基于PLC的化工自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)研究

楊宣樂

摘要：PLC技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用，能夠有效提高化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，確保生產(chǎn)過程的安全可靠性。本文介紹了化工裝置設(shè)備的構(gòu)成，并結(jié)合化工生產(chǎn)的工藝流程，對(duì)基于PLC化工自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：PLC；化工；自動(dòng)化；控制系統(tǒng)

0 引言

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，我國化工行業(yè)也取得了巨大進(jìn)步，并逐漸朝著自動(dòng)化、復(fù)雜化、高效化方向發(fā)展。在化工生產(chǎn)過程中，PLC技術(shù)以其使用方便、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)加強(qiáng)化工生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的自動(dòng)化具有十分重要的作用?；诖?，筆者進(jìn)行了相關(guān)介紹。

1 化工裝置設(shè)備構(gòu)成

化工實(shí)訓(xùn)裝置如圖1所示，由反應(yīng)釜、中和釜、原料罐、換熱器、高位輔料罐、產(chǎn)品罐、離心母液罐、氣流干燥塔、空氣加熱器、蒸汽包、蒸汽發(fā)生器、冷卻水儲(chǔ)罐等設(shè)備構(gòu)成。

2 化工生產(chǎn)工藝流程（以氧化淀粉為例）

系統(tǒng)先做好準(zhǔn)備工作，蒸汽發(fā)生器水位自動(dòng)控制在設(shè)定范圍，溫度達(dá)到預(yù)定值，冷卻水儲(chǔ)罐液位自動(dòng)控制在設(shè)定范圍；將原料注入原料罐中，打開原料泵攪拌使物料均勻，將原料經(jīng)勻速注入中和釜；打開中和釜電機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為50r/min，在中和釜手孔處緩慢添加3.5KG玉米淀粉，制成濃度為10%的淀粉乳；打開中和釜增壓泵，將料液注入反應(yīng)釜；打開反應(yīng)釜電機(jī)，控制轉(zhuǎn)速為60r/min，溫度控制在32度；將濃度為0.2molL-1的稀硫酸通過輔料罐注入反應(yīng)釜中，使得反應(yīng)釜內(nèi)料液pH為3.5；將濃度為0.5molL-1的高碘酸鈉加入反應(yīng)釜，使得高碘酸鈉與淀粉物質(zhì)的量比為1：10約為淀粉；反應(yīng)維持4到6小時(shí)，結(jié)束后關(guān)閉調(diào)溫系統(tǒng)；反應(yīng)結(jié)束后，開料液循環(huán)泵和離心機(jī)，使得物料固液分離；開氣流引風(fēng)機(jī)，開氣流干燥機(jī)加熱電源，使得溫度控制在60度；加入物料，開螺旋進(jìn)料器，最終使產(chǎn)品干燥。生產(chǎn)結(jié)束后，依次關(guān)閉各閥門，關(guān)閉各設(shè)備電源。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)化工生產(chǎn)工藝過程，系統(tǒng)共需要9個(gè)溫度量輸入，6個(gè)模擬量輸入包括液位、壓力、濕度等參數(shù)，8個(gè)開關(guān)量輸入，20開關(guān)量輸出。由于化工生產(chǎn)過程中存在粉塵污染和腐蝕性液體等危害，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)采用PLC作為控制核心，可編程控制器能穩(wěn)定的工作于惡劣環(huán)境；采用工控機(jī)顯示系統(tǒng)參數(shù)、保存歷史數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示：

3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

上位機(jī)選用臺(tái)式電腦，安裝三維力控Forcecontro組態(tài)軟件。下位機(jī)采用臺(tái)達(dá)DVP16ES2，該P(yáng)LC性價(jià)比高，編程語言和三菱類似易于掌握，擴(kuò)展方便該款PLC具有8點(diǎn)數(shù)字量輸入和8點(diǎn)數(shù)字量輸出，輸出點(diǎn)數(shù)較少。因此擴(kuò)展一塊DCP16XN，該模塊具有16點(diǎn)數(shù)字量輸出，滿足系統(tǒng)輸出開關(guān)量的要求。擴(kuò)展3塊DVP04PT，測(cè)量包括反應(yīng)釜溫度、中和釜溫度等9個(gè)溫度量。擴(kuò)展2臺(tái)DVP04AD，測(cè)量冷卻水儲(chǔ)罐液位、蒸汽包壓力等模擬量。原料泵、中和釜、反應(yīng)釜電機(jī)、料液循環(huán)泵、離心機(jī)等由PLC輸入輸出開關(guān)量控制。其部分I/O變量如圖3所示：

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

化工實(shí)訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)采用PLC作為控制核心，系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)經(jīng)傳感器采集后通過特殊模塊轉(zhuǎn)換，由PLC處理并采取相應(yīng)動(dòng)作，上位機(jī)作為數(shù)據(jù)的顯示和存放。系統(tǒng)即可以采用就地操作也可以采用遠(yuǎn)程控制操作。由化工實(shí)訓(xùn)操作工藝來看，整個(gè)系統(tǒng)采用的是順序控制和模擬量閉環(huán)PID單回路控制。需要采用PID控制的回路有5處，分別是冷卻水儲(chǔ)罐液位、蒸汽包液位、中和釜溫度和反應(yīng)釜溫度、氣流干燥機(jī)溫度?？刂葡到y(tǒng)流程圖如圖4所示：

3.3 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)裝置控制系統(tǒng)中，上位機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的顯示、遠(yuǎn)程操作和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。組態(tài)軟件種類有很多，本設(shè)計(jì)中采用的是三維力控組態(tài)軟件。三維力控組態(tài)軟件采用國際上最領(lǐng)先的數(shù)據(jù)庫，能實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程處理，具有豐富的圖形庫。

化工實(shí)訓(xùn)裝置的主界面如圖5所示。在主界面上我們可以查看各設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)，溫度、液位、壓力等信息，操作人員可以很直觀的了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，另外每個(gè)動(dòng)設(shè)備我們都關(guān)聯(lián)了相應(yīng)的動(dòng)作按鈕，可以實(shí)現(xiàn)裝置的遠(yuǎn)程控制。

在左上角我們?cè)O(shè)置了界面選擇、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)顯示、個(gè)別設(shè)備狀態(tài)、退出系統(tǒng)等5個(gè)下拉菜單。界面選擇中包括中和釜、反應(yīng)釜、外換熱器和蒸汽發(fā)生器。點(diǎn)擊畫面如圖6所示，可將單個(gè)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行放大顯示，便于操作人員重點(diǎn)查看。設(shè)備控制下拉菜單中包含系統(tǒng)的各個(gè)動(dòng)設(shè)備，如原料泵、中和釜攪拌電機(jī)、反應(yīng)釜攪拌電機(jī)等，點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備名稱可顯示和遠(yuǎn)程操作設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如圖7所示。

4 結(jié)語

綜上所述，為確?；どa(chǎn)過程中的安全可靠性，保障化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行，必須要采取PLC技術(shù)，在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制參數(shù)，提高化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，達(dá)到自動(dòng)化控制系統(tǒng)的規(guī)范要求。本化工自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，通過利用PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)的快速、穩(wěn)定、高效控制，具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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