基于PLC的精细化工装置控制系统的设计.pdf

行 业 应 用 与 交 流 I n d u s t d al Ap p l i c a t ion s a n d Co mmun ic a t io n s 自动化技术与应用 2 0 1 6年第 3 5 卷第 2期 基于 P L C的精细化工装置控制系统的设计 刘庆花 ． 蔡庄红 河南化工职业学院 ， 河南 郑州 4 5 0 0 5 2 摘 要 本文根据精细化工生产工艺 ， 综合运用台达 P L C、特殊模块 DV P 0 4 P T和 D VP 0 4 A D、变频器、力控 F o r c e c o n t r o组态软 件、PI D整定等设计了精细化工装置控制系统。经实际验证 ， 该系统可以对整个生产过程进行远程控制和就地操作 ， 能准 确采集监控记录各项参数 ， 运行稳定 ， 满足生产需要 ， 具有一定的推广意义。 关键词 精细化工装置 ； 台达 P L C； F o r c e c o n t r o ； 人机界面 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 6 0 2 0 1 2 5 0 4 De s i gn o f F i n e Ch e mi c a I De v i c e Co n t r o I Sy s t e m Ba s e d O n PL C L I U Qi n g - h u a ， CAI Z h u a n g - h o n g He n a n V o c a t i o n a l C o l l e g e o f C h e mi c a l T e c h n o l o g y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2 C h i a n Abs t r a c t Ba s e d o n fin e c h e mi c a l p r o d u c t i o n t e c h n o l o gy , t h e i n t e g r a t e d us e o f De l t a P LC、 DVP 0 4 PT a n d DVP 0 4 AD、 i n v e r t e r 、 Fo r c e c o n t r o、PI D c o n t r o l a n d o the r e q u i p me n t， a fi n e c h e mi c a l p l a n t c o n t r o l s y s t e m i s d e s i g n e d． Ve rifi e d b y p r a c t i c a l ， t h e s y s t e m c a n b e r e mo t e c o n t r o l o f the wh o l e p r o d u c t i o n p r o c e s s a n d o n - s i t e o p e r a t i o n， a c c u r a t e a c q u i s i t i o n p a r a me t e r s mo n i t o rin g r e c o r d ， r u n n i n g s t a b i l i t y , c a n me e t the n e e d s o f p r o d u c t i o n ， h a s a c e rta i n po p u l a riz a t i o n s i gn i fic an c e ． Ke y wo r ds Fi n e c h e mi c a l d e v i c e； De l t a P LC ； F o r c e c o n t r o； ma n - ma c h i n e i n t e r f a c e 1 引言 精细化工生产具有小批量生产、多品种、高 附加 值等特点 ⋯。随着 自动化技术的不断发展成熟 ， 越来越 多的精细化工生产中引入可编程控制器 ， 工控机 ， 智 能仪表等设备实现生产过程数据 自动采集、存储、监 控 等 功 能 。本 文根 据 精 细化 工 生产 工 艺 ， 综合 运 用 台 达 P L C、特殊模 块 DV P O 4 P T和 DV P 0 4 AD、变频器 、 力 控 F o r c e c o n t r o组态 软件 、P I D 整定等设计 了精细化 工装置控制系统。经实际验证 ， 该系统可以对整个生 产过程进行远程控制和就地操作 ， 能准确采集监控记 录各项参数 ， 运行稳定 ， 满足生产需要 ， 具有一定的 推 广意义 。 精细化工装置控制系统由上位机和下位机组成 。 上位机安装有三维力控组态软件 ， 主要起到远程操作、 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 - 2 4 数据显示和历史数据存储的功能。下位机以台达 PL C 为控制核心 ， 通过特殊模块 D VP 0 4 P T和 D V P 0 4 AD， 对 系统的各个变量进行采集和 自动处理。 2 精细化工装置设备构成 图 1精细化工装置示意图 精细化工实训装置如图 1 所 示 ， 由反应釜 、中和釜 、 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 6 年 第3 5 卷 第2 期 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial Ap p l i c a t io n s an d Commu n i c a t io ns 原料罐、换热器、高位辅料罐、产品罐、离心母液罐、 气流干燥塔、空气加热器、蒸汽包、蒸汽发生器、冷却 水储罐等设备构成。 3 精细化工生产工艺流程 以氧化淀 粉为例 系统先做好准备工作 ， 蒸汽发生器水位自动控制在 设定范围 ， 温度达到预定值 ， 冷却水储罐液位自动控制 在设定范围 ； 将原料注入原料罐中 ， 打开原料泵搅拌使 物料均匀 ， 将原料经匀速注入中和釜 ； 打开中和釜电机 ， 调节转速为 5 0 r ／ rai n， 在中和釜手孔处缓慢添加 3 ． 5 KG 玉米淀粉 ， 制成浓度为 1 0 ％的淀粉乳 ； 打开中和釜增 压泵 ， 将料液注入反应釜 ； 打开反应釜电机 ， 控制转速 为 6 0 r ／ mi n ， 温度控制在 3 2度 ； 将浓度为 0 ． 2 mo l L -1 的稀硫酸通过辅料罐注入反应釜中 ， 使得反应釜内料液 p H为 3 ． 5 ； 将浓度为 0 ． 5 mo l L - 1的高碘酸钠加入反应 釜 ， 使得高碘酸钠与淀粉物质的量比为 l 1 0约为淀粉 ； 反应维持 4到 6小时 ， 结束后关闭调温系统 ； 反应结束 后 ， 开料液循环泵和离心机 ， 使得物料固液分离 ； 开气 流引风机 ， 开气流干燥机加热电源 ， 使得温度控制在 6 0 度 ； 加入物料 ， 开螺旋进料器 ， 最终使产品干燥。生产 结束后 ， 依次关闭各阀门 ， 关闭各设备电源。 4 控制系统 的设计 根据精细化工生产工艺过程 ， 系统共需要 9个温度 量输入 ， 6 个模拟量输入包括液位、压力、湿度等参数 ， 8 个开关量输入 ， 2 0开关量输出。由于化工生产过程中存 在粉尘污染和腐蚀性液体等危害 ， 因此在设计控制系统 时采用 P L C作为控制核心 ， 可编程控制器能稳定的工 作于恶劣环境 ； 采用工控机显示系统参数、保存历史数 据和远程控制。系统的总体结构如图 2 所示 H L n 一 ～。 图2 系统总体结构图 4 ． 1 控制系统硬件设计 上位机选用台式电脑 ， 安装三维力控 F o r c e c o n t r o 组态软件。下位机采用台达 D V P1 6 E S 2 ， 该 P L C性价比 高 ， 编程语言和三菱类似易于掌握 ， 扩展方便该款 P L C 具有 8 点 数字量 输入和 8 点数字量 输出 ， 输出点数较少 。 因此扩展一块 D CP 1 6 XN， 该模块具有 1 6点数字量输 出 ， 满足系统输出开关量的要求。扩展 3 块 D VP 0 4 P T， 测量包括反应釜温度、中和釜温度等 9 个温度量。扩展 2台 DVP 0 4 AD， 测量冷却水储罐液位、蒸汽包压力等 模拟量。原料泵、中和釜、反应釜 电机、料液循环泵、 离心机等由PLC输人输出开关量控制。其部分 I ／ O变 量如 图 3 所示 图 3 P L C的 I ／ O口变量 表 1 P L C的 I ／ O端口分配表 P L C 输 出 继 电器 P L C输出端子 继电器 端子编 号 设备名称 设备 名称 编 号 编号 编号 Y 2 风箱湿 度加热器 S S R 1 Y 1 4 料液循环 泵 J Z 3 Y 4 风箱风加热器 S S R 2 1 6 一级 闭风器 J Z 5 1 5 蒸 汽发生器加热器 S S R 3 Y 1 7 二级 闭风器 J Z 6 冷却水 储罐 1 0 离心机 S S R 5 Y 2 0 J 7 7 液位 电磁阍 蒸 汽补水 Y l 1 气 流干燥风机 S S R 6 Y 2 l J Z 8 电磁阀 中和釜温控 Y 1 2 冷水循环泵 S S R 7 Y 2 2 J Z 9 电磁阏 反应釜温控 Y 6 原料泵 J Z 1 Y 2 3 J Z 1 0 电磁阀 离线洗涤 Y 7 螺杆搅 拌电机 J Z l 4 Y 2 4 J Z 1 1 电磁 阀 Y l 3 中和液 增压泵 J Z 2 4 ． 2 控制系统软件设计 精细化工实训装置控制系统采用 P L C作为控制核 心 ， 系统所有数据经传感器采集后通过特殊模块转换 ， 由P L C处理并采取相应动作 ， 上位机作为数据的显示 和存放。系统即可以采用就地操作也可以采用远程控制 操作。由精细化工实训操作工艺来看 ， 整个系统采用的 是顺序控制和模拟量闭环 P I D单回路控制 嵋 】 。需要采用 P I D控制的回路有 5处 ， 分别是冷却水储罐液位、蒸汽 包液位、中和釜温度和反应釜温度、气流干燥机温度。 控制系统流程图如图 4 所示