針對(duì)PLC控制的變頻調(diào)速在物料攪拌系統(tǒng)中的有效運(yùn)用

【摘要】 物料攪拌在當(dāng)前的工業(yè)建設(shè)、生產(chǎn)中使用極為普遍，在化工生產(chǎn)反應(yīng)中，根據(jù)物料特性以及反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行的攪拌，其攪拌過程中需要對(duì)攪拌速度、攪拌方式進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證化工生產(chǎn)的安全正常進(jìn)行。而基于PLC控制的變頻調(diào)速不僅能夠保證攪拌系統(tǒng)的正常穩(wěn)定性，而且在工作過程中可以根據(jù)需要對(duì)攪拌進(jìn)行即時(shí)的調(diào)整與改變，在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。

【關(guān)鍵詞】 PLC；變頻調(diào)速；物料攪拌系統(tǒng)；運(yùn)用

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中，各環(huán)節(jié)需要大量的物料攪拌系統(tǒng)，如土建施工中的混凝土攪拌、路面施工中的瀝青攪拌、化工生產(chǎn)過程中的物料攪拌等。攪拌系統(tǒng)的引用一方面有利于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)/攪拌器內(nèi)多種物料的混合度，增加混合反應(yīng)速率，實(shí)現(xiàn)液—液、固—液、氣—液等兩相或多相物料的混合，另一方面提高系統(tǒng)內(nèi)散熱效率，降低物料粘稠結(jié)焦的可能性，保證系統(tǒng)生產(chǎn)的安全可靠。

一、PLC

PLC指的是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它首先被提出并出現(xiàn)于上世紀(jì)七十年代的美國通用汽車公司，利用可編程邏輯控制器PDP—14應(yīng)用于電氣控制，取代了傳統(tǒng)的繼電器控制裝置。后來逐漸發(fā)展并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的方方面面，特別是在危險(xiǎn)性較強(qiáng)、生產(chǎn)條件要求較為苛刻、生產(chǎn)過程各項(xiàng)參數(shù)控制要求相對(duì)嚴(yán)格、生產(chǎn)過程較為連續(xù)的現(xiàn)代化工生產(chǎn)中，得到了廣泛的使用。

PLC應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

（一）編程相對(duì)簡單，使用較為方便

PLC采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，在命令輸入中無需掌握復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)，這就使得其使用受眾相對(duì)較廣，而且編程的簡單性可以保證程序輸入的便捷性，在程序修改中能夠盡量節(jié)省工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)間。

（二）PLC綜合功能較強(qiáng)，性價(jià)比較高

PLC可編程控制調(diào)節(jié)器在使用中具有豐富的運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性，即便的一臺(tái)小型PLC內(nèi)也有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，從而使得其性價(jià)比較高。同時(shí)，PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線控制，最終達(dá)到分散控制，集中管理的目的。

（三）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

PLC可編程控制調(diào)節(jié)器用軟件代替了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器等，使得硬件元件數(shù)量大為降低，保證了其使用過程中的可靠性，同時(shí)提高了其受工業(yè)生產(chǎn)以及其他意外狀況而產(chǎn)生的干擾，保證了工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定。

二、化工生產(chǎn)中的物料攪拌需求

物料攪拌系統(tǒng)在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中使用較為普遍，特別是在現(xiàn)代化工生產(chǎn)領(lǐng)域，幾乎所有的反應(yīng)釜和混合器、萃取塔、吸收塔等都需要添加攪拌系統(tǒng)。這主要是由于大部分化工生產(chǎn)反應(yīng)均是在液相基礎(chǔ)上的混合物料的反應(yīng)，因此物料之間的混合度直接影響了其物料化學(xué)反應(yīng)的速率、反應(yīng)的收率、副反應(yīng)的生成等，特別對(duì)于很多放熱化學(xué)反應(yīng)，在沒有攪拌系統(tǒng)的支持下，會(huì)容易在反應(yīng)釜局部區(qū)域造成熱量的過于富集，導(dǎo)致物料結(jié)焦、碳化等，既可能造成反應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量又會(huì)在物料結(jié)焦沉積的過程中導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)溫升過快引發(fā)大規(guī)模的爆炸事故。化工反應(yīng)的特殊性對(duì)攪拌系統(tǒng)提出了極為苛刻的要求，既要能滿足實(shí)際攪拌需求，通過控制攪拌的速率與方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)物料不同形式和要求的混合，又能保證反應(yīng)熱量的及時(shí)移除和加入，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行，同時(shí)大幅度降低能耗，方便可調(diào)。

因此在實(shí)際的化工生產(chǎn)過程中，對(duì)反應(yīng)容器的攪拌系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制（主要在攪拌速率和攪拌方式方面）是保證化工反應(yīng)安全、正常、穩(wěn)定的前提。

三、PLC在物料攪拌系統(tǒng)中的應(yīng)用

化工反應(yīng)對(duì)攪拌系統(tǒng)的嚴(yán)格要求主要體現(xiàn)在滿足實(shí)際反應(yīng)需求能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)的攪拌速率與攪拌方式的調(diào)節(jié)與變化，而在意外狀況中能夠根據(jù)實(shí)際的需求通過變頻調(diào)節(jié)來進(jìn)行緊急的制動(dòng)，如反應(yīng)過熱溫升過快時(shí)的高速攪拌以及緊急停車等。而基于PLC控制的變頻調(diào)速有效地解決了化工反應(yīng)對(duì)攪拌速率變化需求的難題。

如對(duì)精細(xì)化工過程中某反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程為8m3物料A預(yù)先加入反應(yīng)器內(nèi)，為了防止物料A自然聚合，需要對(duì)其溶液低速攪拌；再加入物料B400L，高速攪拌四十分鐘以實(shí)現(xiàn)兩種物料的混合反應(yīng)；混合中A和B在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成固體沉淀物C，此時(shí)混合溶液呈絮凝狀懸浮液；停止攪拌半小時(shí)，將C沉淀到反應(yīng)器底部，然后通過底部電磁閥排出；反應(yīng)后溶液通過反應(yīng)器底側(cè)部出料口通過閥門泵出，從而實(shí)現(xiàn)A物料的除雜轉(zhuǎn)化。在這一過程中需要對(duì)攪拌進(jìn)行控制，主要是在物料A加入后的低速攪拌、溶液混合后的高速攪拌以及混合反應(yīng)完成后的停止攪拌。在傳統(tǒng)的操作中需要手動(dòng)對(duì)攪拌進(jìn)行控制（主要是對(duì)攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制），但基于PLC控制的變頻調(diào)速可以通過預(yù)先輸入的編制程序進(jìn)行自動(dòng)控制。在反應(yīng)中，通過編制的程序在反應(yīng)物料A加入時(shí)（通過物料A來料管上的電磁流量計(jì)示數(shù)進(jìn)行聯(lián)鎖制動(dòng)，在2m3左右開啟攪拌以防止物料A的聚合）自動(dòng)開啟低速攪拌模式，并且通過物料B加入管路的電磁流量計(jì)數(shù)值變化對(duì)攪拌速率進(jìn)行調(diào)整（如物料B開始加入后自動(dòng)切高速攪拌模式），在物料B加入完成后通過PLC內(nèi)的時(shí)間控制程序進(jìn)行計(jì)時(shí)控制，四十分鐘后自動(dòng)停止高速攪拌而轉(zhuǎn)為低速攪拌模式，在反應(yīng)后溶液泵出時(shí)，通過底側(cè)部電磁流量計(jì)示數(shù)進(jìn)行攪拌的停止作業(yè)（一般在反應(yīng)后溶液出料在6m3左右停止攪拌）。從而實(shí)現(xiàn)了攪拌過程的自動(dòng)化進(jìn)行，減少了人為操作的工作量，同時(shí)降低了人為操作帶來的誤操作概率。

在該反應(yīng)過程中，對(duì)PLC進(jìn)行選定時(shí)需要根據(jù)本反應(yīng)實(shí)際特點(diǎn)以及要求進(jìn)行，由于要保證物料A不至于在來料和出料過程中發(fā)生聚合絮凝現(xiàn)象，需要對(duì)其進(jìn)行持續(xù)的攪拌，但考量到反應(yīng)釜內(nèi)攪拌槳空轉(zhuǎn)帶來的設(shè)備磨損危險(xiǎn)性，一般設(shè)計(jì)為在反應(yīng)釜內(nèi)物料體積超過2m3時(shí)開啟攪拌，低于2m3時(shí)自動(dòng)停止攪拌。而在反應(yīng)過程中，由于要充分對(duì)物料A、B進(jìn)行混合，為了節(jié)省能耗以及提高反應(yīng)效率，采用高速攪拌模式，反應(yīng)完成后需要停止攪拌進(jìn)行沉積作業(yè)，并在出料時(shí)再次開啟低速攪拌模式，因此攪拌速率在該反應(yīng)過程中變化較多。由此，對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)置時(shí)，配置有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩個(gè)檔位，一般情況下使用自動(dòng)模式進(jìn)行攪拌速率的調(diào)整，但在系統(tǒng)故障或者意外情況下，需要手動(dòng)進(jìn)行緊急的制動(dòng)，如進(jìn)出料電磁流量計(jì)與PLC程序通訊出現(xiàn)故障時(shí)需要手動(dòng)開啟或者關(guān)閉攪拌電機(jī)，物料B加入完成后在系統(tǒng)故障情況下需要手動(dòng)開啟高速攪拌模式等。

在利用S7 -200 CPU224 PLC進(jìn)行控制配置時(shí)，其系統(tǒng)控制開關(guān)按鈕包括手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)、緊急停車按鈕、手動(dòng)進(jìn)出料閥門、復(fù)位開關(guān)等。但為了保證反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置有手動(dòng)攪拌開停車按鈕以及高低速調(diào)節(jié)按鈕，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者網(wǎng)絡(luò)、通信出現(xiàn)問題時(shí)能夠手動(dòng)進(jìn)行控制，保證化學(xué)反應(yīng)的安全可靠性。

四、結(jié)束語

PLC系統(tǒng)編程簡單，使用方便、綜合功能強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)使得其在化工生產(chǎn)反應(yīng)中攪拌系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)し磻?yīng)的物料混合、反應(yīng)速率控制、反應(yīng)熱的移除等多方面起到可靠性高的自動(dòng)化控制，減少了人為操作的工作量以及人為操作的誤操作概率，從而提升了化工反應(yīng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

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