淺談化工裝置電氣自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用

顧思雨

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了PLC技術(shù)，指出了該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。以化工廠的實(shí)際應(yīng)用案例為依據(jù)，闡述了化工裝置電氣自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)的具體應(yīng)用方法，并提出了應(yīng)用該技術(shù)的過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：化工裝置；電氣自動(dòng)化控制；PLC技術(shù)；可編程控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76；TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.157

電氣自動(dòng)化控制是當(dāng)前化工領(lǐng)域用于控制化工裝置運(yùn)行的主要方法，傳統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)具有控制效率低的缺陷。PCL技術(shù)的出現(xiàn)，要求將計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)可編程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)行過(guò)程的全方位控制，將其用于化工裝置的控制過(guò)程中，從而有效提高數(shù)據(jù)的采集和分析效率，控制能力比較強(qiáng)，對(duì)提高化工裝置運(yùn)行效率有較大的幫助。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 PLC技術(shù)的原理

PLC（Programmable Logic Controller）技術(shù)，又稱可編程邏輯控制器技術(shù)，目前，主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的控制。PLC技術(shù)功能的實(shí)現(xiàn)需要以計(jì)算機(jī)作為支撐，通過(guò)采樣輸入、執(zhí)行、刷新輸出3個(gè)環(huán)節(jié)，完成對(duì)工業(yè)機(jī)械的控制過(guò)程。采樣輸入處于自動(dòng)化控制的初級(jí)階段，在該階段，計(jì)算機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)機(jī)械運(yùn)行情況相應(yīng)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)掃描過(guò)程存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)，從而為自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。執(zhí)行環(huán)節(jié)，即數(shù)據(jù)的計(jì)算環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，PLC技術(shù)會(huì)計(jì)算收集到的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行有關(guān)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)行的具體控制。刷新輸出屬于PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的最后一步，要求將系統(tǒng)內(nèi)的信息輸出，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的全方位管理。

1.2 PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①效率高。PLC技術(shù)具有效率高的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于傳統(tǒng)控制技術(shù)而言，該技術(shù)具有更加強(qiáng)大的功能，可通過(guò)計(jì)算機(jī)功能的發(fā)揮實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的集中化管理。與傳統(tǒng)管理方法相比，可使控制效率得到大大提升。②操作簡(jiǎn)單。PLC技術(shù)指令的發(fā)出相對(duì)簡(jiǎn)單，工作人員可及時(shí)獲取并了解指令要求，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的操作。另外，PLC技術(shù)的應(yīng)用同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)人工控制機(jī)械的替代，在提高了機(jī)械控制效率的基礎(chǔ)上，提高了機(jī)械控制的便利性。③功能多樣化。PLC技術(shù)主要包括順序控制和數(shù)據(jù)采集2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在應(yīng)用該技術(shù)的前提下，計(jì)算機(jī)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)相應(yīng)計(jì)算全面了解機(jī)械的運(yùn)行順序，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出停止信號(hào)，抑制設(shè)備的運(yùn)行。這對(duì)于設(shè)備性能的保護(hù)有極其重要的價(jià)值。

2 化工裝置的電氣自動(dòng)化控制

2.1 化工裝置的特點(diǎn)

化工裝置的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在危險(xiǎn)性高、復(fù)雜性強(qiáng)、對(duì)操作的靈活性要求高3個(gè)方面。

危險(xiǎn)性高是化工裝置的主要特點(diǎn)。在化工廠生產(chǎn)過(guò)程中，化工設(shè)備和管道中有毒有害的物質(zhì)相對(duì)比較多，且比較容易燃燒和爆炸；再加上氣體必須經(jīng)過(guò)處理后使用，進(jìn)一步提高了化工裝置的危險(xiǎn)性。受其影響，在化工裝置自動(dòng)化控制的過(guò)程中，控制技術(shù)必須具有精確度高的特點(diǎn)，且必須受到保護(hù)，以免發(fā)生爆炸等事故，確?；どa(chǎn)能夠安全進(jìn)行。

復(fù)雜性強(qiáng)同樣是化工裝置的主要特點(diǎn)。不同化工產(chǎn)品對(duì)于化工裝置性能的要求不同，裝置必須能夠與產(chǎn)品的要求相適應(yīng)，具備種種特性，才能夠滿足化工生產(chǎn)的要求。受其影響，化工裝置的復(fù)雜性極大提升，對(duì)于自動(dòng)化控制設(shè)備性能的要求也隨之提高。在工作過(guò)程中，對(duì)化工裝置靈活度要求高是指，化工裝置的操作必須具有靈活性，要保證動(dòng)作能夠盡快完成，以避免延誤生產(chǎn)。

2.2 電動(dòng)機(jī)控制

自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括主電路和控制電路2大部分，兩者的構(gòu)成情況存在差異。主電路一般由斷路器、接觸器等構(gòu)成，同時(shí)包括與之相配套的元件。主電路的功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)或正反轉(zhuǎn)的優(yōu)化控制，使之功能能夠正常發(fā)揮，避免發(fā)生故障?？刂齐娐分饕ɡ^電器和接觸器。這些部分的功能相互銜接，可構(gòu)成控制邏輯，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的整個(gè)流程的控制。在生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)化工裝置的保護(hù)，電動(dòng)機(jī)一般為連鎖控制，控制方法以集中控制和就地控制2種為主。集中控制即統(tǒng)一控制不同的化工裝置。在這種控制方法下，由于所需控制的設(shè)備比較多，因此，控制人員往往需要在控制室中執(zhí)行操作。但是，就地控制與集中控制的控制方法恰恰相反。這2種控制方法對(duì)于操作人員專業(yè)技能的要求比較高，且必須保證控制具有靈活性，控制難度比較大。將PLC技術(shù)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化控制過(guò)程中，是解決這些問(wèn)題的主要途徑。

3 PLC技術(shù)的應(yīng)用

3.1 PLC技術(shù)應(yīng)用的環(huán)境控制

PLC技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于溫度、濕度、震動(dòng)和空氣的要求都比較高，所以，應(yīng)從這些方面入手控制技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境。

3.1.1 對(duì)環(huán)境溫度的控制

溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響PLC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，將環(huán)境溫度控制在0～55 ℃的范圍內(nèi)，對(duì)于技術(shù)功能的實(shí)現(xiàn)最有利。考慮到PLC技術(shù)的特點(diǎn)，在工作過(guò)程中，避免將PLC設(shè)備安裝在與電氣元件過(guò)近的位置，避免電氣元件散熱影響設(shè)備的使用性能。所以，需將其安裝在通風(fēng)位置，保證設(shè)備自身的散熱性能。PLC設(shè)備包括擴(kuò)充單元和基本單元2部分。為了避免設(shè)備溫度過(guò)高，應(yīng)將2部分隔離開(kāi)來(lái)安裝，保持30 mm的距離較為適宜。如果在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其溫度已經(jīng)超過(guò)了55 ℃，必須及時(shí)通風(fēng)散熱，避免設(shè)備發(fā)生故障。

3.1.2 對(duì)環(huán)境濕度的控制

PLC設(shè)備對(duì)于環(huán)境濕度的要求比較高，比如濕度過(guò)大，會(huì)影響設(shè)備的絕緣性能，增加設(shè)備的運(yùn)行與故障風(fēng)險(xiǎn)。將環(huán)境濕度控制在85%以下，可在一定程度上保證設(shè)備的絕緣性能，同時(shí)，可更好地發(fā)揮其性能。在此需要注意的是，PLC設(shè)備所處的環(huán)境要保證無(wú)凝露，這一點(diǎn)十分重要。

3.1.3 對(duì)環(huán)境震動(dòng)的控制

部分化工裝置運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生震動(dòng)，如果震動(dòng)過(guò)大，會(huì)影響PLC設(shè)備的性能。因此，設(shè)備要遠(yuǎn)離震動(dòng)源而設(shè)置，避免將設(shè)備置于10～55 Hz的震動(dòng)范圍內(nèi)。除此之外，如果周圍環(huán)境震動(dòng)達(dá)不到要求，則可采取震動(dòng)膠等減震措施，減輕震動(dòng)對(duì)PLC設(shè)備性能的影響。

3.1.4 對(duì)環(huán)境空氣的要求

PLC設(shè)備所處的環(huán)境要避免氯化氫、硫化氫等氣體的存在。在化工生產(chǎn)領(lǐng)域，這些氣體量相對(duì)較大，因此，必須做好環(huán)境氣體的控制工作，避免設(shè)備受到腐蝕而降低其使用性能，縮短使用壽命。除此之外，還要避免環(huán)境粉塵量過(guò)大。鑒于此，可將PLC設(shè)備安裝在控制柜中，將其與外界隔離，并采用空氣凈化裝置，凈化其所處環(huán)境的空氣，避免設(shè)備腐蝕等問(wèn)題的發(fā)生。

3.2 PLC技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

以實(shí)際案例為依據(jù)，詳細(xì)分析了化工裝置電氣自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)的具體應(yīng)用方法。

3.2.1 應(yīng)用概況

在考慮自身規(guī)模的基礎(chǔ)上，某化工廠將PLC設(shè)備應(yīng)用到了自動(dòng)化控制中。該化工廠的某套化工裝置共包括11臺(tái)電動(dòng)機(jī)，對(duì)于不同電動(dòng)機(jī)，在時(shí)序和順序方面均有固定的設(shè)置，主要包括正常開(kāi)車、正常停車、事故停車3種。

3.2.2 PLC選型

為了保證PLC技術(shù)的應(yīng)用具有靈活性，對(duì)CPU等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該化工廠中，PLC系統(tǒng)的CPU主要由集成電路和微處理器2部分構(gòu)成。前者的數(shù)量為2個(gè)，后者的數(shù)量為1個(gè)。后者的功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)編程器接口模板功能的替換，同時(shí)，確保CPU可以正常運(yùn)行，保證自動(dòng)化控制功能的正常實(shí)現(xiàn)。

3.2.3 PLC配置

該化工廠PLC主要是由電源模板、處理單元、輸入輸出口、接口模板、底板5部分構(gòu)成的。電源模板的功能在于為系統(tǒng)的運(yùn)行提供足夠的電力資源作為支撐；處理單元的功能是提取系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，并計(jì)算和處理數(shù)據(jù)；輸入輸出口的功能是輸入或輸出系統(tǒng)對(duì)裝置功率和電壓等參數(shù)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)換；接口模板的功能是為機(jī)架提供接口；底板的功能是固定設(shè)備。

3.2.4 故障的分析與處理

在PLC技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，其主機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障的概率比較高。實(shí)踐表明，主機(jī)系統(tǒng)的故障一般集中發(fā)生在電源系統(tǒng)中。由于需要連續(xù)控制化工裝置，電源必須不間斷運(yùn)行。長(zhǎng)期使用，散熱效果逐漸下降，最終導(dǎo)致故障發(fā)生。為了解決這些問(wèn)題，保證環(huán)境通風(fēng)是十分必要的。另外，系統(tǒng)總線的損壞也屬于常見(jiàn)故障之一?？偩€損害一般體現(xiàn)在塑料老化和接觸點(diǎn)氧化等方面。一般情況下，塑料老化是由使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的；而接觸點(diǎn)氧化與環(huán)境有關(guān)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)空氣、灰塵和紫外線的控制，降低總線發(fā)生故障的概率，延長(zhǎng)總線的使用壽命。

3.2.5 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

用PLC技術(shù)替代人工控制實(shí)現(xiàn)對(duì)化工裝置的自動(dòng)化控制后，可以有效減少化工廠對(duì)于人力資源的需求量。這對(duì)于其人力資源成本的節(jié)約能夠起到一定的促進(jìn)作用，且對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益的提升比較有利。除此之外，PLC技術(shù)的應(yīng)用還有效降低了安全事故發(fā)生的概率，提高了化工生產(chǎn)的安全水平。從化工廠的角度看，這樣做，對(duì)其信譽(yù)和形象的提升較為有利。

4 應(yīng)用PLC技術(shù)的注意事項(xiàng)

在化工裝置電氣自動(dòng)化控制中，應(yīng)用PLC技術(shù)需要注意以下3個(gè)問(wèn)題：①設(shè)備維護(hù)問(wèn)題。PLC設(shè)備對(duì)環(huán)境有較強(qiáng)的敏感性，一旦環(huán)境中某一指標(biāo)出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)備故障便很容易發(fā)生。對(duì)此，在控制好其運(yùn)行環(huán)境的基礎(chǔ)上，必須加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)，在固定時(shí)間檢修設(shè)備，確保其性能正常，延長(zhǎng)其使用壽命，同時(shí)，降低化工生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生事故的概率。②控制人員技能問(wèn)題。PLC技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高化工裝置的自動(dòng)化控制水平，但是，對(duì)計(jì)算機(jī)的控制仍需人工來(lái)完成。對(duì)此，在工作過(guò)程中，必須保證控制人員具備較高的理論素質(zhì)和較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高自動(dòng)化控制的效率，避免事故的發(fā)生。③加強(qiáng)管理。在工作中，從管理的角度入手，提高化工裝置電氣自動(dòng)化控制中PLC技術(shù)的應(yīng)用水平。管理應(yīng)包括環(huán)境管理、設(shè)備管理、人力資源管理等，以提高管理水平，為PLC技術(shù)的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，是提高化工裝置工作效率和規(guī)范性的主要途徑，對(duì)化工廠的正常運(yùn)行有非常重要的意義。將PLC技術(shù)應(yīng)用到化工裝置電氣自動(dòng)化控制過(guò)程中，可以有效簡(jiǎn)化繼電器邏輯，提高其運(yùn)行的可靠性，降低化工廠的生產(chǎn)成本，優(yōu)勢(shì)十分顯著。

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〔編輯：白潔〕