針對PLC控制的變頻調速在物料攪拌系統中的有效運用

【摘要】 物料攪拌在當前的工業建設、生產中使用極為普遍，在化工生產反應中，根據物料特性以及反應特點進行的攪拌，其攪拌過程中需要對攪拌速度、攪拌方式進行嚴格的控制，以保證化工生產的安全正常進行。而基于PLC控制的變頻調速不僅能夠保證攪拌系統的正常穩定性，而且在工作過程中可以根據需要對攪拌進行即時的調整與改變，在現代化工生產中應用極為廣泛。

【關鍵詞】 PLC；變頻調速；物料攪拌系統；運用

現代工業發展過程中，各環節需要大量的物料攪拌系統，如土建施工中的混凝土攪拌、路面施工中的瀝青攪拌、化工生產過程中的物料攪拌等。攪拌系統的引用一方面有利于實現反應器內/攪拌器內多種物料的混合度，增加混合反應速率，實現液—液、固—液、氣—液等兩相或多相物料的混合，另一方面提高系統內散熱效率，降低物料粘稠結焦的可能性，保證系統生產的安全可靠。

一、PLC

PLC指的是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。它首先被提出并出現于上世紀七十年代的美國通用汽車公司，利用可編程邏輯控制器PDP—14應用于電氣控制，取代了傳統的繼電器控制裝置。后來逐漸發展并應用于工業生產的方方面面，特別是在危險性較強、生產條件要求較為苛刻、生產過程各項參數控制要求相對嚴格、生產過程較為連續的現代化工生產中，得到了廣泛的使用。

PLC應用于現代工業生產過程中主要有以下幾個優勢。

（一）編程相對簡單，使用較為方便

PLC采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，在命令輸入中無需掌握復雜的計算機知識，這就使得其使用受眾相對較廣，而且編程的簡單性可以保證程序輸入的便捷性，在程序修改中能夠盡量節省工業生產的時間。

（二）PLC綜合功能較強，性價比較高

PLC可編程控制調節器在使用中具有豐富的運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性，即便的一臺小型PLC內也有成百上千個可供用戶使用的編程元件，從而使得其性價比較高。同時，PLC可以通過通信聯網，實現遠程在線控制，最終達到分散控制，集中管理的目的。

（三）可靠性高，抗干擾能力強

PLC可編程控制調節器用軟件代替了傳統繼電器控制系統中的中間繼電器、時間繼電器等，使得硬件元件數量大為降低，保證了其使用過程中的可靠性，同時提高了其受工業生產以及其他意外狀況而產生的干擾，保證了工業生產的持續穩定。

二、化工生產中的物料攪拌需求

物料攪拌系統在當前的工業生產中使用較為普遍，特別是在現代化工生產領域，幾乎所有的反應釜和混合器、萃取塔、吸收塔等都需要添加攪拌系統。這主要是由于大部分化工生產反應均是在液相基礎上的混合物料的反應，因此物料之間的混合度直接影響了其物料化學反應的速率、反應的收率、副反應的生成等，特別對于很多放熱化學反應，在沒有攪拌系統的支持下，會容易在反應釜局部區域造成熱量的過于富集，導致物料結焦、碳化等，既可能造成反應產品的質量又會在物料結焦沉積的過程中導致反應系統內溫升過快引發大規模的爆炸事故。化工反應的特殊性對攪拌系統提出了極為苛刻的要求，既要能滿足實際攪拌需求，通過控制攪拌的速率與方式來實現對物料不同形式和要求的混合，又能保證反應熱量的及時移除和加入，實現反應的平穩進行，同時大幅度降低能耗，方便可調。

因此在實際的化工生產過程中，對反應容器的攪拌系統進行嚴格的控制（主要在攪拌速率和攪拌方式方面）是保證化工反應安全、正常、穩定的前提。

三、PLC在物料攪拌系統中的應用

化工反應對攪拌系統的嚴格要求主要體現在滿足實際反應需求能夠實現及時的攪拌速率與攪拌方式的調節與變化，而在意外狀況中能夠根據實際的需求通過變頻調節來進行緊急的制動，如反應過熱溫升過快時的高速攪拌以及緊急停車等。而基于PLC控制的變頻調速有效地解決了化工反應對攪拌速率變化需求的難題。

如對精細化工過程中某反應器內進行的化學反應，其反應過程為8m3物料A預先加入反應器內，為了防止物料A自然聚合，需要對其溶液低速攪拌；再加入物料B400L，高速攪拌四十分鐘以實現兩種物料的混合反應；混合中A和B在反應器內發生反應生成固體沉淀物C，此時混合溶液呈絮凝狀懸浮液；停止攪拌半小時，將C沉淀到反應器底部，然后通過底部電磁閥排出；反應后溶液通過反應器底側部出料口通過閥門泵出，從而實現A物料的除雜轉化。在這一過程中需要對攪拌進行控制，主要是在物料A加入后的低速攪拌、溶液混合后的高速攪拌以及混合反應完成后的停止攪拌。在傳統的操作中需要手動對攪拌進行控制（主要是對攪拌電機的轉速進行控制），但基于PLC控制的變頻調速可以通過預先輸入的編制程序進行自動控制。在反應中，通過編制的程序在反應物料A加入時（通過物料A來料管上的電磁流量計示數進行聯鎖制動，在2m3左右開啟攪拌以防止物料A的聚合）自動開啟低速攪拌模式，并且通過物料B加入管路的電磁流量計數值變化對攪拌速率進行調整（如物料B開始加入后自動切高速攪拌模式），在物料B加入完成后通過PLC內的時間控制程序進行計時控制，四十分鐘后自動停止高速攪拌而轉為低速攪拌模式，在反應后溶液泵出時，通過底側部電磁流量計示數進行攪拌的停止作業（一般在反應后溶液出料在6m3左右停止攪拌）。從而實現了攪拌過程的自動化進行，減少了人為操作的工作量，同時降低了人為操作帶來的誤操作概率。

在該反應過程中，對PLC進行選定時需要根據本反應實際特點以及要求進行，由于要保證物料A不至于在來料和出料過程中發生聚合絮凝現象，需要對其進行持續的攪拌，但考量到反應釜內攪拌槳空轉帶來的設備磨損危險性，一般設計為在反應釜內物料體積超過2m3時開啟攪拌，低于2m3時自動停止攪拌。而在反應過程中，由于要充分對物料A、B進行混合，為了節省能耗以及提高反應效率，采用高速攪拌模式，反應完成后需要停止攪拌進行沉積作業，并在出料時再次開啟低速攪拌模式，因此攪拌速率在該反應過程中變化較多。由此，對PLC進行設置時，配置有“自動”和“手動”兩個檔位，一般情況下使用自動模式進行攪拌速率的調整，但在系統故障或者意外情況下，需要手動進行緊急的制動，如進出料電磁流量計與PLC程序通訊出現故障時需要手動開啟或者關閉攪拌電機，物料B加入完成后在系統故障情況下需要手動開啟高速攪拌模式等。

在利用S7 -200 CPU224 PLC進行控制配置時，其系統控制開關按鈕包括手動/自動轉換開關、緊急停車按鈕、手動進出料閥門、復位開關等。但為了保證反應系統運行的穩定性與可靠性，在現場設置有手動攪拌開停車按鈕以及高低速調節按鈕，在系統出現故障或者網絡、通信出現問題時能夠手動進行控制，保證化學反應的安全可靠性。

四、結束語

PLC系統編程簡單，使用方便、綜合功能強、性價比高、可靠性高、抗干擾能力強的特點使得其在化工生產反應中攪拌系統的應用能夠對化工反應的物料混合、反應速率控制、反應熱的移除等多方面起到可靠性高的自動化控制，減少了人為操作的工作量以及人為操作的誤操作概率，從而提升了化工反應系統的安全穩定性。

參考文獻

[1] 張鵬.PLC和變頻器在物料攪拌控制系統中的應用[J].化工裝備技術，2010（06）.

[2] 吳玉國、吳勝、遲開紅、時禮平、陳彬.攪拌器的結構設計及有限元模擬[J].食品與機械，2013（02）.

[3] 吳猛.基于PLC的攪拌系統[J].科技信息，2013（04）.

[4] 蔡建剛、李浩河、盧世忠、蒙斌.基于PLC控制石化污水混合攪拌裝置的設計與實現[J].電工技術，2014（05）.

[5] 張兆武.基于PLC的混凝土攪拌站控制系統設計[J].機械，2010（08）.