基于電氣自動化的PLC編程控制系統設計研究

［摘 要］通過對PLC 編程控制系統的優(yōu)越性和石油化工企業(yè)油罐廠區(qū)管理的重要性進行分析，設計了基于電氣自動化技術的PLC 編程控制系統，其硬件系統主要由PLC 設備、傳感器、PID 控制器以及其他的轉換和傳輸設備組成，軟件設計主要依托RSLogic5000 編程軟件，分析自動化控制流程，最后借助CAK6163型號的電動通用式車床模擬系統工作環(huán)境，分析系統工作延時和工作效率，結果表明與傳統的控制系統相比，文章研究的控制系統自動化程度更好，反應時間和處理效率也更強。

［關鍵詞］電氣自動化；PLC 編程；控制系統；石油化工

［中圖分類號］TP273 ；TM1 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0018–03

1 PLD編程控制系統的工作原理與整體結構設計

為了滿足對整個石油化工油庫廠區(qū)設備和油罐的管理，所設計的PLC編程控制系統必須具備數據采集、自動調節(jié)、自動控制等多項功能，包括PLC 控制設備、傳感器、控制器等硬件設備，同時在系統中配備人機交互觸摸屏，并設置相應的配置參數，系統通過對傳感器上傳的數據信息進行分析并控制油罐區(qū)閥門等設備的工作，自動化調整各個設備功能模塊，達到人機交互目的。

2 系統硬件設計

2.1 PLC設備設計

PLC 設備主要采用XDM-60T10-C 運動控制型設備，包含輸入輸出接口、存儲中心、中央處理單元以及電源等，具有占用空間面積小、實用性強、操作簡單便捷等優(yōu)點，可滿足不同場景下的控制管理需要，尤其在自動化控制管理中，可根據需要調整設備規(guī)格，具有兼容性強、接口多、連接快速、數據處理效率高等優(yōu)勢[1]。

2.2 傳感器設計

采用光電傳感器，進一步提高對管理區(qū)域各類電氣設備、油罐、閥門設備運行監(jiān)測的科學性。為了滿足不同規(guī)格設備數據的采集，將光電傳感器的GaAs紅外發(fā)電二極管的波長設置為940 mm，輸入電壓調整為24 V，額定電流調整為35 mA。

2.3 PID控制器選擇

選擇的PID 控制器型號為OM49-680，控制技術為模糊控制，能在1/8 和1/4 兩種控制面板尺寸下工作和實現，具有穩(wěn)定性強、控制效率高等優(yōu)勢，能有效控制各類設備，滿足系統管理和使用要求[2]。同時， 系統控制芯片主要采用OM49-680 控制器，采用自適應調整法有效提高整個系統的控制性能。系統還支持設置8 個輸出事件，有效將多個控制模塊聯系在一起， 實現對控制范圍內設備的實時管理。

2.4 其他硬件布局

考慮到石油化工企業(yè)儲油罐自動化監(jiān)控和管理需要，本次設計為每個儲油罐配備了各類傳感和流量計量設備，包括模擬量輸入通道3 個、模擬量輸出通道1 個、電機1 個、電動閥2 個、流量計2 個、壓力表1 個、指示燈10 個、手動按鈕2 個。數字量輸入模塊選型為1769-IA16，數字量輸出模塊選型為1769-IO16，不同油罐分配的I/O 地址不同，整個控制系統通過上位機的給定值和給定反饋結果開關、調節(jié)電動閥。

3 系統軟件設計

3.1 自動化控制檢測對象

區(qū)域內每一個油罐都布置油罐液位和溫度檢測傳感器，文章主要采用的溫度傳感器為熱電偶溫度感應器，油罐內溫度需要低于45℃，當PLC 編程控制系統檢測到油罐內溫度超過預計溫度時，將通過自動噴淋裝置、電機和水池等進行降溫，并采用平均值濾波方式進行抗干擾處理，提高決策正確性。PLC 編程控制系統架構如圖1 所示[3]。整個系統的控制管理流程為：首先檢測油罐內液位傳感器，隨后實時采集油罐中的信息，并將信息轉化為電流信號，最后輸入至A/D 信號轉化器，轉化為上位機可接收的數字信號。

3.2 程序設計

程序編程軟件采用RSLogic5000，能支持包含功能塊、梯形圖、順序功能圖標、結構化文本等功能化圖標，指令豐富，界面清晰。以液位流程的梯形圖語言編程為例，工作流程如圖2 所示。

PLC 編程控制系統的控制方式分為手動和自動兩種形式，當TlVZKW/ktH/PmQaqHkFGXw==處于自動模式時，所有設備都收到控制系統的指令，根據程序指令進行閥門監(jiān)控、判斷、調節(jié)等工作，當遇到較為復雜的問題或控制處理無法使用自動化處理的工作時，可在人機交互界面選擇手動控制管理模式，以滿足油罐儲存區(qū)域管理需要[4]。

4 模塊分析

4.1 控制油罐區(qū)域整體工作情況

為了提高對油罐區(qū)域的整體掌控力度，必須了解各個設備和裝置的運行狀況是否準確詳細體現在展示界面。利用PLC 進行實時數據的傳輸，并對采集的數據結構進行模擬、分析和評價，有利于提高對整個區(qū)域管理的精確度。利用布置在各個油罐的溫度傳感器、環(huán)境傳感器、壓力傳感器、空氣流動傳感器等傳輸的參數模擬并分析實際運行狀況，進一步提高控制準確性。隨后利用數字量模擬轉化技術，將采集的信息進行轉化，提高內部控制信息的響應和交流效率。最后，還應該保證多個控制單元比例的一致性，借助數據提供新線路將PLC 編程控制系統上位機的通信任務進行分散處理，避免局部故障引起整個模擬結果異常，具體分類流程如圖3 所示。

4.2 自動化故障診斷模塊

將油罐區(qū)域故障問題進行分層分類，隨后將PLC編程控制系統設計為多個層次控制模塊，提高故障識別和自動化處理故障的水平，當系統識別并定位到系統故障后，系統可根據故障信息獲取更多的故障數據，為油罐設備故障診斷和異常問題處理提供有效參考。此外，為了提高故障處理和分析的自動化水平，還需要在PLC 編程控制系統內部編寫故障診斷程序，使用故障診斷程序通信和處理問題。

4.3 遠程控制模塊

結合以太網、計算機通信技術等可讀取PLC 編程控制系統的變量，實現遠程的監(jiān)督管理與控制。文章設置的遠程監(jiān)督界面包括整個罐區(qū)的整體情況、單個儲油罐的狀況、報警統計圖、實時油液油壓趨勢、實時油罐溫度查詢以及歷史數據（包括歷史油液油壓趨勢和歷史溫度查詢數據等），利用遠程計算機技術，還能單擊有關區(qū)域的運行區(qū)域，進入該區(qū)域的狀況檢測圖內，詳細查看和管理油罐的管理過程和控制工藝。

4.4 系統報警和安全管理模塊

為了提高安全管理效率，分別在儲油罐區(qū)域的現場和中控制安裝報警響鈴和報警系統，當出現危險后報警系統及時將信息傳達至各負責工作人員，并制訂相應的搶救措施。文章研究的系統報警依據主要為有關內油污濃度、壓力、溫度、液位等信息，分為高液位報警、低液位報警、高溫報警和低溫報警等多個模塊，通過及時報警通知相關處理人員，可降低危險事故帶來的損失。此外，為了進一步提高軟件系統的安全性，可在軟件系統新增設備權限管理，包括用戶的注冊和修改、權限的刪除和操作等，采用相應的組態(tài)軟件進行分級管理和處理，實現操作功能的分級處理和記錄，提高設備操作信息的查詢和處理效率。

5 應用測試

文章主要利用CAK6163 型號的電動通用式車床作為測試試驗設備，主要檢測PLC 編程控制系統的延遲數據控制精確性以及文件傳輸和開啟效率。模擬并測試PLC 編程控制系統在機床中的運行情況，經過15 次測試后，分別對機床的啟停信息、文件傳輸延時信息等進行測量，測量的結果見表1。

從表1 內容分析可得，整個系統的啟動延時時間為20.00 ms，暫停延時時間為13.00 ms，文件傳輸延時時間為30.00 ms，證明文章研究的基于電氣自動化的PLC 編程控制系統能及時反應并處理油罐管理中出現的各類問題，保證油罐區(qū)域的整體安全。

在開啟PLC 編程控制系統后，借助傳感器傳送的溫度、壓力等數據，能直觀了解并自動化調整相對應系統或設備。以溫度傳感器為例，通過截取油罐內穩(wěn)定的內部溫度信息，繪制電氣設備的溫度變化，如圖4 所示。

和傳統控制系統相比，文章研究的PLC 編程控制系統能在極短的時間內響應相關問題，避免故障問題的擴大，采取措施自動控制油罐內溫度，提高整個油罐區(qū)域的安全性與管理效率。

6 結束語

我國的工業(yè)生產和管理水平對我國整體經濟水平有著極其重要的意義，實現石油化工企業(yè)生產管理的自動化，可充分發(fā)揮企業(yè)社會經濟效益以及生態(tài)效益的持續(xù)發(fā)展。文章建立了基于電氣自動化PLC 油罐廠區(qū)管理編程控制系統，并設計相應的硬件與軟件布局，分析其在各個模塊中的具體應用并對其進行驗證，為PLC 編程控制系統在石油化工企業(yè)的發(fā)展提供有效參考。

參考文獻

[1] 汪林俊，林富生，宋志峰，等. 基于PLC 的全自動三維平板織機控制系統研制[J]. 機電工程技術，2023，52（11）：138-142.

[2] 秦俊非，畢江海，王繼軍，等. 基于PLC 的鐵路信號機房焊接機器人控制系統設計[J]. 制造業(yè)自動化，2022，44（5）：119-123.

[3] 劉凱. 礦井提升機換繩裝置電氣控制系統設計與應用[J].機械研究與應用，2023，36（2）：111-114.

[4] 鄒兆瑞，李壯舉，曹少中，等. 基于PLC 的原子沉積設備控制系統設計與實現[J]. 包裝工程，2023，44（1）：162-168.