PLC组成的间歇式转炉的自控系统(转载)-专业自动化论坛-中国工控网论坛

PLC组成的间歇式转炉的自控系统(转载) 点击：10131 | 回复：38

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发表于：2003-11-26 10:19:00

楼主

本文作者顾其龙先生，上海石油化工研究院装置仪表室高级工程师；丁文革先生，工程师；吴青燕女士，工程师。关键词：控制　间歇式转炉　手/自动　可编程序控制器一引言间歇式转炉是催化剂生产过程中的关键设备。系统的可靠性、控制精确度及自动化程度直接影响到催化剂的品质和生产工人的劳动强度，采用可编程控制器不仅能取代繁琐的继电控制线路，简化系统的硬件构成，而且使系统的控制性能大大提高。二间歇式转炉的工艺流程及控制要求 1. 工艺流程间歇式转炉用于焙烧化工用催化剂。化工原料从加料口进入炉膛后，炉子开始低速正转，加料结束后炉子按预设的升温曲线开始升温，同时炉子的转速加快。当温度达到规定值时，打开电磁阀，系统开始进空气，空气量的大小由流量控制系统进行自动调节。当温度继续上升到工艺需要值时，系统进氧气。空气和氧气混合后进入空气预热器，经预热后进入炉膛。炉膛的中央有一根可以移动的测温热偶，当这一点的温度达到了催化剂的焙烧温度时，炉子开始恒温。恒温时间一到，蜂鸣器发出警示声音，通知操作人员准备出料。同时，打开炉子的风塞、风门，启动冷却风机，系统开始冷却。当冷却到一定温度时关闭氧气电磁阀，切断氧气的输入，打开炉盖，炉体稍倾斜开始出料。出料一段时间后炉子开始低速反转。此后，炉子依次倾斜+20o、+40o、+50o。出料结束后打开空气旁路电磁阀，加大空气的输入量，进行炉膛的冲洗。其后的过程依次是放平炉体，关闭炉盖、风塞、风门。最后是切断系统电源。工艺控制组成如图1所示。

2. 控制要求 (1)实现既能从进料到出料的整个过程自动化，又能实现各个环节的手动控制(手动控制时，不仅能在操作室屏上进行控制，也能在现场屏上实现控制)。 (2)实现和过程动作配套的高精确度的程序温度控制以及空气、氧气的自控。 (3)当系统某一部分出现故障时(如加热控制模块击穿、气压低等)，PLC能对它们实时监测，记忆锁存，并快速指示报警。 (4)实现系统间的安全联锁。三控制系统的构成催化剂的焙烧有一套严格的工艺程序，何时升温、保温；什么时候进空气、氧气，进料量多少；加料时的转速、加热时的转速、反转的速度等都有严格的要求。系统不但有高精确度的程序温度控制、流量控制，而且还有测速、调速、气缸进出、液压升降等功能。此外，根据工艺的要求，除了能实现全自动化外，还能实现手动操作。为了满足上述要求，如果采用常规的仪表和继电控制，那么，系统不但复杂、繁琐，而且可靠性等也相应降低。采用PLC和智能仪表的有机结合，就能有效地解决上述问题，系统的可靠性、可操作性、可视性都有了很大的提高。 1.控制系统的硬件构成控制系统由两个控制箱、PLC、程序温控系统、流量控制系统、变频调速系统、液压控制系统、气缸控制系统以及继电控制系统等组成。其硬件组成如图2所示。下面简述控制系统的主要内容。

(1)PLC的硬件设置与I/O分配控制系统的核心部件PLC选用松下公司的FPO系列可编程控制器。该编程器为16位CPU的超小型高功能PLC，指令资源丰富，可以在上位机编程后下载到PLC。主控单元为C14RS，扩展单元为E16RS、E32T，总的输入、输出点数为94点，能满足该系统的要求。该PLC的程序容量为2.7k，具有丰富的逻辑运算、算术运算、计数、步进、定时及分支等功能，大大方便了编程。表1和表2分别列出了PLC的I/O地址分配。

(2)温度控制系统温度控制系统是间歇式转炉的重要部分，其控制程度、稳定性及炉膛的温度分布状况直接影响到催化剂生产的品质。本系统就炉子本身而言分3段控制，即入口温控、中段温控、出口温控。组成温控系统的框图如图3所示。

由框图可以看出，程序温控仪TIC的启动、保持或者停止都受PLC输出的控制。在自动状态下，PLC根据输入的各种条件判断是否启动温控程序的运行。如图3中PLC输出1闭合，则程序温控仪按照预先设定的升温斜率开始升温；当PLC的输出2闭合时，程序温控仪的给定值停止增加，其后的控制方式是定值控制；当PLC的输出3闭合时，温控仪停止运行，其输出为零，加热系统停止加热。温控仪的工作波形如图4所示。

为了防止控制系统中加热模块击穿而引起温控失灵，PLC定时采集温控仪的两个超温信号，如第一个超温信号存在，则PLC输出一个间断的超温报警信号，以引起操作人员的注意或进行故障处理；如采集到第二个报警信号(上上限)，则PLC输出一个连续的报警信号，延迟几分钟，如故障依然存在，那么PLC输出一个信号，一方面切断温控仪的信号回路，另一方面切断加热主回路，这样加热系统的安全性得到了保证。 (3)速度调节系统间歇式转炉的速度调整是用变频器实现的。由于系统在加料时的速度、加热时的速度以及出料不同阶段的速度要求是不一样的，所以要对变频器的输出频率进行按需调节。假如系统处在手动状态，那么可以进行人工调节；如果系统处在自动状态，那么必须自动实现不同阶段的速度调节。本系统的速度调节是通过PLC和变频器的有机结合实现的，速度调节的框图如图5所示。

PLC根据程序不同段的要求，依次切换变频器的输入控制端和模拟信号调节端，从而实现炉子的正转、反转以及加速和减速，达到速度调节的目的。 2. PLC的软件构成 (1)程序结构框图本系统的程序结构主要有3部分组成：①自动程序控制模块；②手动控制模块；③公共模块。其中自动模块和手动模块的输出是中间变量，真正驱动负载的是公共输出模块，它直接驱动继电器、电磁阀、蜂鸣器、触发温控仪等。图6给出了系统总流程控制框图。

(2)自动控制过程系统的自动控制过程是按工艺的要求进行程序编制的，本系统在设计上采用步进控制方式，也就是在一个过程完成后再去执行另一个过程。当然，自动过程也要具备一定的条件，如：气压不能低于规定的下限；各执行元件的自动开关必须合上；自动过程开始时炉膛温度不能高于某一温度等。图7是自动过程的程序框图。

(3)手动控制过程手动运行时，各执行部件的动作相对是比较独立的，但相互之间又存在着一定的联锁和制约关系。如：正转时不允许反转；液压的升降只能在反转的条件下进行；必须在水平位置并且是正转的状态下才能加热升温；冷风机必须在风门、风塞、气缸打开的状态下才能启动等。加上手动时执行元件的数量比较多，如用常规的方法则一个部件的动作要按两个按钮(启动，停止)，这样不仅控制屏上按钮数量太多，而且让人产生一种繁琐感。采用PLC控制后，就可以把两个按钮合并成一个按钮，实现一钮二用甚至大于三用的功能。图8是以正转启动为例给出一钮三用的梯形图。

(4)故障的检测与报警由于该系统控制比较复杂，在生产负荷重的情况下，需要长时间地循环运转，这样有时难免会出现一些故障。这些故障中有的如不及时检测和报警，就会生产出废品，带来巨大的经济损失。如加热模块击穿，这时即使PLC和温控仪输出正常，也会产生飞温现象，为了解决这一问题，用电流检测器检测出负载电流，把它变换成标准化信号送电流显示仪。该显示仪输出“OC”信号给PLC，另一方面温控仪也输出一超温信号给PLC，PLC根据输入的这两个信号进行逻辑判断：正常情况下这两个信号不可能同时存在(特别是不可能长时间存在，在升温时即使有超调现象也是暂时的)；如果这两个信号同时存在一定的时间，则说明控制模块已击穿，系统已失控。这时PLC输出一报警信号，操作人员根据这一信号进行故障处理，避免不必要的经济损失，使生产正常运行。四系统的抗干扰措施在以PLC为核心的这个控制系统中，存在着多种信号。弱电方面：有热偶毫伏信号；4~2

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CHENY

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发表于：2003-05-20 11:00:00

21楼

顾先生您好：很荣幸拜读大作，受益匪浅，这里有几个小问题请您赐教： 1。本系统中当PLC失效时，手动控制是否也失效了？ 2。您用的变频器是多大功率的？是否变频器都需要加输入/输出电抗器？是否应当有个功率范围？ 3。您选用的温控仪及变频器是谁家的产品？质量如何？我的Email: yixuanchen@mail.china.com,您也可以在此回复，不胜感激！

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呈翔

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发表于：2003-05-24 18:09:00

22楼

顾先生您好: 很高兴能看到你这么好的文章！我是一新手，看完后还是有些问题想请教一下！ 1，整个系统一定用了不少你模拟理信号，流速，温度，转速等是不是通过模拟输入，输出呢。若是这样的话，是如何来减少对模拟信号的干扰的，接线是有什么注意没！ 2，好多都涉及到闭环控制，不知顾先生是如何来做的。对于你所用的PLC自身可带PID自动调节功能块儿呢，若用的话，P,I，这些参数的设置有什么方法没！谢谢！

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呈翔

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发表于：2003-05-24 18:24:00

23楼

我的信箱是hncyx@sina.com

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阿真

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发表于：2003-05-30 09:53:00

24楼

顾先生您好：很高兴能看到你这么好的文章！能给我提供英文版吗？或者是关于PLC的英文科技文章和论文，我是一名大四学生，需要翻译关于PLC的英文文章，苦于寻找很久没有找到有关的文章，希望得到您的帮助，我将不胜感激！我信箱为yzenyang@163.com 谢谢！

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gongkongedit

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发表于：2003-05-31 23:21:00

25楼

能不能也给我一份 (timothy9713@sina.com) 方便的话再多点类似的资料

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感悟人生

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发表于：2003-06-06 14:36:00

26楼

顾生：文章很好，很精彩，谢谢。关于温控，松下FP0现在新出了一种智能模块，可以实现4路（TC4）和8路（TC8）温度的控制，本人曾经作过实验，效果还不错，如果需要资料请与我联系。

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27楼

我们北京拓思维公司是GE分销商，和GE有多年的合作经验，经销GE全系列PLC产品。有石化、冶金、水处理等行业的经验010-63955416 13911261339 陈恒（石化行业部经理

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水河

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发表于：2003-06-18 19:45:00

28楼

我也是搞自动化的，是个新手能不能给我一份完整的程序，谢谢。我的信箱是1345064118@sina.com

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张光光

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发表于：2003-06-19 10:43:00

29楼

想请教作者，温度传感器信号是怎么传输出来到表上的呢？你说的设备是滚动的嘛。

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zhili.xie

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发表于：2003-06-26 21:37:00

30楼

你好谢谢你的作品，作品做得很好也比较系统，有机会咱们QQ上聊聊。 213730087，XZL·CSIT。COM。CN

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timelove_ren

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发表于：2003-06-30 16:35:00

31楼

上面那个做车灯的朋友，你的意思是速度值可以自己设计，然后记忆，把检测到的电流信号做比较，我认为，你可以做一个跳转的程序（或者是中断也可以）设置一个中断开关，这个开关是手动的，在程序跳转的地方加上一行赋植的命令，如果你需要给定一个植就可以打开这个开关进行输入。然后爱程序里加上比较命令使他和检测到的植比较，可能最后还要对他清零，以便下次输入。我只是这样考虑的，不知对不对。

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fengkun4125

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发表于：2003-07-11 18:29:00

32楼

《PLC组成的间歇式转炉的自控系统》写的还行，但是我感觉似乎还缺少点什么。比如：手动控制时，不仅能在操作室屏上进行控制，也能在现场屏上实现控制。这里所涉及的一些知识好像没有详细介绍。其实对于搞工控的人员来说，我想组态这一块是最重要也是比较难的。希望您以后多介绍点这方面的知识和实例。我的邮箱是：fengkun4125@sohu.com 谢谢！

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gongkongedit