PLC控制系統在化工自動化系統中應用

劉金龍

（唐山三友興達化纖有限公司,河北 唐山 063300）

1.PLC控制系統在化工自動化系統中概述

眼下，隨著化工行業的發展，生產逐步趨向于復雜化、高速化和自動化，為了保證生產穩定、可靠、安全地進行，生產過程的參數檢測和自動控制要滿足更高要求。PLC（可編程序控制器）系統對生產過程控制系統的設計、機械安全的保護等發揮著至關重要的作用。在化工行業里，比如說，在錦綸化纖生產過程中的聚合車間工序的控制，在硫酸生產過程中溫度的控制等方面有著最為重要的作用。

2.PLC控制系統綜述

2.1 PLC控制系統組成及工作原理

在化工自動化系統中PLC的系統主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出模塊、編程器、工作方式等五部分組成。它主要是將開關邏輯控制，通過實現順序控制廣泛應用于單機控制、多機群控制乃至自動化生產線控制，以及對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。PLC系統能編制各種控制算法程序，完成閉環控制，使化工生產過程實現自動化，把生產過程控制在最佳工況下，從而減少了原料和動力的消耗，降低生產成本，實現優質高產。它能減少人為差錯，保證生產安全，防止事故發生和擴大，達到延長設備使用壽命、提高設備利用率的目的。

2.2 PLC控制系統功能

PLC控制系統包括有完成數據采集和順序控制等功能。在實際工作中數據采集功能將按照所要求的采樣速度，模/數轉換精度及掃描周期，對生產過程的各種信息量（模擬量、開關量）進行采集、處理、運算、檢索及儲存等，并以文字、圖表、曲線等形式組態成各種畫面，通過上位機的液晶顯示屏顯示出來，向操作員及時提供機組運行狀態的信息。順序控制SCS系統它將按可選的功能組級、子組級、單項控制方式考慮，各子組級控制功能的啟、停能獨立運行。運行人員能在CRT鍵盤上選擇自動程序控制或手動操作方式。在程序自動執行期間，出現任何故障可向運行人員發出中斷信號，可使正在運行的程序中斷并回到安全狀態，屏幕上可顯示程序中斷的故障原因。當選擇手動操作方式時，SCS系統設置的許可文件，可預防運行人員誤操作。設備的聯鎖、保護指令具有最高優先級，手動指令則比自動指令優先，被控設備的"啟動"、"停止"或"開"、"關"指令互相閉鎖，且使被控設備向安全方向動作。SCS的保護和閉鎖功能始終有效，不允許運行人員手動切除。

3.PLC控制系統硬件設計及工作原理

我們現在就拿錦綸化纖生產過程中的聚合車間控制工序來加以說明PLC控制系統硬件設計及工作原理。事先我們按照系統性能的要求，保證操作人員的現場控制能力，設計"手動"和"自動"兩種控制方式進行控制，用一個方式轉換開關進行轉換。

在 "手動"方式時，需采用對應的按鈕"手動下料"、"手動"輸送去控制相應的電磁閥。"自動"方式時，要求系統在啟動后按規定的時間與順序，依次進行"下料"與"輸送"。即EV1閥得電，開啟"下料"閥，一定時間后關閉，啟動EV2進行"輸送"，再過一定時間后再啟動EV1，如此周而復始，直至接到"停止"指令。同時系統在EV1得電時，EV5亦得電，EV2得電時，EV3亦在｝電，以便同時進行氮氣的"充氣"與"排氣"（如圖所示）。

按系統要求，為便于整個工藝流程操作管理的集中性，我們設計了既可在現場進行近地"啟動"與"停止"的方式，也可遠地進行"啟動"與"停止"。該方案配置體現了分散控制系統的優點，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味著實時響應快，操作管理集中，便于集中管理。

4.PLC控制系統的軟件設計

PLC控制系統優秀的軟件設計便于工程技術人員理解掌握、調試系統與日常系統維護。在實際設計中由于生產過程控制要求的復雜程度不同，可將程序按結構形式分為基本程序和模塊化程序。其中，基本程序它既可以作為獨立程序控制簡單的生產工藝過程，也可以作為組合模塊結構中的單元程序。模塊化程序它是把一個總的控制目標程序分成多個具有明確子任務的程序模塊，分別編寫和調試，最后組合成一個完成總任務的完整程序。這種方法叫做模塊化程序設計。我們建議經常采用這種程序設計思想，因為各模塊具有相對獨立性，相互連接關系簡單，程序易于調試修改。

在進行PLC控制系統的程序設計時。我們以PLC控制系統I/O分配，并依據生產流水線從前至后，I/O點數由小到大;盡可能把一個系統、設備或部件的I/O信號集中編址，以利于維護。定時器、計數器要統一編號，不可重復使用同一編號，以確保PLC工作運行的可靠性。程序中大量使用的內部繼電器或者中間標志位(不是I/O位)，也要統一編號，進行分配。在地址分配完成后，應列出I/O分配表和內部繼電器或者中間標志位分配表。

下面筆者結合自身實踐經驗，闡述下PLC控制系統的設計。在實際設計中，PLC各種觸點可以多次重復使用，無需用復雜的程序來減少觸點使用次數。同一個繼電器線圈在同一個程序中使用兩次稱為雙線圈輸出，雙線圈輸出容易引起誤動作，在程序中盡量要避免線圈重復使用。如果必須是雙線圈輸出，可以采用置位和復位操作(以S7-300為例如SQ4.0或者 RQ4.0)。如果要使PLC多個輸出為固定值 1(常閉)，可以采用字傳送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同時都為1，可以使用一條指令將十六進制的數據0A9H直接傳送QW2即可。對于非重要設備，可以通過硬件上多個觸點串聯后再接入PLC輸入端，或者通過PLC編程來減少I/O點數，節約資源。例如:我們使用一個按鈕來控制設備的啟動/停止，就可以采用二分頻來實現。

模塊化編程思想的應用:我們可以把正反自鎖互鎖轉程序封裝成為一個模塊，正反轉點動封裝成為一個模塊，在PLC程序中我們可以重復調用該模塊，不但減少編程量，而且減少內存占用量,有利于大型PLC程序的編制。

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