警程序，如圖3所示。

系統(tǒng)的主程序主要按工藝流程完成對(duì)十臺(tái)閥的時(shí)序邏輯控制，以完成對(duì)左塔和右塔輪流干燥和催化劑再生的控制過(guò)程。

系統(tǒng)正常工作時(shí)，T4:0（RTO）用以延時(shí)計(jì)數(shù)，使T4:0(DN)產(chǎn)生以秒為時(shí)間間隔的脈沖。此脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)器C5:0（CTU）后，使C5:0（DN）產(chǎn)生以5 s為間隔的時(shí)間脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)當(dāng)前的計(jì)數(shù)器C5:1。

當(dāng)C5:1計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)時(shí)，C5:1(DN)便產(chǎn)生一脈沖，同時(shí)觸發(fā) SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)指令順序發(fā)生器，使其發(fā)出指令。SQO(#B10:0)發(fā)出的指令，送給B11:0-B11:7八個(gè)節(jié)點(diǎn)，控制其節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，從而達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)閥的目的；同時(shí)SQO(#N7:0)發(fā)送相應(yīng)的指令給C5:1PRE，改變C5:1中PRESET的值，從而實(shí)現(xiàn)了控制下一步的運(yùn)行時(shí)間。

當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行完第十步后順序指令發(fā)生器會(huì)自動(dòng)地繼續(xù)從第一步開(kāi)始，從而使系統(tǒng)完成了對(duì)閥的順序邏輯控制及連續(xù)控制[7]。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，主程序的第一行中則會(huì)有邏輯線圈出現(xiàn)斷路，T4:0（RTO）便會(huì)停止計(jì)數(shù)，相應(yīng)的隨后的計(jì)數(shù)器 C5:0（CTU）、C5:1（CTU），以及程序指令發(fā)生器SQO(#B10:0)和SQO(#N7:0)都會(huì)停下來(lái)。此時(shí)通過(guò)程序指令發(fā)生器 SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)可以看出在第幾步停下來(lái)的，通過(guò)C5:1（CTU）。

圖3 主梯形圖Fig.3 Main ladder diagram

便可得出系統(tǒng)故障出現(xiàn)的具體時(shí)間。

此外可以通過(guò)修改 SQO(#N7:0)中#N7:0中的數(shù)值便可設(shè)定系統(tǒng)的干燥及干燥劑的再生時(shí)間。根據(jù)第一行中出現(xiàn)的斷路的邏輯線圈便可以迅速判定系統(tǒng)的故障類(lèi)型[8]。

綜上可知，此軟件系統(tǒng)使為裝置平穩(wěn)安全運(yùn)行提供了可靠性的保證，為系統(tǒng)的維護(hù)許多方便。

3 系統(tǒng)的常見(jiàn)故障與分析

此干燥系統(tǒng)的主要常見(jiàn)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(guò)程位于干燥劑再生完成后，干燥塔用于干燥氣體前的準(zhǔn)備過(guò)程。如果塔壓升不上去，將會(huì)直接影響氣體的干燥效果。塔升壓故障，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停止運(yùn)行。

3.1.1 左塔升壓故障

在程序中節(jié)點(diǎn)B3/12將帶電斷開(kāi)，系統(tǒng)停止向下運(yùn)行。

常見(jiàn)故障原因：用于測(cè)量升壓信號(hào)的壓力測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)故障引起的系統(tǒng)誤動(dòng)作。

如果壓力測(cè)量無(wú)誤，結(jié)合工藝條件分析：當(dāng)左干燥塔升壓時(shí)，XCV3365、XCV3360、XCV3369和XCV3390處于開(kāi)狀態(tài)，其余閥關(guān)閉。如果在升壓報(bào)警中沒(méi)有閥位報(bào)警，很大情況下說(shuō)明閥體執(zhí)行了動(dòng)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(tái)閥，除XCV3356所連接的管線較高壓的塔壓低外，其余三臺(tái)閥所連管線都不低于塔壓。所以在左塔升壓時(shí)出現(xiàn)報(bào)警很多時(shí)候是由XCV3356閥體執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封度不好造成的。

3.1.2 右塔升壓故障

在程序中節(jié)點(diǎn)B3/13將帶電斷開(kāi)，系統(tǒng)停止向下運(yùn)行。常見(jiàn)故障原因：

（1）用于測(cè)量升壓信號(hào)的壓力測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)故障引起的系統(tǒng)誤動(dòng)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(shí)會(huì)引發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。

3.2.1 左塔降壓故障

常見(jiàn)故障原因：塔壓測(cè)量有誤，引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。

如果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)儀表，發(fā)現(xiàn)壓力測(cè)量無(wú)誤。此時(shí)結(jié)合工藝分析可知，此時(shí)除XCV3360、XCV3369和XCV3356處于開(kāi)狀態(tài)外，其余閥位處于關(guān)閉狀態(tài)。對(duì)于左塔而言，XCV3365、XCV3364和 XCV3364都與高壓管線相接，其中任何一個(gè)閥泄漏都會(huì)出現(xiàn)低壓報(bào)警的故障。故可能的原因?yàn)椋篨CV3355、XCV3365或XCV3364泄漏會(huì)引發(fā)此故障。此外如果XCV3356或XCV3367動(dòng)作不到位，未達(dá)到全開(kāi)程度阻礙泄壓，也會(huì)造成系統(tǒng)的降壓報(bào)警。

3.2.2 右塔降壓故障

常見(jiàn)故障原因：塔壓測(cè)量有誤，引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。

如果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)儀表，發(fā)現(xiàn)壓力測(cè)量無(wú)誤。此時(shí)結(jié)合工藝分析，與左塔降壓故障同理可知，可能的原因?yàn)椋篨CV3360、XCV3369或XCV3368泄漏會(huì)引發(fā)此故障。

此外如果XCV3359或XCV3367動(dòng)作不到位，未達(dá)到全開(kāi)程度阻礙泄壓，也會(huì)造成系統(tǒng)的降壓報(bào)警。

3.3 閥位故障

程序在執(zhí)行過(guò)程中控制閥動(dòng)作，如果閥沒(méi)有在給定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作或動(dòng)作不到位，程序?qū)⒀訒r(shí)一段時(shí)間，如果在延時(shí)時(shí)間內(nèi)仍不能到位，主程序中T4:1/DN節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)使系統(tǒng)停止運(yùn)行。常見(jiàn)故障原因：

（1）閥位開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障。

（2）閥體被干燥劑卡住不能執(zhí)行到位。

4 結(jié)束語(yǔ)

該P(yáng)LC自動(dòng)控制系統(tǒng)自改造以來(lái)，運(yùn)行狀態(tài)良好，保障了尾氣干燥系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會(huì)效益。

［1］王紅星,李建華,趙洪濤,張秀然. 基于PLC的回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用, 2005(06):44-46.

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［4］魏智勇,張勇. 低壓電器試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與通用監(jiān)控平臺(tái)開(kāi)發(fā)[J].電氣時(shí)代, 2009(01) :106-108.

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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(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，研究方向：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)研究。E-mail：lili-smile@163.com。