摘 要：在介紹了PLC可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，闡明了在煤氣爐電解液控制系統(tǒng)中利用PLC可編程控制器結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的集中控制和管理，并且顯示了PLC在煤氣爐電解液控制系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用性能和抗干擾能力。該系統(tǒng)的使用達(dá)到了降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的目的，并為保證化工生產(chǎn)長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行，提供了有力保障。

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關(guān)鍵詞：可編程序控制器；煤氣爐電解液控制系統(tǒng)；F1-40MR；集中控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0116602

Application of Programmable Logic Controller in the Control System of Gas Stove Electrolyte

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LI Guoping

(Wuxi Institute of Commerce，Wuxi，214153，China)

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Abstract：Based on the introduction of the structure and work theory of Programmable Logic Controller(PLC)，this article illuminates advantage of the new structure of control system of gas stove electrolyte with PLC.The new system can implement concentrating control and management in the process of production.Meanwhile it also shows the well application feature and anti-jamming ability of PLC in control system of gas stove electrolyte.Thanks to using the new system，we can not only reduce the labor intensity and improve the labor condition，but also can provide impelling endurance on enhancing reliability of chemistry manufacture.

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Keywords：programmable logic controller;control system of gas stove electrolyte;F1-40MR;centralizedcontol

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1 引 言

PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。他采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

PLC具有功能強(qiáng)、可靠性高、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、使用方便、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)工藝流程和控制要求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的順序邏輯控制和模擬量的自動(dòng)控制，因此，在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好的效果。例如總廠造氣車(chē)間1～9號(hào)爐的電液控制系統(tǒng)，尿素包裝的電子秤控制，以及新合成高壓煤漿泵的控制系統(tǒng)均應(yīng)用可編程序控制器配上通訊接口與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集中控制和管理。另外，大型的PLC系統(tǒng)由于可靠性很高、反應(yīng)速度

快，被用于整個(gè)化工裝置故障緊停聯(lián)鎖系統(tǒng)，以確保生產(chǎn)運(yùn)行安全、穩(wěn)定。

2 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)

PLC主要由CPU(中央處理單元)、存貯器、輸入/輸出模塊、可編程器和電源五大部分組成。通常工業(yè)上使用的開(kāi)關(guān)量PLC的硬件構(gòu)成如圖1所示。

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PLC的CPU采取掃描方式工作，每一次掃描完成以下工作：

(1) 將現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映象寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。

(2) 逐條讀入后解釋用戶(hù)程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制相關(guān)電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。

(3) 將輸出映象寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。

PLC的存貯器分為系統(tǒng)存貯器和用戶(hù)程序貯存器。系統(tǒng)存貯器使PLC具有基本的功能，完成PC設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)宏的各種工作，達(dá)到使用者所要的控制效果，實(shí)際上就是PLC的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的具體關(guān)系。用戶(hù)程序存貯器的容量一般以字(每個(gè)字用16位二進(jìn)制表示，有的PLC將字稱(chēng)為步)為單位。

I/O模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)與CPU模塊之間的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量或某些模擬量信號(hào)；輸出模塊則通過(guò)PLC自帶的繼電器控制外部的接觸器、電磁閥、電氣聯(lián)鎖等執(zhí)行器。

編程器是用戶(hù)與PLC進(jìn)行交互的設(shè)備。他可以輸入和編輯用戶(hù)程序，還可以用來(lái)監(jiān)視PLC運(yùn)行時(shí)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器一般只在程序輸入、調(diào)試階段和系統(tǒng)檢修時(shí)使用。

3 可編程控制器的工作原理

PLC的CPU是以分時(shí)操作方式處理各項(xiàng)任務(wù)的。由于運(yùn)算速度高，從PLC的外部輸入、輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程幾乎是瞬時(shí)完成的。PLC的用戶(hù)程序由若干條指令組成，指令在存貯器中按步序號(hào)順序排列。用戶(hù)程序采取掃描工作方式運(yùn)行。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU從第一條指令開(kāi)始，順序逐條地執(zhí)行用戶(hù)程序，直到用戶(hù)程序結(jié)束，然后，程序返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)，典型的PLC掃描過(guò)程如圖2所示。PLC掃描一次所花的時(shí)間稱(chēng)掃描周期，掃描周期與用戶(hù)程序的長(zhǎng)短和PLC的掃描速度有關(guān)，通常典型的PLC掃描周期為1～100 ms。

4 可編程序控制器的特點(diǎn)

編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)[HTSS] PLC配備了梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，梯形圖語(yǔ)言的表達(dá)方式與繼電器電路原理圖中電路符號(hào)的表示法極為相似，且某些僅有開(kāi)關(guān)量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令。工程技術(shù)人員能夠很快熟悉并掌握梯形圖語(yǔ)言的使用方法并用他來(lái)編制用戶(hù)程序，這就為使用者快速的編制出本單位所需要的控制程序提供了非常便捷的條件。

PLC的硬件配套齊全，接線端子一目了然，便于用戶(hù)使用[HTSS] 由于PLC的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)大多是系列化和模塊化的，其硬件配置相當(dāng)靈活，可以組合成多種規(guī)模的，滿(mǎn)足用戶(hù)各種控制要求的控制系統(tǒng)。

PLC可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)[HTSS] 他采用了一系列硬件和軟件的抗干擾措施，能夠適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)惡劣的使用環(huán)境，為控制系統(tǒng)工作的可靠性、持久性提供了有力的保障。

PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小[HTSS] PLC因用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，其控制柜盤(pán)的安裝，接線工作量大為減少。而PLC梯形圖程序一般采用的是順序控制設(shè)計(jì)法，這種編程方法有規(guī)律，易于掌握，便于閱讀。對(duì)于復(fù)雜的控制方案，PLC的梯形圖程序較之傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)電路圖在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)便得多。另外，PLC的輸出節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)有一一對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管用來(lái)指示輸出的狀態(tài)，這在程序模擬調(diào)試和故障診斷時(shí)非常直觀，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中能幫助用戶(hù)及時(shí)地判斷并找出故障點(diǎn)的位置。

5 PLC在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用

在造氣車(chē)間的煤氣爐電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用了PLC控制器。造氣車(chē)間的9臺(tái)固定層煤氣發(fā)生爐是1958年建廠時(shí)合成氨系統(tǒng)的老設(shè)備，在20世紀(jì)90年代中期這里采用了一套DCS集散控制系統(tǒng)為主的控制方案對(duì)原有的常規(guī)儀表盤(pán)控制進(jìn)行了改造。這其中的核心部分——電液控制系統(tǒng)就采用了基于PLC的控制方案，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示(以造氣6～9＃爐為例)。

造氣6～9＃爐采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的F1系列可編程控制器。他是一種僅有開(kāi)關(guān)量控制功能的小型整體式PLC，具體型號(hào)為F1-40MR。他擁有24個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，16個(gè)繼電器型的輸出點(diǎn)。輸出部分采用光電耦合器隔離，輸出電阻負(fù)載為2 A/點(diǎn)，電感負(fù)載為8 VA/點(diǎn)。PLC采用內(nèi)部提供的直流24 V電源通過(guò)輸出繼電器驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載——電磁閥，繼而由工藝的油路系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓閥門(mén)來(lái)完成控制功能。該P(yáng)LC內(nèi)置了24個(gè)01～999 s定時(shí)器，8個(gè)001～999 s減延時(shí)接通定時(shí)器，30個(gè)1～999減計(jì)數(shù)器和1個(gè)高速1～999 999加/減計(jì)數(shù)器。軟件指令系統(tǒng)擁有基本邏輯指令20條、步進(jìn)指令2條、功能指令87條，指令的平均執(zhí)行時(shí)間為12 μs，機(jī)內(nèi)CMOS RAM(電池后備)的用戶(hù)程序存貯器可存儲(chǔ)1 000步用戶(hù)程序，能夠較好地滿(mǎn)足一些小型控制系統(tǒng)的需求。

使用這套設(shè)備時(shí)，在PLC接地困難的場(chǎng)合要注意接地問(wèn)題。按照要求將配電盤(pán)與PLC連線單獨(dú)分槽走線，輸入與輸出線單獨(dú)編扎?？墒桥潆姳P(pán)上只有一塊接地端子排，只好把電源的地線、控制回路的地線及PLC的地線接在一起。試車(chē)時(shí)，出現(xiàn)程序不穩(wěn)定，經(jīng)查找試驗(yàn)，程序沒(méi)有問(wèn)題，把PLC地線拆除，工作正常?？梢?jiàn)，寧可不接地，也不可亂接。

這套PLC電液控制系統(tǒng)對(duì)下灰電磁閥組、自動(dòng)加焦電磁閥組和煤氣爐吹風(fēng)控制系統(tǒng)的閥組進(jìn)行了集中控制。雖然造氣現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，但在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，該系統(tǒng)的PLC顯示了良好的應(yīng)用性能和抗干擾能力，取得了較好的控制效果，保證了化工生產(chǎn)長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，自控系統(tǒng)的成功應(yīng)用也減輕了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，使工作效率大為提高。

6 可編程序控制器的發(fā)展

在PLC發(fā)展的初期，他只能完成開(kāi)關(guān)量邏輯控制。近年來(lái)，PLC技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和功能不斷改進(jìn)，其應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。各PLC廠商相繼推出功能更強(qiáng)大的產(chǎn)品。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在PLC中也出現(xiàn)了模擬量I/O模塊和專(zhuān)門(mén)用于模擬量閉環(huán)控制(過(guò)程控

制)的智能PID模塊，實(shí)現(xiàn)了PID控制功能的軟件化。某些

PLC的過(guò)程控制甚至還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時(shí)間大為減少，控制精度顯著提高。如果PLC系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)通過(guò)相應(yīng)的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊和數(shù)據(jù)共享，還能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖形界面顯示以及數(shù)據(jù)的采集、記錄、打印等一系列實(shí)用的后續(xù)處理功能?？梢哉f(shuō)，由于PLC能夠?qū)崿F(xiàn)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，現(xiàn)在一些大型PLC與集散控制系統(tǒng)的界限已經(jīng)越來(lái)越模糊，他的應(yīng)用前景非常好。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］三菱電機(jī)公司.三菱F1系列可編程控制器用戶(hù)手冊(cè)[Z].

［2］廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社，1994.

［3］周鳴，曲凌.三菱PLC與上位機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29(22):6-8，14.

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作者簡(jiǎn)介 李國(guó)屏 女，1965年出生，江蘇無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心高級(jí)工程師。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>