基于PLC的化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

劉月波

摘要：在化工生產(chǎn)大規(guī)模發(fā)展的背景下，為了滿足安全精細(xì)化工生產(chǎn)的要求，人們對(duì)化工處理控制系統(tǒng)的性能和功能提出了更高的要求。特別是PLC在化工控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅取代了儀表設(shè)備，而且彌補(bǔ)了化工自動(dòng)化控制領(lǐng)域設(shè)備通用性的弱點(diǎn)和設(shè)備維護(hù)困難等問(wèn)題，大大提高了化工生產(chǎn)的控制能力。然而，受自身技術(shù)發(fā)展等因素的限制，PLC在化工自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用還缺乏數(shù)據(jù)庫(kù)和功能擴(kuò)展等方面的功能?；诖?，該文主要對(duì)于化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)基于PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，彌補(bǔ)當(dāng)前存在的不足，以期為今后的研究方向提供參考，促進(jìn)化工領(lǐng)域更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制系統(tǒng)???化工???PLC控制系統(tǒng)???設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：?F416.67???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2022）07（b）-0000-00

Design?and?Implementation?of?Chemical?Automation?Control?System?Based?on PLC

LIU??Yuebo

（Guangxi?mnhua?New?Energy?Technology?Development?Co.，?Ltd.，?Qinzhou，?Guangxi?Zhuang?Autonomous?Region，?535008?China）

Abstract：?Under?the?background?of?large-scale?development?of?chemical?production，?in?order?to?meet?the?requirements?of?safe?fine?chemical?production，?people?put?forward?higher?requirements?for?the?performance?and?function?of?chemical?treatment?control?system.?In?particular，?the?application?of?PLC?in?chemical?control?system?not?only?replaces?the?instrument?equipment，?but?also?makes?up?for?the?weakness?of?equipment?universality?and?difficult?equipment?maintenance?in?the?field?of?chemical?automation?control，?and?greatly?improves?the?control?ability?of?chemical?production.?However，?limited?by?its?own?technological?development?and?other?factors，?the?application?of?PLC?in?chemical?automation?system?is?still?lack?of?problems?in?database?and?function?expansion.?Based?on?this，?this?paper?mainly?designs?and?implements?the?chemical?automation?control?system?based?on?PLC?to?make?up?for?the?current?shortcomings，?in?order?to?provide?reference?for?the?future?research?direction?and?promote?the?better?development?of?the?chemical?field.

Key?Words：?Automatic?control?system;?Chemical?industry;?PLC?control?system;Design

目前，我國(guó)的化工行業(yè)的生產(chǎn)模式正變得越來(lái)越復(fù)雜，但也向著自動(dòng)化和高速化的方向發(fā)展。因此，在這樣的環(huán)境下，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性的目標(biāo)，嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)是非常重要的[1]。因此，PLC控制系統(tǒng)在化工自動(dòng)化系統(tǒng)的安全與控制設(shè)計(jì)中起著關(guān)鍵作用。該文分析了化工自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)框架的工作原理和架構(gòu)。

PLC控制系統(tǒng)（Programmable?Logic?Controller，PLC）是一種可編程邏輯控制器。 PLC能夠取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，具有模擬服務(wù)處理、運(yùn)動(dòng)控制功能。在控制技術(shù)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)中非常常見(jiàn)。PLC控制系統(tǒng)包括處理器、輸入裝置、存儲(chǔ)器、輸出裝置、電源等[2]。工作過(guò)程中必須進(jìn)行以下連接：第一，采樣輸入。在PLC控制系統(tǒng)的輸入狀態(tài)下，進(jìn)行掃描、讀取，然后將讀取后的內(nèi)容儲(chǔ)存在I/O映像單元內(nèi)，實(shí)現(xiàn)控制器的執(zhí)行與輸出功能。其次，程序?qū)嵤?。PLC控制系統(tǒng)采用自上而下掃描方式，在梯形空間結(jié)構(gòu)中進(jìn)行掃描與其優(yōu)化。而針對(duì)其觸點(diǎn)構(gòu)建，則主要是通過(guò)控制線路的順序來(lái)構(gòu)建[3]。第三，輸出環(huán)節(jié)。掃描后，PLC控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更新?tīng)顟B(tài)，完成輸出功率，并在外圍控制面板I/O上更新PLC控制系統(tǒng)，使功能更加強(qiáng)大、應(yīng)用更加廣泛，保證了PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)化作用。圖1為PLC控制系統(tǒng)示意圖。

2?基于PLC的化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于當(dāng)前的自動(dòng)化控制理論下，人們根據(jù)生產(chǎn)、發(fā)展需要來(lái)構(gòu)建技術(shù)和科學(xué)知識(shí)，建立自動(dòng)化控制系統(tǒng)。近年來(lái)，在許多制造和實(shí)踐過(guò)程中，自動(dòng)化控制管理已經(jīng)從過(guò)程控制轉(zhuǎn)變?yōu)镾ISO系統(tǒng)，保障整個(gè)單元操作的系統(tǒng)性運(yùn)行。另外，站在應(yīng)用實(shí)踐的角度構(gòu)建可以滿足化工行業(yè)生產(chǎn)的控制方法、控制技術(shù)，構(gòu)建數(shù)學(xué)化模型。但是，這一方法存在誤差，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)許多問(wèn)題。因此，利用PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，能夠有效的解決這兩個(gè)問(wèn)題，而且促進(jìn)了理論研究與應(yīng)用實(shí)踐的緊密結(jié)合[4]。

2.1?PLC?控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)基于PLC控制系統(tǒng)的化工自動(dòng)化控制控制系統(tǒng)軟件時(shí)，必須遵循一定的規(guī)則。首先，必須最大限度地滿足控制設(shè)備的控制要求;其次，PLC控制系統(tǒng)的功能必須可靠、安全，這對(duì)提高系統(tǒng)的功能起著重要作用;最后，加強(qiáng)健全成本控制，可以科學(xué)提高項(xiàng)目效益?；ぷ詣?dòng)化控制系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程造成影響的因素很多，因此對(duì)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的控制要求也不同?？傮w而言，PLC控制程序的安裝結(jié)構(gòu)可分為基本程序和模塊程序。此外，基本程序不僅可以控制簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過(guò)程，本身還可以應(yīng)用于具有組合模塊結(jié)構(gòu)的一個(gè)程序，保持不同模塊之間的相對(duì)獨(dú)立性，連接也非常方便，調(diào)試和修改程序的操作性非常強(qiáng)。

2.2?PLC?控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于PLC控制系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)化工自動(dòng)化系統(tǒng)，在構(gòu)建系統(tǒng)中需要針對(duì)PLC控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原理來(lái)開(kāi)展，以確保系統(tǒng)要求，實(shí)現(xiàn)操作人員的現(xiàn)場(chǎng)檢查，并建立“自動(dòng)”與“手動(dòng)”控制的雙重模式。在控制和開(kāi)關(guān)電路中，操作人員針對(duì)“手動(dòng)”構(gòu)建硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制電磁閥的建設(shè)。而“自動(dòng)”控制則需關(guān)注PLC控制系統(tǒng)的硬件配置，了解其操作規(guī)則并遵循標(biāo)準(zhǔn)流程，結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)時(shí)間順序進(jìn)行一次化工自動(dòng)化生產(chǎn)的“下料”與“輸送”。構(gòu)建好后，應(yīng)使用EV1閥通電，然后打開(kāi)下料閥。打開(kāi)后，按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行關(guān)閉，然后打開(kāi)Ev2閥，實(shí)現(xiàn)“輸送”功能的構(gòu)建。同時(shí)，根據(jù)上述步驟進(jìn)行反復(fù)構(gòu)建，最后發(fā)送“停止”指令。

2.3?PLC?控制系統(tǒng)的功能分析

通過(guò)分析PLC控制系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)具有兩個(gè)主要功能：數(shù)據(jù)采集功能和順序控制功能。在此階段，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，PLC控制系統(tǒng)需要了解控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度、掃描周期和控制系統(tǒng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度等，生產(chǎn)過(guò)程中的各種信息應(yīng)根據(jù)具體的取樣過(guò)程進(jìn)行分類和存儲(chǔ)[5]。通過(guò)上位機(jī)顯示屏，系統(tǒng)操作員可以通過(guò)顯示屏觀察機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)?[6]。

3?PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用

3.1應(yīng)用局限性

PLC控制系統(tǒng)在化工領(lǐng)域中，其存在一定的應(yīng)用局限性，例如：（1）可靠性方面?；陧樞蜓h(huán)掃描的PLC控制系統(tǒng)，能夠有效地提高控制精度，但模塊熱插拔工作和冗余控制程序相對(duì)較短。如果發(fā)生故障和損壞，應(yīng)停止維修，這會(huì)對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和效率造成影響。（2）功能擴(kuò)展方面。PLC控制系統(tǒng)在化工設(shè)備中應(yīng)用時(shí)，只需疊加操作，無(wú)需擴(kuò)展功能。但是應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)系統(tǒng)及其擴(kuò)展其兼容性。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)方面。PLC裝置中設(shè)立了非常多的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以滿足不同連接的需要，但尚未創(chuàng)建單個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)交換和信息交換相對(duì)有限，這導(dǎo)致不同連接之間交互的障礙增加，并且存在不確定性[7]。

3.2應(yīng)用體現(xiàn)

在集中控制系統(tǒng)中，PLC對(duì)實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的自動(dòng)化控制起到了積極的作用。適用于化工自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單且有效的系統(tǒng)集中控制，使控制系統(tǒng)可以通過(guò)邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)和運(yùn)行故障檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)，可以指示和修復(fù)運(yùn)行中的錯(cuò)誤和故障。在化工設(shè)備運(yùn)行期間，控制系統(tǒng)執(zhí)行指令需要時(shí)間緩沖。在檢測(cè)到設(shè)備工作狀態(tài)時(shí)，定期啟動(dòng)定時(shí)器。而定時(shí)器信號(hào)可以作為控制系統(tǒng)的報(bào)警、停止等行為的依據(jù)。PLC控制系統(tǒng)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，性能、功能均得到了一定的優(yōu)化，應(yīng)用價(jià)值將不斷提高。

3.3?應(yīng)用完善方向

首先，PLC控制系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢(shì)。PLC在化工自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是在復(fù)雜、綜合化的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域有著巨大的潛力。PLC實(shí)現(xiàn)了整個(gè)流程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的擴(kuò)展，不僅能夠滿足市場(chǎng)需求，并且可以增加市場(chǎng)份額，促進(jìn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力水平的提升。PLC控制系統(tǒng)緊隨信息時(shí)代的發(fā)展，有關(guān)人員加大了對(duì)產(chǎn)品類型和用途的研究，對(duì)推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展起到了積極作用[8]。PLC具有高性能和高容量的特點(diǎn)，可以在降低設(shè)備成本的同時(shí)，提高裝置運(yùn)算效益。目前，PLC控制系統(tǒng)在化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足，如通用性較差等問(wèn)題。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC?將向更深的層次發(fā)展。?其次，多樣化發(fā)展趨勢(shì)。隨著理論編程語(yǔ)言系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，基于梯形圖編程語(yǔ)言的PLC控制系統(tǒng)將朝著多樣化方向發(fā)展，對(duì)于促進(jìn)化工行業(yè)智能化起到積極的作用[9]。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著化工自動(dòng)化系統(tǒng)的快速發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的重視和接受。因此，我們不僅要關(guān)注生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，還要關(guān)注化工生產(chǎn)過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)要更加嚴(yán)格的控制化工生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)檢測(cè)和控制。PLC控制系統(tǒng)在化工安全控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，比如：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、化工產(chǎn)業(yè)中機(jī)械?安全的保護(hù)等方面。隨著當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用力度不斷加深，使用PLC控制系統(tǒng)將成為未來(lái)化工生產(chǎn)的主流。當(dāng)然，隨著化工生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和工藝技術(shù)的不斷提高，這個(gè)過(guò)程將變得不夠順暢。因此，在未來(lái)的PLC控制系統(tǒng)中需要考慮更多的問(wèn)題，促進(jìn)化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)更好的發(fā)展。

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