試論P(yáng)LC技術(shù)對(duì)化工處理控制的優(yōu)化作用

李智遠(yuǎn)

摘 要：樹(shù)脂合成在化工產(chǎn)業(yè)中占有重要的位置，其最重要的一點(diǎn)就是控制樹(shù)脂化學(xué)工藝過(guò)程，主要的化學(xué)工藝過(guò)程是通過(guò)反應(yīng)釜的攪拌來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其攪拌是通過(guò)攪拌電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)常用繼電器來(lái)控制，只能勻速狀態(tài)。設(shè)備在粘度大時(shí)的負(fù)荷功率達(dá)到最大，這時(shí)候設(shè)備就會(huì)很容易發(fā)生故障或者損壞導(dǎo)致停產(chǎn)，影響經(jīng)濟(jì)收益。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改進(jìn)，來(lái)減少設(shè)備的故障率，同時(shí)使設(shè)備節(jié)能減耗，通過(guò)設(shè)備控制自動(dòng)化的提高帶動(dòng)化學(xué)工藝控制水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高，企業(yè)收益得以增加。

關(guān)鍵詞：樹(shù)脂反應(yīng) 反應(yīng)釜電機(jī) 變頻電機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TF273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0079-01

在樹(shù)脂化工企業(yè)中，現(xiàn)在樹(shù)脂反應(yīng)釜電機(jī)大多用陳舊的繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂合成。反應(yīng)釜里面的材料在加熱的過(guò)程中，因?yàn)闇囟犬a(chǎn)生變化而使得材料的粘度產(chǎn)生極大的變化。舊的反應(yīng)釜電機(jī)采用勻速攪拌系統(tǒng)，攪拌的速度按照樹(shù)脂材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的粘度來(lái)設(shè)計(jì)，其輸出功率也達(dá)到額定值。材料粘度隨溫度升高而降低，當(dāng)粘度最小時(shí)電機(jī)處于最高速，但由于樹(shù)脂材料在低溫時(shí)的粘度最大，其勻速系統(tǒng)同樣輸出過(guò)大的速度，所以就需要電機(jī)的輸出扭矩和功率能夠達(dá)到最大，但是也會(huì)造成電機(jī)的輸出功率達(dá)到最大，只要設(shè)備出點(diǎn)小故障，極容易導(dǎo)致電機(jī)和機(jī)械設(shè)備的損壞。

為了改善這種狀況，可以通過(guò)運(yùn)用PLC控制技術(shù)改造樹(shù)脂反應(yīng)釜電機(jī)陳舊的繼電器控制系統(tǒng)，把攪拌電機(jī)改為變頻電機(jī)，使用PLC來(lái)控制變頻器。使得其在低溫時(shí)輸出低轉(zhuǎn)速高扭矩，高溫時(shí)輸出高速低扭矩，通過(guò)這樣的改造，使得電機(jī)在低溫時(shí)的時(shí)候只需要輸出低速大扭矩，不需要輸出最大功率，從而減少電機(jī)和設(shè)備的損壞。根據(jù)公式：功率=扭矩×轉(zhuǎn)速/9550計(jì)算，在低速大扭矩就不需要大功率輸出，達(dá)到了節(jié)能降耗的功能。利用電機(jī)變頻器有電機(jī)扭矩或者電流的監(jiān)控和控制的功能，通過(guò)PLC自動(dòng)保護(hù)電機(jī)和報(bào)警，設(shè)備和電機(jī)得以及時(shí)維護(hù)，減少了企業(yè)因?yàn)橄到y(tǒng)維修停產(chǎn)而造成的損失。控制系統(tǒng)的改進(jìn)，使得化學(xué)工藝工程師可以通過(guò)控制不同溫度下的轉(zhuǎn)速和扭矩，靈活調(diào)整化學(xué)反應(yīng)工藝，提高了化學(xué)工藝控制水平，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)的收益得以增加。

1 PLC控制變頻電機(jī)系統(tǒng)

在對(duì)舊系統(tǒng)改進(jìn)中，首先將攪拌電機(jī)改為變頻電機(jī)；然后將繼電器控制改進(jìn)為PLC控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制電機(jī)保護(hù)電機(jī)和故障報(bào)警電路，不僅增強(qiáng)提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化能力，還提高了系統(tǒng)的安全可靠性。

1.1 PLC中心控制單元模塊

PLC中心控制模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)脂合成溫度的采集、分析和處理，并進(jìn)行相應(yīng)的輸出，使得其能通過(guò)溫度指數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)化控制。在溫度較低時(shí)能夠使得電機(jī)工作在低速大扭矩狀態(tài)，隨著樹(shù)脂合成過(guò)程中溫度的不斷升高而粘度的不斷降低，同時(shí)使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高扭矩減低，根據(jù)公式：功率=扭矩×轉(zhuǎn)速/9550，總功率沒(méi)有隨轉(zhuǎn)速提高而變大，從而達(dá)到了節(jié)能目的。

該模塊主要有四大部分組成：電源供給模塊、中央處理器、溫度信息輸入模塊、控制信息輸出模塊。電源供給模塊供給PLC控制單元工作的所有電壓要求。PLC采用局域網(wǎng)通信模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作電機(jī)的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)傳輸。并且每臺(tái)控制電機(jī)都有相應(yīng)的接收裝置。通過(guò)內(nèi)部軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，并使得人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂反應(yīng)釜電機(jī)的工作狀況的顯示控制。設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的目的：所有模塊的設(shè)備組裝及其電氣連線準(zhǔn)確無(wú)誤；PLC所有設(shè)計(jì)模塊正確無(wú)差；將采集到的溫度信息輸入到PLC輸入模塊，同時(shí)將PLC的輸出量經(jīng)輸出模塊輸送到相應(yīng)的電機(jī)輸出設(shè)備中，指導(dǎo)其工作運(yùn)行；各模塊的網(wǎng)絡(luò)連接主要通過(guò)交換機(jī)及雙絞線完成。

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證和實(shí)際工作中，常選用德國(guó)西門(mén)子公司的S7-300系列的控制器，其處理效果較好，其搭載各個(gè)模塊也很實(shí)用。這個(gè)方案采用四電源，主導(dǎo)軌10 A，其它均為5 A；中央處理器為315-2P型。

1.2 電路保護(hù)模塊

為了保證電路能保持正常工作的狀態(tài)，需要設(shè)置其保護(hù)電路，也就是使變頻電機(jī)能較長(zhǎng)時(shí)間工作在正常工作狀態(tài)，因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)或者變頻電機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)會(huì)造成很?chē)?yán)重的停機(jī)停產(chǎn)事故。主要的保護(hù)一般都是控制其扭矩和負(fù)荷過(guò)大的保護(hù)電路；還要對(duì)變頻電機(jī)實(shí)施溫度，電壓，轉(zhuǎn)速，扭矩實(shí)施互鎖保護(hù)，因?yàn)殡姍C(jī)發(fā)生異常情況時(shí)電源電壓會(huì)明顯降低，同時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩會(huì)顯著下降，使得電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)失常，甚至?xí)霈F(xiàn)“堵轉(zhuǎn)”情況，損壞電機(jī)。

PLC還能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)監(jiān)視等自檢行為，當(dāng)異常情況被檢測(cè)出時(shí)，就將所有輸出關(guān)閉。但是PLC控制部分的CPU發(fā)生故障時(shí)就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制，所以對(duì)于這種會(huì)造成嚴(yán)重事故的危險(xiǎn)負(fù)載，需要添加外防護(hù)電路，使得設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。外保護(hù)電路都使得電路正常運(yùn)行，從而減少電機(jī)和設(shè)備的損壞。

1.3 系統(tǒng)故障報(bào)警模塊

系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，由于線路的老化或者是機(jī)器的磨損會(huì)逐漸顯現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，為了使得電路持續(xù)正常工作，就需要添加系統(tǒng)故障報(bào)警模塊。當(dāng)該模塊被啟動(dòng)后，就要對(duì)電路及機(jī)器設(shè)備進(jìn)行故障排除和檢修或者及時(shí)更換零件，降低了企業(yè)因?yàn)橄到y(tǒng)維修停產(chǎn)而造成的損失。

在對(duì)該模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，利用中間價(jià)繼電器對(duì)其實(shí)施軟硬兩種電機(jī)故障連接設(shè)置：軟故障也就是其軟件啟動(dòng)器的故障，當(dāng)軟件中程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，則該模塊接通，使得報(bào)警系統(tǒng)接入電路，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能；硬件故障，就是電路中的機(jī)器零件的運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，當(dāng)其中任何一個(gè)部件或部分出現(xiàn)故障時(shí)都會(huì)使得該模塊作用被啟動(dòng)，電路也實(shí)現(xiàn)報(bào)警。這兩種保護(hù)使得電路的保護(hù)運(yùn)行的安全性和可靠性更強(qiáng)。

用六個(gè)按鈕，一個(gè)主按鈕，五個(gè)輔按鈕，實(shí)現(xiàn)故障復(fù)位。主按鈕是用來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻電機(jī)故障復(fù)位的，其余五個(gè)輔按鈕是5臺(tái)主要工作是對(duì)變頻電機(jī)的故障復(fù)位的。故障出現(xiàn)后，電鈴響起，工作人員需要立即檢查并排除其故障，當(dāng)所有故障點(diǎn)都被清除后，需要將相應(yīng)位置故障復(fù)位按鈕再次按下，關(guān)閉電鈴，使其處于下一次故障檢測(cè)準(zhǔn)備狀態(tài)。

2 結(jié)語(yǔ)

樹(shù)脂合成在化工產(chǎn)業(yè)中占有重要的位置，其重要的過(guò)程就是樹(shù)脂反應(yīng)，樹(shù)脂反應(yīng)主要應(yīng)用繼電器控制反應(yīng)釜電機(jī)。其生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)受材料粘度的影響較大，通過(guò)運(yùn)用PLC控制技術(shù)改造樹(shù)脂化工企業(yè)樹(shù)脂反應(yīng)釜電機(jī)陳舊的繼電器控制系統(tǒng)，通過(guò)把普通的勻速攪拌電機(jī)改為變頻電機(jī)，使用PLC控制變頻器轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，同時(shí)根據(jù)化學(xué)工藝的改變靈活地調(diào)整轉(zhuǎn)速和扭矩。使得其在不同的溫度下控制輸出不同的轉(zhuǎn)速和扭矩，提高其電能利用率，同時(shí)帶動(dòng)化學(xué)工藝控制水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高，企業(yè)收益得以增加。

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