化工廠(chǎng)設(shè)備改造PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值

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摘要：PLC控制系統(tǒng)是將微處理器作為核心，集通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、微機(jī)技術(shù)為一體的通用工業(yè)裝置。利用PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用在大型化工廠(chǎng)設(shè)備改造過(guò)程中，就是通過(guò)plc技術(shù)智能化改造普通化工廠(chǎng)設(shè)備，對(duì)電氣控制系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，使最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與控制技術(shù)在改造過(guò)程中使用，使大型化工設(shè)備系統(tǒng)加工效率、精度和穩(wěn)定性得到提高。通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)化工廠(chǎng)設(shè)備改造滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。文章介紹了PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及通信原理，并對(duì)其在化工廠(chǎng)設(shè)備改造中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；化工廠(chǎng)；設(shè)備改造

引言

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷的發(fā)展，使通信技術(shù)、PLC技術(shù)、過(guò)程運(yùn)動(dòng)控制軟件都有極大進(jìn)步，使PLC控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用到化工行業(yè)中。另外，我國(guó)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程控制、集成邏輯控制與通信數(shù)據(jù)處理方面都有所發(fā)展，使傳統(tǒng)方式PLC無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)控制需求[1]。因此，對(duì)PLC控制技術(shù)應(yīng)用到大型化工廠(chǎng)設(shè)備改造中研究的具有一定價(jià)值。

1PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1PLC控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，使PLC控制系統(tǒng)劃分為模塊式、整體式、混合式三種。整體式結(jié)構(gòu)使輸入/輸出模塊、CPU模塊、通信接口模塊與電源模塊等在機(jī)殼中封裝，創(chuàng)建整體；混合式機(jī)構(gòu)是通過(guò)PLC主機(jī)模塊與擴(kuò)展功能模塊構(gòu)成；模塊式結(jié)構(gòu)根據(jù)PLC各組成部分劃分成為不同模塊，使此模塊獨(dú)立物理封裝。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：對(duì)控制系統(tǒng)是否需要雙熱機(jī)備用進(jìn)行考慮，并且實(shí)現(xiàn)點(diǎn)源供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選擇輸入輸出設(shè)備與輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。以生產(chǎn)工藝過(guò)程對(duì)控制要求進(jìn)行分析，根據(jù)控制要求對(duì)需要的用戶(hù)輸入輸出設(shè)備的I/O點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)PLC程序設(shè)計(jì)，并且編制程序清單，實(shí)現(xiàn)程序離線(xiàn)檢查與修改，之后開(kāi)展安裝測(cè)試，組織驗(yàn)收[2]。

1.2PLC網(wǎng)絡(luò)通信原理

不管是PLC或者計(jì)算機(jī)，都是數(shù)字設(shè)備，信息交換是通過(guò)0和1所表示的數(shù)字信號(hào)。一般具備一定格式、編碼與位長(zhǎng)的數(shù)字信號(hào)稱(chēng)之為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字通信指的是使數(shù)字信息利用傳輸線(xiàn)路，從一臺(tái)機(jī)器在另外一臺(tái)機(jī)器中傳輸。此機(jī)器指的是PLC、計(jì)算機(jī)或者有數(shù)字通行功能其他數(shù)字設(shè)備。數(shù)字通信系統(tǒng)主要目的就是使不同地理位置的PLC、計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備相互連接，從而實(shí)現(xiàn)信息交換、數(shù)據(jù)交換、通信處理。PLC控制系統(tǒng)通信協(xié)議中，PPI協(xié)議為主從協(xié)議，MPI協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)S7-200、S7-300、S7-400相互通信，自由口通信指的是用戶(hù)利用自定義通信協(xié)議與智能設(shè)備進(jìn)行通信。另外，PLC網(wǎng)絡(luò)主要包括PLC通信網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)，控制網(wǎng)絡(luò)指的只傳輸on/off開(kāi)關(guān)量，并且一次傳送數(shù)據(jù)量比較少。此網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)就是所傳輸開(kāi)關(guān)量原理PLC，但是PLC能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作，此操作比較方便、簡(jiǎn)單。PLC通信網(wǎng)絡(luò)也稱(chēng)之為高速數(shù)據(jù)公路，此網(wǎng)絡(luò)不僅能夠傳輸開(kāi)關(guān)量，還能夠傳輸數(shù)字量，以此通信傳輸數(shù)據(jù)量比較大[3]。

2PLC控制系統(tǒng)在化工廠(chǎng)設(shè)備改造中的應(yīng)用

2.1PLC控制系統(tǒng)使用的優(yōu)缺點(diǎn)

在使用PLC控制系統(tǒng)的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)與其他設(shè)備都是以順序?qū)崿F(xiàn)控制，根據(jù)邏輯順序運(yùn)行。使用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)設(shè)備系統(tǒng)的改造，使PLC作為主要控制元件，之后通過(guò)伺服系統(tǒng)智能操作與控制。并且模塊能夠隨時(shí)拆卸，便于維護(hù)修理和安裝，并且輸入編程方便，開(kāi)發(fā)者能夠定期維護(hù)系統(tǒng)。在工廠(chǎng)設(shè)備廠(chǎng)家不斷增加的過(guò)程中，設(shè)備結(jié)構(gòu)與使用途徑也發(fā)生改變，使機(jī)床應(yīng)用領(lǐng)域逐漸多樣化，并且缺乏適應(yīng)編程語(yǔ)言軟件，降低了實(shí)際使用效果。目前，使用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型化工廠(chǎng)設(shè)備的改造，能夠使設(shè)備加工速度與精度得到提高，并且降低接線(xiàn)量，避免設(shè)備發(fā)生故障，使設(shè)備穩(wěn)定性與安全性得到提高[4]。

2.2PLC控制系統(tǒng)的使用

2.2.1通信控制網(wǎng)針對(duì)控制網(wǎng)來(lái)說(shuō)，歐姆龍、西門(mén)子等產(chǎn)品比較多見(jiàn)，使用ABPLC主要是因?yàn)榇司W(wǎng)絡(luò)類(lèi)型主要特點(diǎn)為開(kāi)放性，利用Controlont控制網(wǎng)能夠兼容其他產(chǎn)品，此高性能工業(yè)局域網(wǎng)具有高性能、多功能性、開(kāi)放性、靈活性的特點(diǎn)，并且網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和診斷能力強(qiáng)大，圖1為Controlnet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)圖1可以看出，Controlont網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)管理層與控制層的控制邏輯具有密切關(guān)系，所以選擇控制網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃配置中主要指標(biāo)。工控網(wǎng)絡(luò)最大限制點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)，高速傳輸為控制網(wǎng)絡(luò)主要指標(biāo)，所以網(wǎng)絡(luò)模式為網(wǎng)絡(luò)效率的重點(diǎn)。Controlnet使用生產(chǎn)者/消費(fèi)者的模式，和傳統(tǒng)源/目模式對(duì)比具有一定的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)模式缺點(diǎn)為不確定性，相同信息要發(fā)送多次才能夠成功，不利于小網(wǎng)絡(luò)帶寬。網(wǎng)絡(luò)模式能夠直接以數(shù)據(jù)有效性對(duì)通信方式進(jìn)行選擇，忽略不需要的信息系統(tǒng)，使網(wǎng)絡(luò)使用率得到提高[5]。

2.2.2PLC和選型控制器的合理選擇對(duì)電氣控制圖的I/O分布、系統(tǒng)集成與系統(tǒng)響應(yīng)速度具有密切關(guān)系，系統(tǒng)使用Controlnet控制網(wǎng)，所以項(xiàng)目使用Contrologix控制器，其主要特點(diǎn)為開(kāi)放性，能夠最大化的使用PLC表現(xiàn)性能。Contrologix控制器基于可選存儲(chǔ)單元能夠支持復(fù)雜運(yùn)算處理，還能夠提供快速運(yùn)動(dòng)控制，主要優(yōu)勢(shì)為：模塊化控制平臺(tái)能夠執(zhí)行多任務(wù)，并且促進(jìn)系統(tǒng)故障檢查；能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、處理器與I/O在同個(gè)NetLinx平臺(tái)處理；通用編程環(huán)境整合低成本裝置能夠使編程與系統(tǒng)配置相互協(xié)調(diào)；高性能處理速度能夠使運(yùn)動(dòng)過(guò)程控制要求得到滿(mǎn)足。所以，使用Contrologix控制器能夠滿(mǎn)足大型化工廠(chǎng)設(shè)備改造的需求[6]?；谙到y(tǒng)原本設(shè)備設(shè)置控制模塊，具體模塊配置為：其一，控制器Contrologix1756-L72。Contrologix1756-L72的內(nèi)存為4M，具有較高的處理速度，1K數(shù)據(jù)為0.08ms，并且具有大容量Flash內(nèi)存卡，能夠?qū)?000點(diǎn)、12000點(diǎn)的數(shù)字量同時(shí)處理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)控制，還能夠利用遠(yuǎn)程控制粘合現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊。Contrologix1756-L72控制器使用12槽機(jī)架，現(xiàn)場(chǎng)控制使全部I/O點(diǎn)包含交流攪拌電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)器。粘合劑設(shè)備改造控制點(diǎn)為多臺(tái)設(shè)備復(fù)位、啟停、流量計(jì)、電磁閥開(kāi)度等，共有1000點(diǎn)數(shù)字量輸入輸出信號(hào)點(diǎn)。其二，通訊模塊。將此模塊在控制室PLC電氣柜柜架中設(shè)置，為美國(guó)prosoft公司的MODBUS主站模塊，此工程使Modbus主站設(shè)備搭載MOBUS網(wǎng)絡(luò)將從站信息利用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)主從站信息交換[7]。其三，觸摸屏模塊。系統(tǒng)改造保留原本觸摸屏，通過(guò)專(zhuān)門(mén)AB-SIMENSE協(xié)議使AB數(shù)據(jù)變量地址在西門(mén)子觸摸屏中傳送。西門(mén)子為單獨(dú)控制人機(jī)界面，因?yàn)楣S(chǎng)面積比較大，額外配置三臺(tái)B的觸摸屏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員操作進(jìn)行監(jiān)控。其四，工控機(jī)。因?yàn)榭刂埔螅褂肏P2220工控機(jī)作為中控室工作站，搭載2.8GHz處理器，4GBDDR2內(nèi)存，500G硬盤(pán)，對(duì)系統(tǒng)靈敏度進(jìn)行保證，并且保證系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間不間斷的運(yùn)行。工控機(jī)還能夠通過(guò)WonderwareIntouch成為上位機(jī)界面軟件，為了和下位機(jī)數(shù)據(jù)無(wú)縫連接交互，要在RSLINX網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中設(shè)置OPC成為中間交換數(shù)據(jù)接口服務(wù)器，最后通過(guò)工控機(jī)IP地址和PLC實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控[8]。

2.2.3中間罐冷卻大包系統(tǒng)對(duì)于冷卻大包系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，此為系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)，在對(duì)流床冷卻后開(kāi)展下一步切到動(dòng)作。此時(shí)，能夠促進(jìn)混合料成型，使用歐姆龍進(jìn)行成套打包，對(duì)于成品時(shí)候的空石打包與裝貨處理后發(fā)貨。系統(tǒng)主要控制流程為：在混合料發(fā)展到預(yù)設(shè)計(jì)溫度的時(shí)候，就會(huì)啟動(dòng)循環(huán)冷卻系統(tǒng)，之后系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置傳感器，啟動(dòng)交換機(jī)空冷系統(tǒng)，此時(shí)混合料完全冷卻?？茖W(xué)設(shè)置出料泵速度，使混合料傳輸?shù)絾?dòng)硫化床中。冷卻成型的料通過(guò)切刀機(jī)剪切，構(gòu)成合適形狀。篩除震動(dòng)篩合格產(chǎn)品。將包裝機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)，對(duì)成品進(jìn)行包裝處理[9]。

2.3必要保護(hù)措施

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，要將互鎖裝置安裝到接觸點(diǎn)與繼電器中。在PLC梯形圖中，機(jī)床自身能夠反轉(zhuǎn)控制，但是主電路交流接觸器觸點(diǎn)短時(shí)間通過(guò)電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熔焊問(wèn)題出來(lái)。所以，設(shè)置硬件互鎖就是為設(shè)備提供雙重保險(xiǎn)。最后，實(shí)現(xiàn)機(jī)床主要防護(hù)部分的硬件處理，在PLC輸出端實(shí)現(xiàn)緊急限位與急停按鈕的設(shè)置，保證設(shè)備正常運(yùn)行[10]。

3結(jié)語(yǔ)

目前信息技術(shù)在不斷的發(fā)展，也提高了PLC控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交互，方便生產(chǎn)PLC控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交互?；诖塑浖?，實(shí)現(xiàn)大型化工廠(chǎng)設(shè)備的優(yōu)化和改造，能夠使目前高科技方向生產(chǎn)智能控制得到滿(mǎn)足，并且提高生產(chǎn)效率。

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作者：曹文林 單位：江蘇新城氣體有限公司