PLC控制系統(tǒng)在大型化工廠設(shè)備改造中的應(yīng)用價值

曹文林(江蘇新城氣體有限公司，江蘇 揚州 225200)

0 引言

目前，計算機技術(shù)在不斷的發(fā)展，使通信技術(shù)、PLC技術(shù)、過程運動控制軟件都有極大進步，使PLC控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用到化工行業(yè)中。另外，我國在運動過程控制、集成邏輯控制與通信數(shù)據(jù)處理方面都有所發(fā)展，使傳統(tǒng)方式PLC無法滿足生產(chǎn)控制需求[1]。因此，對PLC控制技術(shù)應(yīng)用到大型化工廠設(shè)備改造中研究的具有一定價值。

1 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 PLC控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

通過結(jié)構(gòu)分析，使PLC控制系統(tǒng)劃分為模塊式、整體式、混合式三種。整體式結(jié)構(gòu)使輸入/輸出模塊、CPU模塊、通信接口模塊與電源模塊等在機殼中封裝，創(chuàng)建整體；混合式機構(gòu)是通過PLC主機模塊與擴展功能模塊構(gòu)成；模塊式結(jié)構(gòu)根據(jù)PLC各組成部分劃分成為不同模塊，使此模塊獨立物理封裝。

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容包括：對控制系統(tǒng)是否需要雙熱機備用進行考慮，并且實現(xiàn)點源供電系統(tǒng)的設(shè)計，選擇輸入輸出設(shè)備與輸出設(shè)備驅(qū)動控制對象。以生產(chǎn)工藝過程對控制要求進行分析，根據(jù)控制要求對需要的用戶輸入輸出設(shè)備的I/O點進行確認，實現(xiàn)PLC程序設(shè)計，并且編制程序清單，實現(xiàn)程序離線檢查與修改，之后開展安裝測試，組織驗收[2]。

1.2 PLC網(wǎng)絡(luò)通信原理

不管是PLC或者計算機，都是數(shù)字設(shè)備，信息交換是通過0和1所表示的數(shù)字信號。一般具備一定格式、編碼與位長的數(shù)字信號稱之為數(shù)字信號。數(shù)字通信指的是使數(shù)字信息利用傳輸線路，從一臺機器在另外一臺機器中傳輸。此機器指的是PLC、計算機或者有數(shù)字通行功能其他數(shù)字設(shè)備。數(shù)字通信系統(tǒng)主要目的就是使不同地理位置的PLC、計算機和其他數(shù)字設(shè)備相互連接，從而實現(xiàn)信息交換、數(shù)據(jù)交換、通信處理。

PLC控制系統(tǒng)通信協(xié)議中，PPI協(xié)議為主從協(xié)議，MPI協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)S7-200、S7-300、S7-400相互通信，自由口通信指的是用戶利用自定義通信協(xié)議與智能設(shè)備進行通信。另外，PLC網(wǎng)絡(luò)主要包括PLC通信網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)，控制網(wǎng)絡(luò)指的只傳輸on/off開關(guān)量，并且一次傳送數(shù)據(jù)量比較少。此網(wǎng)絡(luò)主要特點就是所傳輸開關(guān)量原理PLC，但是PLC能夠?qū)ζ溥M行操作，此操作比較方便、簡單。PLC通信網(wǎng)絡(luò)也稱之為高速數(shù)據(jù)公路，此網(wǎng)絡(luò)不僅能夠傳輸開關(guān)量，還能夠傳輸數(shù)字量，以此通信傳輸數(shù)據(jù)量比較大[3]。

2 PLC控制系統(tǒng)在化工廠設(shè)備改造中的應(yīng)用

2.1 PLC控制系統(tǒng)使用的優(yōu)缺點

在使用PLC控制系統(tǒng)的過程中，開關(guān)與其他設(shè)備都是以順序?qū)崿F(xiàn)控制，根據(jù)邏輯順序運行。使用PLC技術(shù)實現(xiàn)工廠設(shè)備系統(tǒng)的改造，使PLC作為主要控制元件，之后通過伺服系統(tǒng)智能操作與控制。并且模塊能夠隨時拆卸，便于維護修理和安裝，并且輸入編程方便，開發(fā)者能夠定期維護系統(tǒng)。在工廠設(shè)備廠家不斷增加的過程中，設(shè)備結(jié)構(gòu)與使用途徑也發(fā)生改變，使機床應(yīng)用領(lǐng)域逐漸多樣化，并且缺乏適應(yīng)編程語言軟件，降低了實際使用效果。目前，使用PLC技術(shù)實現(xiàn)大型化工廠設(shè)備的改造，能夠使設(shè)備加工速度與精度得到提高，并且降低接線量，避免設(shè)備發(fā)生故障，使設(shè)備穩(wěn)定性與安全性得到提高[4]。

2.2 PLC控制系統(tǒng)的使用

2.2.1 通信控制網(wǎng)

針對控制網(wǎng)來說，歐姆龍、西門子等產(chǎn)品比較多見，使用AB PLC主要是因為此網(wǎng)絡(luò)類型主要特點為開放性，利用Controlont控制網(wǎng)能夠兼容其他產(chǎn)品，此高性能工業(yè)局域網(wǎng)具有高性能、多功能性、開放性、靈活性的特點，并且網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和診斷能力強大，圖1為Controlnet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過圖1可以看出，Controlont網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)管理層與控制層的控制邏輯具有密切關(guān)系，所以選擇控制網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)計劃配置中主要指標(biāo)。

圖1 Controlnet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

工控網(wǎng)絡(luò)最大限制點為網(wǎng)絡(luò)，高速傳輸為控制網(wǎng)絡(luò)主要指標(biāo)，所以網(wǎng)絡(luò)模式為網(wǎng)絡(luò)效率的重點。Controlnet使用生產(chǎn)者/消費者的模式，和傳統(tǒng)源/目模式對比具有一定的優(yōu)勢。傳統(tǒng)模式缺點為不確定性，相同信息要發(fā)送多次才能夠成功，不利于小網(wǎng)絡(luò)帶寬。網(wǎng)絡(luò)模式能夠直接以數(shù)據(jù)有效性對通信方式進行選擇，忽略不需要的信息系統(tǒng)，使網(wǎng)絡(luò)使用率得到提高[5]。

2.2.2 PLC和選型

控制器的合理選擇對電氣控制圖的I/O分布、系統(tǒng)集成與系統(tǒng)響應(yīng)速度具有密切關(guān)系，系統(tǒng)使用Controlnet控制網(wǎng)，所以項目使用Contrologix控制器，其主要特點為開放性，能夠最大化的使用PLC表現(xiàn)性能。Contrologix控制器基于可選存儲單元能夠支持復(fù)雜運算處理，還能夠提供快速運動控制，主要優(yōu)勢為：模塊化控制平臺能夠執(zhí)行多任務(wù)，并且促進系統(tǒng)故障檢查；能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、處理器與I/O在同個NetLinx平臺處理；通用編程環(huán)境整合低成本裝置能夠使編程與系統(tǒng)配置相互協(xié)調(diào)；高性能處理速度能夠使運動過程控制要求得到滿足。

所以，使用Contrologix控制器能夠滿足大型化工廠設(shè)備改造的需求[6]。

基于系統(tǒng)原本設(shè)備設(shè)置控制模塊，具體模塊配置為：

其一，控制器Contrologix 1756-L72。Contrologix 1756-L72的內(nèi)存為4M，具有較高的處理速度，1K數(shù)據(jù)為0.08ms，并且具有大容量Flash內(nèi)存卡，能夠?qū)?000點、12000點的數(shù)字量同時處理，對現(xiàn)場節(jié)點控制，還能夠利用遠程控制粘合現(xiàn)場I/O模塊。Contrologix 1756-L72控制器使用12槽機架，現(xiàn)場控制使全部I/O點包含交流攪拌電機變頻驅(qū)動器。粘合劑設(shè)備改造控制點為多臺設(shè)備復(fù)位、啟停、流量計、電磁閥開度等，共有1000點數(shù)字量輸入輸出信號點。

其二，通訊模塊。將此模塊在控制室PLC電氣柜柜架中設(shè)置，為美國prosoft公司的MODBUS主站模塊，此工程使Modbus主站設(shè)備搭載MOBUS網(wǎng)絡(luò)將從站信息利用Modbus協(xié)議實現(xiàn)主從站信息交換[7]。

其三，觸摸屏模塊。系統(tǒng)改造保留原本觸摸屏，通過專門AB-SIMENSE協(xié)議使AB數(shù)據(jù)變量地址在西門子觸摸屏中傳送。西門子為單獨控制人機界面，因為工廠面積比較大，額外配置三臺B的觸摸屏對現(xiàn)場技術(shù)員操作進行監(jiān)控。

其四，工控機。因為控制要求，使用HP2220工控機作為中控室工作站，搭載2.8GHz處理器，4GB DDR2內(nèi)存，500G硬盤，對系統(tǒng)靈敏度進行保證，并且保證系統(tǒng)能夠長時間不間斷的運行。工控機還能夠通過Wonderware Intouch成為上位機界面軟件，為了和下位機數(shù)據(jù)無縫連接交互，要在RSLINX網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中設(shè)置OPC成為中間交換數(shù)據(jù)接口服務(wù)器，最后通過工控機IP地址和PLC實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控[8]。

2.2.3 中間罐冷卻大包系統(tǒng)

對于冷卻大包系統(tǒng)來說，此為系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)，在對流床冷卻后開展下一步切到動作。此時，能夠促進混合料成型，使用歐姆龍進行成套打包，對于成品時候的空石打包與裝貨處理后發(fā)貨。系統(tǒng)主要控制流程為：在混合料發(fā)展到預(yù)設(shè)計溫度的時候，就會啟動循環(huán)冷卻系統(tǒng)，之后系統(tǒng)自動設(shè)置傳感器，啟動交換機空冷系統(tǒng)，此時混合料完全冷卻?？茖W(xué)設(shè)置出料泵速度，使混合料傳輸?shù)絾恿蚧仓?。冷卻成型的料通過切刀機剪切，構(gòu)成合適形狀。篩除震動篩合格產(chǎn)品。將包裝機系統(tǒng)啟動，對成品進行包裝處理[9]。

2.3 必要保護措施

在設(shè)備運行過程中，要將互鎖裝置安裝到接觸點與繼電器中。在PLC梯形圖中，機床自身能夠反轉(zhuǎn)控制，但是主電路交流接觸器觸點短時間通過電流過大會導(dǎo)致熔焊問題出來。所以，設(shè)置硬件互鎖就是為設(shè)備提供雙重保險。最后，實現(xiàn)機床主要防護部分的硬件處理，在PLC輸出端實現(xiàn)緊急限位與急停按鈕的設(shè)置，保證設(shè)備正常運行[10]。

3 結(jié)語

目前信息技術(shù)在不斷的發(fā)展，也提高了PLC控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交互，方便生產(chǎn)PLC控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交互。基于此軟件，實現(xiàn)大型化工廠設(shè)備的優(yōu)化和改造，能夠使目前高科技方向生產(chǎn)智能控制得到滿足，并且提高生產(chǎn)效率。