劉 力

（遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 遼寧 沈陽 110161）

PLC在尾氣干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉 力

（遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 遼寧 沈陽 110161）

總結(jié)了PLC在尾氣干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用經(jīng)驗，較詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的特點、工藝、工作原理。對系統(tǒng)硬件構(gòu)成和軟件的具體編程方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。分析了系統(tǒng)運行可能出現(xiàn)的常見故障，給出了程序按工藝特點進(jìn)行排查故障的邏輯順序和方法。

PLC；氣體干燥；梯形圖

尾氣干燥器是干燥 PTA化工裝置生產(chǎn)過程中的潮濕氮氣的設(shè)備。通過此裝置可將潮濕的氮氣干燥，以達(dá)到應(yīng)用指標(biāo)。此干燥裝置的平穩(wěn)運行在系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用[1]。干燥器可以采用可編程控制器（PLC），大大提高了生產(chǎn)的自動化和安全性。此系統(tǒng)具有可靠性高、靈敏性強、設(shè)計安裝簡單、維修方便等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)概況

1.1 尾氣干燥系統(tǒng)的工作原理

濕潤的氣體在高壓作用下，氣體的體積會相對減小，其濕度會增大，此時通過干燥劑，其中大部分的水分會被干燥劑吸去，這樣就實現(xiàn)了氣體的干燥過程。吸足水分的干燥劑在相對低壓的環(huán)境的情況下，其中的水分則會析出，再用干燥過的氣體吹掃，其中的水分就可被徹底的除去，從而實現(xiàn)了干燥劑的再生。

此氣體干燥系統(tǒng)由主要由兩個干燥塔構(gòu)成。對于每一個干燥塔來說，其工作主要分為兩個階段：

（1）對氣體的干燥；

（2）干燥劑的再生。

正常工作時兩個干燥器同時工作，一個用于氣體干燥，另一個則用于干燥劑的再生。此外由于干燥劑的再生需要一相對低壓環(huán)境，為了防止打碎干燥劑，干燥劑在再生前有一個降壓過程。干燥劑的干燥則要在相對高壓的情況下進(jìn)行，故在干燥劑再生結(jié)束后用于干燥氣體前又有一個升壓過程。

1.2 尾氣干燥系統(tǒng)的工藝實現(xiàn)過程

尾氣干燥系統(tǒng)是一個運用PLC來實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)，主程序主要由十步構(gòu)成，現(xiàn)場裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 尾氣干燥系統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 Tail gas drying system device configuration

其具體的實現(xiàn)過程如下：

第1步：A塔干燥，B塔離線。

XCV3355及XCV3364處于打開狀態(tài)，其余閥關(guān)閉。

相對上一步閥的動作情況為：XCV3360，XCV3369和XCV3365關(guān)閉。

第2步：A塔干燥，B塔降壓。

閥的動作情況為：XCV3359打開。

第3步：A塔干燥，B塔再生。

閥的動作情況為：XCV3368和XCV3367打開。

第4步：A塔干燥，B塔升壓。

閥的動作情況為：XCV3390打開，XCV3359和XCV3367關(guān)閉。

第5步：B塔上線。

閥的動作情況為：XCV3360和XCV3369打開，XCV3390關(guān)閉。

第6步：B塔干燥，A塔離線。

閥的動作情況為：XCV3355、XCV3364和XCV3368關(guān)閉。

第7步：B塔干燥，A塔降壓。

閥的動作情況為：XCV3356打開。

第8步：B塔干燥，A塔再生。

閥的動作情況為：XCV3365和XCV3367打開。

第9步：B塔干燥，A塔升壓。

閥的動作情況為：XCV3390打開，XCV3356，XCV3367關(guān)閉。

第10步：A塔上線。

閥的動作情況為：XCV3355和XCV3364打開，XCV3390關(guān)閉。

當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行完第10步后會自動跳轉(zhuǎn)到第一步，從而使系統(tǒng)完成對閥的順序邏輯控制。

1.3 工藝說明

此尾氣干燥系統(tǒng)工作時，始終有一個塔處于干燥狀態(tài)，一個塔處于干燥劑的再生狀態(tài)。即尾氣的干燥時間與干燥劑的再生時間大致相當(dāng)，此時間的長短可由程序設(shè)定。催化劑的再生時間不應(yīng)太長，如果太長則意味著另一塔中的干燥劑被過長時間的使用，那樣則會使另一塔中的干燥效果大大降低，進(jìn)而也會影響本塔中干燥劑的再生質(zhì)量，最終會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的干燥效果下降。如果催化劑的再生時間過短則會直接導(dǎo)致再生干燥劑的干燥質(zhì)量下降，從而直接導(dǎo)致系統(tǒng)的干燥效果不佳。系統(tǒng)的干燥時間和再生時間主要由所要干燥氣體的濕度及干燥后氣體的指標(biāo)決定，一般通過現(xiàn)場實驗確定。為使系統(tǒng)干燥效果達(dá)到最佳，系統(tǒng)地干燥和催化劑的再生時間的確定比較關(guān)鍵。

2 系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能并考慮到各種品牌的PLC的性能價格比我們選擇了SLC500型可編程控制器。該機型具有編程簡單、維護(hù)方便、功能較強、抗干擾能力好、通信連網(wǎng)方便等優(yōu)點[2]。

2.1 硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)的硬件配置如圖2所示。系統(tǒng)以SLC/03中央處理器為核心，內(nèi)部擴展16K EEPROM存儲器；安裝了一個通信模塊，用來與上位機通信，通訊模塊與中央處理器集成在一起，集成塊上還有備用電池，當(dāng)系統(tǒng)掉電時保證硬件中的程序不丟失[3]；此外機架上還有5個信號輸入模塊、三個信號輸出模塊。

圖2 系統(tǒng)硬件配置簡圖Fig.2 System hardware configuration

2.2 程序設(shè)計

2.2.1 編程方法

系統(tǒng)編程在上位機內(nèi)完成，并寫入PLC的CPU內(nèi)。編程時采用6200系列6.01軟件，該軟件提供了一個完整的編程環(huán)境，可以進(jìn)行離線編程和在線連接、調(diào)試、下裝等功能[4]。

2.2.2 程序說明

系統(tǒng)程序的編寫采用了梯形圖語言。程序在編寫時主程序段采用了指令順序發(fā)生器SQO功能塊，主程序共有十步[5]。考慮到保障系統(tǒng)的安全性[6]，程序中配有監(jiān)控及重要故障的報警程序，如圖3所示。

系統(tǒng)的主程序主要按工藝流程完成對十臺閥的時序邏輯控制，以完成對左塔和右塔輪流干燥和催化劑再生的控制過程。

系統(tǒng)正常工作時，T4:0（RTO）用以延時計數(shù)，使T4:0(DN)產(chǎn)生以秒為時間間隔的脈沖。此脈沖經(jīng)計數(shù)器C5:0（CTU）后，使C5:0（DN）產(chǎn)生以5 s為間隔的時間脈沖來驅(qū)動當(dāng)前的計數(shù)器C5:1。

當(dāng)C5:1計數(shù)器計滿時，C5:1(DN)便產(chǎn)生一脈沖，同時觸發(fā) SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)指令順序發(fā)生器，使其發(fā)出指令。SQO(#B10:0)發(fā)出的指令，送給B11:0-B11:7八個節(jié)點，控制其節(jié)點的工作狀態(tài)，從而達(dá)到控制現(xiàn)場閥的目的；同時SQO(#N7:0)發(fā)送相應(yīng)的指令給C5:1PRE，改變C5:1中PRESET的值，從而實現(xiàn)了控制下一步的運行時間。

當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行完第十步后順序指令發(fā)生器會自動地繼續(xù)從第一步開始，從而使系統(tǒng)完成了對閥的順序邏輯控制及連續(xù)控制[7]。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，主程序的第一行中則會有邏輯線圈出現(xiàn)斷路，T4:0（RTO）便會停止計數(shù)，相應(yīng)的隨后的計數(shù)器 C5:0（CTU）、C5:1（CTU），以及程序指令發(fā)生器SQO(#B10:0)和SQO(#N7:0)都會停下來。此時通過程序指令發(fā)生器 SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)可以看出在第幾步停下來的，通過C5:1（CTU）。

圖3 主梯形圖Fig.3 Main ladder diagram

便可得出系統(tǒng)故障出現(xiàn)的具體時間。

此外可以通過修改 SQO(#N7:0)中#N7:0中的數(shù)值便可設(shè)定系統(tǒng)的干燥及干燥劑的再生時間。根據(jù)第一行中出現(xiàn)的斷路的邏輯線圈便可以迅速判定系統(tǒng)的故障類型[8]。

綜上可知，此軟件系統(tǒng)使為裝置平穩(wěn)安全運行提供了可靠性的保證，為系統(tǒng)的維護(hù)許多方便。

3 系統(tǒng)的常見故障與分析

此干燥系統(tǒng)的主要常見故障有：升壓故障、降壓故障和閥位故障。

3.1 升壓故障

升壓過程位于干燥劑再生完成后，干燥塔用于干燥氣體前的準(zhǔn)備過程。如果塔壓升不上去，將會直接影響氣體的干燥效果。塔升壓故障，也會導(dǎo)致系統(tǒng)停止運行。

3.1.1 左塔升壓故障

在程序中節(jié)點B3/12將帶電斷開，系統(tǒng)停止向下運行。

常見故障原因：用于測量升壓信號的壓力測量點出現(xiàn)故障引起的系統(tǒng)誤動作。

如果壓力測量無誤，結(jié)合工藝條件分析：當(dāng)左干燥塔升壓時，XCV3365、XCV3360、XCV3369和XCV3390處于開狀態(tài)，其余閥關(guān)閉。如果在升壓報警中沒有閥位報警，很大情況下說明閥體執(zhí)行了動作，主要的故障原因很大程度上是由于閥體漏氣造成的。分別考慮與左塔相連的XCV3364、XCV3365、XCV3356和XCV3355這四臺閥，除XCV3356所連接的管線較高壓的塔壓低外，其余三臺閥所連管線都不低于塔壓。所以在左塔升壓時出現(xiàn)報警很多時候是由XCV3356閥體執(zhí)行機構(gòu)密封度不好造成的。

3.1.2 右塔升壓故障

在程序中節(jié)點B3/13將帶電斷開，系統(tǒng)停止向下運行。常見故障原因：

（1）用于測量升壓信號的壓力測量點出現(xiàn)故障引起的系統(tǒng)誤動作。

（2）檢查閥XCV3359是否泄漏，原因與左塔情況相同。

3.2 降壓故障

降壓故障分為左塔降壓故障和右塔降壓故障，此時會引發(fā)系統(tǒng)報警。

3.2.1 左塔降壓故障

常見故障原因：塔壓測量有誤，引起系統(tǒng)的誤報警。

如果結(jié)合現(xiàn)場儀表，發(fā)現(xiàn)壓力測量無誤。此時結(jié)合工藝分析可知，此時除XCV3360、XCV3369和XCV3356處于開狀態(tài)外，其余閥位處于關(guān)閉狀態(tài)。對于左塔而言，XCV3365、XCV3364和 XCV3364都與高壓管線相接，其中任何一個閥泄漏都會出現(xiàn)低壓報警的故障。故可能的原因為：XCV3355、XCV3365或XCV3364泄漏會引發(fā)此故障。此外如果XCV3356或XCV3367動作不到位，未達(dá)到全開程度阻礙泄壓，也會造成系統(tǒng)的降壓報警。

3.2.2 右塔降壓故障

常見故障原因：塔壓測量有誤，引起系統(tǒng)的誤報警。

如果結(jié)合現(xiàn)場儀表，發(fā)現(xiàn)壓力測量無誤。此時結(jié)合工藝分析，與左塔降壓故障同理可知，可能的原因為：XCV3360、XCV3369或XCV3368泄漏會引發(fā)此故障。

此外如果XCV3359或XCV3367動作不到位，未達(dá)到全開程度阻礙泄壓，也會造成系統(tǒng)的降壓報警。

3.3 閥位故障

程序在執(zhí)行過程中控制閥動作，如果閥沒有在給定的時間內(nèi)動作或動作不到位，程序?qū)⒀訒r一段時間，如果在延時時間內(nèi)仍不能到位，主程序中T4:1/DN節(jié)點斷開使系統(tǒng)停止運行。常見故障原因：

（1）閥位開關(guān)出現(xiàn)故障。

（2）閥體被干燥劑卡住不能執(zhí)行到位。

4 結(jié)束語

該PLC自動控制系統(tǒng)自改造以來，運行狀態(tài)良好，保障了尾氣干燥系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行，取得了可觀的經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。

［1］王紅星,李建華,趙洪濤,張秀然. 基于PLC的回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐自動控制系統(tǒng)[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用, 2005(06):44-46.

［2］王春芳. S7-300PLC在焚燒爐自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 造船技術(shù),2004(04):15-18.

［3］李軍,張航,羅大庸. PLC在垃圾焚燒爐控制中的應(yīng)用[J]. 電氣時代,2006(11):96-97.

［4］魏智勇,張勇. 低壓電器試驗監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與通用監(jiān)控平臺開發(fā)[J].電氣時代, 2009(01) :106-108.

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Application of PLC in Tail Gas Drying System

LIU Li
（Liaoning Vocational College of Equipment and Manufacturing，Liaoning Shenyang 110161，China）

Experiences of application of PLC in tail gas drying system were summarized. The characteristics, process and working principle of the system were introduced. The hardware configuration of the system was discussed as well as software programming method of the system. Common faults of the system were analyzed; the logical sequence and method to investigate faults based on the process characteristics were put forward.

PLC; Air-drying; Ladder diagram

TP 273

A

1671-0460（2014）11-2431-04

2014-09-17

劉力（1979-），女，遼寧錦州人，講師，碩士，2002年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)院自動化專業(yè)，研究方向：計算機控制系統(tǒng)研究。E-mail：lili-smile@163.com。