湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電控系 羅及紅

引言

可編程控制器（PLC）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程和使用方便等特點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化以及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之首[1]。本論文針對(duì)加熱反應(yīng)爐的實(shí)際控制要求，運(yùn)用三菱PLC技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，在I/O分配的基礎(chǔ)上，將整個(gè)加熱爐實(shí)際控制系統(tǒng)分解為進(jìn)料、加熱和泄料三個(gè)部分[2]，進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)和程序功能分析。

1.工作示意圖（見圖1）

2.關(guān)于模擬量輸入的說明

在加熱爐控制系統(tǒng)中，對(duì)于溫度點(diǎn)和壓力點(diǎn)的檢測(cè)，雖然可以如本論文使用帶開關(guān)量輸入的溫度、壓力傳感器來完成，但如果檢測(cè)點(diǎn)很多，或者是需要根據(jù)溫度、壓力的變化經(jīng)常調(diào)整檢測(cè)點(diǎn)，就要用很多開關(guān)量的溫度、壓力傳感器，占有很多的輸入點(diǎn)，安裝布線都不方便。所以，就要將溫度、壓力傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬量，再采用PLC控制，控制性能就可以得到極大的改善[1]。

溫度控制原理如下：通過電壓加熱電熱絲產(chǎn)生溫度，溫度再通過溫度變送器變送為電壓。加熱電熱絲時(shí)根據(jù)加熱時(shí)間的長(zhǎng)短可產(chǎn)生不一樣的熱能，這就需用到脈沖。輸入電壓不同就能產(chǎn)生不一樣的脈寬，輸入電壓越大，脈寬越寬，通電時(shí)間越長(zhǎng)，熱能越大，溫度越高，輸出電壓就越高[2]。壓力控制原理與此類似。

圖1 加熱反應(yīng)爐的工作示意圖[3]

圖2 PID控制示意圖

圖3 加熱反應(yīng)爐的程序梯形圖

PID閉環(huán)控制：通過PLC+A/D+D/A實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制，控制示意圖如以下2所示。比例，積分，微分系數(shù)取得合適系統(tǒng)就容易穩(wěn)定，這些都可以通過PLC軟件編程來實(shí)現(xiàn)[3]。

3.控制要求

3.1 進(jìn)料控制

當(dāng)下液面、爐溫和爐內(nèi)壓力都小于給定值時(shí)，打開排氣閥和進(jìn)料閥；當(dāng)液面上升到位時(shí)，關(guān)閉排氣閥和進(jìn)料閥；延時(shí)20s，打開氮?dú)忾y，使氮?dú)膺M(jìn)入爐內(nèi)，增大爐內(nèi)壓力；當(dāng)爐內(nèi)壓力上升到給定值時(shí)，關(guān)閉氮?dú)忾y，進(jìn)料過程結(jié)束[4]。

3.2 加熱反應(yīng)控制

表1 加熱反應(yīng)爐的I/O分配表

進(jìn)料結(jié)束時(shí)，爐內(nèi)溫度肯定低于要求值，此時(shí)接通加熱爐電源；當(dāng)溫度達(dá)到要求值后，切斷加熱電源；維持保溫狀態(tài)10分鐘。

3.3 泄放控制

保溫10分鐘后，打開排氣閥，使?fàn)t內(nèi)壓力逐漸降到起始值；維持打開排氣閥，并打開泄料閥，當(dāng)爐內(nèi)液面下降到液面以下時(shí)，并閉泄料閥和排氣閥，系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)，重新進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

4.I/O分配（見表1）

5.程序梯形圖（見圖3）

6.程序功能分析

6.1 進(jìn)料控制

檢測(cè)下液面X1、爐溫X2和爐內(nèi)壓力X4是否小于給定值（邏輯均為0），即輸入點(diǎn)X1、X2和X4是否都處于斷開狀態(tài)，若是則維持打開排氣閥Y1和進(jìn)料閥Y2；當(dāng)液面上升到位使X3常閉分?jǐn)?，關(guān)閉排氣閥Y1和進(jìn)料閥Y2，并開始延時(shí)，20s之后打開氮?dú)忾yY3，使氮?dú)膺M(jìn)入爐內(nèi)，增大爐內(nèi)壓力；當(dāng)壓力上升到給定值時(shí)（X4=1），X4常閉分?jǐn)?，關(guān)閉氮?dú)忾yY3，進(jìn)料過程結(jié)束。

6.2 加熱反應(yīng)控制

進(jìn)料結(jié)束時(shí)，爐內(nèi)溫度肯定低于要求值（X2=0），X4常開閉合，接通加熱爐電源Y5；當(dāng)溫度達(dá)到要求值（X2=1）后，X2常閉分?jǐn)?，切斷加熱電源Y5，但當(dāng)溫度下降后（X2=0）后，X2常閉又復(fù)位，又接通加熱爐電源Y5，如此反復(fù)通斷加熱爐電源Y5，維持保溫狀態(tài)10分鐘（即在此時(shí)間里，爐溫實(shí)現(xiàn)通斷控制，保持X2=1）。

6.3 泄放控制

保溫10分鐘后，輔助繼電器M100線圈得電，M100常開閉合，打開排氣閥Y1，使?fàn)t內(nèi)壓力逐漸降到起始值X4=0；維持打開排氣閥，并打開泄料閥Y4，當(dāng)爐內(nèi)液面下降到液面以下時(shí)（X1=0），并閉泄料閥Y4和排氣閥Y1，系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)，重新進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)[5]。

結(jié)束語

以上加熱反應(yīng)爐PLC程序經(jīng)過上機(jī)模擬調(diào)試，與實(shí)際控制要求完全一致，方便實(shí)用。在程序設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)還可采用PLC基本指令編程法或PLC步進(jìn)指令編程法[6]，但沒有以上經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法精簡(jiǎn)。另外，由于論文篇幅原因，沒有繪制本系統(tǒng)的外部接線圖，讀者可對(duì)照I/O分配表進(jìn)行設(shè)計(jì)（輸入接PLC內(nèi)部工作電源，輸出接外部負(fù)載工作電源）。

[1]孫振強(qiáng),王暉,孫玉峰.可編程控制器原理及應(yīng)用教程[M].清華大學(xué)出版社,2008(1).

[2]楊國(guó)太,陳玉.基于PLC的數(shù)控焊接機(jī)研制[J].新技術(shù)新工藝,2007(5):33-35.

[3]胡學(xué)林.可編程控制器教程(實(shí)訓(xùn)篇)[M].電子工業(yè)出版社,2004,168.

[4]代尚方,劉毅.基于PLC與mcgs的加熱反應(yīng)爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[C].中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2010(2).

[5]王少華,劉曉魃.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].中南大學(xué)出版社,2008,226.

[6]陳志勇,劉春生.遠(yuǎn)紅外加熱反應(yīng)爐的設(shè)計(jì)[J].河南化工,1988(2).