1、PLC 系统在乙烯化工的应用及设计摘 要可编程序控制器即 PLC，近年来，随着技术的不断提高，其功能不断完善，其性能价格比的也不断提高，已经成为了工业自动化控制的主流控制方式之一。PLC 在现代化工工业上主要应用分为逻辑控制，运动控制，过程控制，通信及联网几种类型，本文将结合化工过程的特点简单介绍其在乙烯化工领域的应用。 关键词可编程序控制器 顺序控制 运动控制 过程控制 通信及联网 中图分类号：TQ02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0047-01 在国内的大型化工行业由于 DCS 能够很好的完成化工过程的控制，而 PLC 作为一种典型的逻辑控制系统和很好地第
2、三方通讯能力，同时由于它的结构简单，搭建容易，很受一些大型机组设备包厂家的青睐，本文将对 PLC 在大型乙烯化工中重要的机组应用做简单的介绍并对系统的设计做简单阐述。 （1）逻辑控制 通过用户程序组态实现对过程的逻辑控制，是 PLC 的最大优势，它取代传统的继电器顺序控制并能进一步进行更复杂的逻辑运算。比如乙烯化工中在进行聚合反应，对氢气进行六段吸附的 PSA 技术，需要氢气精制的每个阶段进行精确而复杂的顺序控制，就是 PLC 在这方面的应用的主要例子。 （2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。在多数情况下，PLC 把描述目标位置的数据送给模块
3、，模块移动一轴或数轴到目标位置，当每个轴转动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。 运动的编程可以用 PLC 的编程语言完成，通过编程器输入。操作员用手动方式把轴移动到某个目标位置，模块就得知了位置和运动的参数，之后操作员可运用 PLC 编程来改变速度和加速度等运动参数，使运动平滑。在聚乙烯生产的智能码垛机中机械臂控制就是采用这种设计方式，既操作方便又节省成本。 （3）过程控制 随着运算模块运算速度加快，PLC 具有了更强的数字处理能力。不仅可以进行复杂的逻辑运算，而且有了更强的模拟量处理能力。如温度、压力、速度和流量等化工过程中的主要参数可以通过模拟量输入模块转换成 PLC
4、可以处理的数字量，同时 PID 模块的提供使得 PLC 具有闭环控制的功能，也就是说，具有 PID 控制模块的 PLC 系统可以应用于过程控制。 （4）通信和联网 为了适应国外近几年兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统等发展的需要，首先，必须发展 PLC 之间、PLC和上级计算机之间的通信功能。PLC 之间、PLC 和上级计算机之间都采用光纤通信，多级传递。I/O 模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络联结构成集中管理信息的分布式网络系统。 下面简单介绍 PLC 系统的硬件和软件设计： 一、PLC 控制系统的硬件设计 硬件设计是 PLC 控制系统的至关
5、重要的一个环节，这关系着 PLC 控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。 1、PLC 控制系统的输入电路设计。 PLC 供电电源一般为 AC85240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件；隔离变压器也可以采用双隔离技术。PLC 输入电路电源一般应采用 DC24V，同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和 PLC 安全至关重要。 2、PLC 控制系统的输出电路设计。 依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短；如果 PLC系统输出频率为每分钟 6 次以下，应
6、首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。如果 PLC 输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对 PLC 的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护 PLC。当 PLC 扫描频率为 10 次/min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用 PLC 输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR） ，再驱动负载。对于两个重要输出量，不仅在 PLC 内部互锁，建议在 PLC 外部也进行硬件上的互锁，以加强 PLC 系统运行的安全性、可靠性。 3、PLC 控制系统的抗干扰设计。 防干扰是 PLC
7、控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式：隔离：由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用 1：1 超隔离变压器，并将中性点经电容接地。 屏蔽：一般采用金属外壳屏蔽，将 PLC 系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰；布线：强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔；模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。 二、PLC 控制系统的软件设计 在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是 PLC 应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体
8、表现。 1、PLC 控制系统的程序设计思想。 由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。 基本程序：既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序；依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种：顺序结构、条件分支结构和循环结构。模块化程序：把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。 2、PLC 控制系统的程序设计要点。 PLC 控制系统 I/O 分配，依据生产流水线从前至后，I/O 点数由小到大；尽可能把一个系统、设备或部件的 I/O 信号集中编址，以利
9、于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保 PLC 工作运行的可靠性。程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是 I/O位） ，也要统一编号，进行分配。在地址分配完成后，应列出 I/O 分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如 Q2.0/Q2.1 等。 3、PLC 控制系统编程技巧。 PLC 程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是 PLC 编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。同一个继电器线圈在同一个程
10、序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以 S7-300 为例如 SQ4.0 或者RQ4.0） 。如果要使 PLC 多个输出为固定值 1（常闭） ，可以采用字传送指令完成。 对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入 PLC 输入端，或者通过 PLC 编程来减少 I/O 点数，节约资源。模块化编程思想的应用：我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，在 PLC 程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量，有利于大型 PLC 程序的编制。 小结：在大型化工过程中，过程控制采用大型 DCS，联锁控制多使用具有三层容错功能的 SIS 系统。随着技术的不断发展，PLC 系统也加入了类似服务器的上位机和更好进行人机交换的操作站。使得 PLC 系统也逐渐实现了集散控制的功能越来越多的应用于大型控制过程中。
