基于可編程控制器的物料自動(dòng)下料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

喬?hào)|凱

（廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，茂名 525000）

0 引言

中石化某煉油廠在煉油生產(chǎn)過程中需要定時(shí)定量下料，需在某一容器里每隔4個(gè)小時(shí)左右分別注入粉末狀Cat催化劑55g～75g，三乙基鋁液體2000ml～2100ml，目前在生產(chǎn)過程中采用手工加料的方式，在實(shí)際生產(chǎn)中，一線操作工人有時(shí)會(huì)誤點(diǎn)加料甚至是忘記加料，導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)不到技術(shù)要求。目前國內(nèi)外在此方面的研究較少[1～5]，文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)了一種防爆型礦用雙錨索自動(dòng)下料機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在較大多余力及結(jié)構(gòu)不變性原理難以完全補(bǔ)償?shù)膯栴}；文獻(xiàn)[2]采用機(jī)械控制凸輪解決車床自動(dòng)切斷鋼管材加工中的短屑問題，文獻(xiàn)[3]利用線性回歸法求出了工件在滑道入口的速度系數(shù)，并給出了工件初速與下料時(shí)間的關(guān)系式。上述方法都不能很好地應(yīng)用于石化高危行業(yè)自動(dòng)下料系統(tǒng)。

基于PLC開發(fā)的自動(dòng)加料系統(tǒng)能夠很簡(jiǎn)易的克服上述缺點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)控制，用戶只需要設(shè)定一下加料的時(shí)間間隔和加料量的大小即可達(dá)到控制要求，該系統(tǒng)安裝調(diào)試后，取得了良好的效果，實(shí)踐證明該方法對(duì)物料自動(dòng)添加類的自動(dòng)控制具有參考意義。

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)選用電磁閥YV1的開通對(duì)容器注入粉末狀Cat催化劑55g～75g，通過調(diào)試，確定電磁閥YV1開通的時(shí)間長(zhǎng)短來控制下料量的大??；選用電磁閥YV2和YV3的開通對(duì)容器注入三乙基鋁液體2000ml～2100ml，電磁閥YV2開通后把三乙基鋁液體注入帶液位繼電器的漏斗里面，當(dāng)容器2里的液體到達(dá)設(shè)定值時(shí)接通液位繼位繼電器，電磁閥YV2關(guān)閉，同時(shí)電磁閥YV3自動(dòng)接通，漏斗里面的液體流入到容器中，10秒后（通過調(diào)試，漏斗里面的液體已經(jīng)全部流入容器中），電磁閥YV3自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)系統(tǒng)開始延時(shí)，4小時(shí)后重新開始新一輪的自動(dòng)下料控制。

系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作示意圖

2 系統(tǒng)控制原理

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

因?yàn)樵摱〞r(shí)定量系統(tǒng)是在石化高危環(huán)境下作業(yè)，工作環(huán)境復(fù)雜、惡劣，控制任務(wù)重要、要求嚴(yán)格。當(dāng)前在該環(huán)境下某些控制系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制，存在可靠性差、故障率高、維護(hù)困難、維護(hù)費(fèi)用高、維護(hù)工作繁重等問題。針對(duì)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出了一種基于PLC的自動(dòng)定時(shí)定量下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，綜合考慮市場(chǎng)通用情況和性價(jià)比等因素，本系統(tǒng)選用日本三菱公司（MITSUBISH）型號(hào)為FX3U－16MR－ES-A的PLC，該機(jī)型是日本三菱電機(jī)自動(dòng)化公司的頂級(jí)產(chǎn)品，正在逐步替代FX2N系列和FX1N等系列PLC產(chǎn)品[6,7]。它完全可以滿足控制系統(tǒng)的要求，暫不需使用擴(kuò)展單元。FX3U－16MR－ES-A可提供輸入輸出點(diǎn)各8個(gè)， PLC控制系統(tǒng)的I/O分配如圖2所示?；赑LC的自動(dòng)下料控制系統(tǒng)具有可靠性高、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)單、檢修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了石化企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益[8]。

自動(dòng)加料系統(tǒng)的I/O分配如圖2所示。

圖2 自動(dòng)加料系統(tǒng)的I/O分配

圖2中，SB1是粉末狀催化劑的啟停按鈕，SB2系統(tǒng)停止按鈕，SB3是三乙基鋁液體的啟動(dòng)按鈕，Y0是控制電磁閥YV1，Y1是控制電磁閥YV2，Y3是控制電磁閥YV3。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)了用PLC控制的自動(dòng)加粉末狀催化劑控制系統(tǒng)的梯形圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)加粉末狀催化劑系統(tǒng)的控制梯形圖

自動(dòng)加粉末狀催化劑控制的工作原理：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，X0線圈接通，M0線圈通電，其常開觸點(diǎn)同時(shí)接通定時(shí)器T0和Y0線圈，從而接通電磁閥YV1，使粉末狀催化劑在漏斗里下放，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，測(cè)得當(dāng)下放時(shí)間為3.5秒時(shí)剛好控制下料量為設(shè)定量，誤差在3%之內(nèi)，完全滿足生產(chǎn)需求，當(dāng)T0線圈延時(shí)時(shí)間已到后，電磁閥YV1關(guān)閉，停止下料，同時(shí)又接通定時(shí)器T1，延時(shí)24分鐘（14400×0.1=1440秒）后，計(jì)算器C0計(jì)一個(gè)數(shù)，T1常閉觸點(diǎn)斷開又使得其線圈斷電，T1線圈斷電后其常閉觸點(diǎn)又自動(dòng)接通，定時(shí)器T1又開始新一輪計(jì)時(shí)，如此循環(huán)，當(dāng)計(jì)數(shù)器到達(dá)設(shè)定值10次以后，正好計(jì)時(shí)240分鐘（系統(tǒng)設(shè)定的4小時(shí)），此時(shí)C0相應(yīng)的觸點(diǎn)動(dòng)作，定時(shí)器T0線圈復(fù)位，計(jì)算器C0也復(fù)位，同時(shí)Y0線圈通電，電磁閥YV1又一次接通，進(jìn)行第二次下料操作；當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)，上述所有動(dòng)作立即停止。

自動(dòng)加三乙基鋁液體的系統(tǒng)控制梯形圖如圖4所示。

圖4 自動(dòng)加三乙基鋁液體的系統(tǒng)控制梯形圖

當(dāng)按下三乙基鋁液體下料啟動(dòng)按鈕SB3時(shí)，X2線圈接通，M1和Y1線圈通電，從而接通電磁閥YV2，三乙基鋁液體流入漏斗中，當(dāng)漏斗里的液體到達(dá)設(shè)定值時(shí)，接通液位繼位繼電器K，其常開解點(diǎn)閉合，使線圈X3通電，接通線圈M2和T2（T2的作用是等待YV3打開，液體注入容器中，X3常開觸點(diǎn)又?jǐn)嚅_，一個(gè)加料周期內(nèi)不能再接通線圈M2），斷開Y1線圈，關(guān)閉電磁閥YV2，液體不再流入到漏斗中，Y1線圈斷電后，自動(dòng)接通定時(shí)器T3，延時(shí)時(shí)間為24分鐘，當(dāng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)后，計(jì)數(shù)器C1計(jì)一個(gè)數(shù)，直至計(jì)滿10個(gè)數(shù)為止（原理同圖3一樣，在此不再贅述）。C1計(jì)數(shù)到達(dá)設(shè)定值后其常開觸點(diǎn)閉合再一次接通Y1線圈，電磁閥YV2接通，三乙基鋁液體流入漏斗中，實(shí)現(xiàn)了再一次的液體自動(dòng)下料，同時(shí)復(fù)位了計(jì)數(shù)器C1，為下一個(gè)周期計(jì)時(shí)準(zhǔn)備就緒。當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)，上述所有動(dòng)作立即停止。

2.3 系統(tǒng)工作時(shí)序圖

自動(dòng)加粉末狀催化劑系統(tǒng)的時(shí)序圖如圖5所示。

圖5 自動(dòng)加粉末狀催化劑系統(tǒng)的時(shí)序圖

當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，粉末狀催化劑下料電磁閥YV1通電，下放時(shí)間為3.5秒，系統(tǒng)等待時(shí)間為4小時(shí)；當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)，電磁閥YV1立即關(guān)閉，停止下料。

自動(dòng)加三乙基鋁液體的系統(tǒng)的時(shí)序圖如圖6所示。

當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB3時(shí)，三乙基鋁液體下料電磁閥YV2通電，當(dāng)液位傳感器K接通后電磁閥YV2立即斷電，電磁閥YV3通電10秒，系統(tǒng)等待時(shí)間為4小時(shí)；當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)，電磁閥YV2和YV3立即同時(shí)關(guān)閉，停止下料。

圖6 自動(dòng)加三乙基鋁液體的系統(tǒng)的時(shí)序圖

3 結(jié)束語

針對(duì)中石化某煉油廠在煉油生產(chǎn)過程中需要定時(shí)定量下料，以前采用的是手工作業(yè)方式，自動(dòng)化程度很低，為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)該設(shè)備的電氣系統(tǒng)改造勢(shì)在必行。針對(duì)原系統(tǒng)的不足之處，本設(shè)計(jì)從電氣控制方案、元器件選型及石化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等諸多不利因素綜合考慮，對(duì)自動(dòng)下料系統(tǒng)進(jìn)行了電氣化改造。自項(xiàng)目實(shí)施以后，使系統(tǒng)的控制電路大為簡(jiǎn)化，穩(wěn)定性和可靠性也大大增強(qiáng)，實(shí)操非常方便[9]，2014年5月中石化某煉油廠應(yīng)用此技術(shù)對(duì)自動(dòng)下料系統(tǒng)進(jìn)行改造后，到目前為止該設(shè)備從未出現(xiàn)過故障，工作效率為100%，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、安全性和可靠性得到了保證[10]，受到了行業(yè)人員的一致好評(píng)。

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