喬東凱

（廣東石油化工學院 機電工程學院，茂名 525000）

0 引言

中石化某煉油廠在煉油生產(chǎn)過程中需要定時定量下料，需在某一容器里每隔4個小時左右分別注入粉末狀Cat催化劑55g～75g，三乙基鋁液體2000ml～2100ml，目前在生產(chǎn)過程中采用手工加料的方式，在實際生產(chǎn)中，一線操作工人有時會誤點加料甚至是忘記加料，導致生產(chǎn)的產(chǎn)品達不到技術(shù)要求。目前國內(nèi)外在此方面的研究較少[1～5]，文獻[1]設計了一種防爆型礦用雙錨索自動下料機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在較大多余力及結(jié)構(gòu)不變性原理難以完全補償?shù)膯栴}；文獻[2]采用機械控制凸輪解決車床自動切斷鋼管材加工中的短屑問題，文獻[3]利用線性回歸法求出了工件在滑道入口的速度系數(shù)，并給出了工件初速與下料時間的關(guān)系式。上述方法都不能很好地應用于石化高危行業(yè)自動下料系統(tǒng)。

基于PLC開發(fā)的自動加料系統(tǒng)能夠很簡易的克服上述缺點，能實現(xiàn)手動或自動控制，用戶只需要設定一下加料的時間間隔和加料量的大小即可達到控制要求，該系統(tǒng)安裝調(diào)試后，取得了良好的效果，實踐證明該方法對物料自動添加類的自動控制具有參考意義。

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)選用電磁閥YV1的開通對容器注入粉末狀Cat催化劑55g～75g，通過調(diào)試，確定電磁閥YV1開通的時間長短來控制下料量的大?。贿x用電磁閥YV2和YV3的開通對容器注入三乙基鋁液體2000ml～2100ml，電磁閥YV2開通后把三乙基鋁液體注入帶液位繼電器的漏斗里面，當容器2里的液體到達設定值時接通液位繼位繼電器，電磁閥YV2關(guān)閉，同時電磁閥YV3自動接通，漏斗里面的液體流入到容器中，10秒后（通過調(diào)試，漏斗里面的液體已經(jīng)全部流入容器中），電磁閥YV3自動關(guān)閉，同時系統(tǒng)開始延時，4小時后重新開始新一輪的自動下料控制。

系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作示意圖

2 系統(tǒng)控制原理

2.1 系統(tǒng)硬件設計

因為該定時定量系統(tǒng)是在石化高危環(huán)境下作業(yè)，工作環(huán)境復雜、惡劣，控制任務重要、要求嚴格。當前在該環(huán)境下某些控制系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制，存在可靠性差、故障率高、維護困難、維護費用高、維護工作繁重等問題。針對繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的缺點，提出了一種基于PLC的自動定時定量下料系統(tǒng)的設計方案，綜合考慮市場通用情況和性價比等因素，本系統(tǒng)選用日本三菱公司（MITSUBISH）型號為FX3U－16MR－ES-A的PLC，該機型是日本三菱電機自動化公司的頂級產(chǎn)品，正在逐步替代FX2N系列和FX1N等系列PLC產(chǎn)品[6,7]。它完全可以滿足控制系統(tǒng)的要求，暫不需使用擴展單元。FX3U－16MR－ES-A可提供輸入輸出點各8個， PLC控制系統(tǒng)的I/O分配如圖2所示?；赑LC的自動下料控制系統(tǒng)具有可靠性高、故障率低、維護簡單、檢修費用低等優(yōu)點，大大提高了石化企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益[8]。

自動加料系統(tǒng)的I/O分配如圖2所示。

圖2 自動加料系統(tǒng)的I/O分配

圖2中，SB1是粉末狀催化劑的啟停按鈕，SB2系統(tǒng)停止按鈕，SB3是三乙基鋁液體的啟動按鈕，Y0是控制電磁閥YV1，Y1是控制電磁閥YV2，Y3是控制電磁閥YV3。

2.2 系統(tǒng)軟件設計

根據(jù)系統(tǒng)要求，設計了用PLC控制的自動加粉末狀催化劑控制系統(tǒng)的梯形圖如圖3所示。

圖3 自動加粉末狀催化劑系統(tǒng)的控制梯形圖

自動加粉末狀催化劑控制的工作原理：當按下啟動按鈕SB1時，X0線圈接通，M0線圈通電，其常開觸點同時接通定時器T0和Y0線圈，從而接通電磁閥YV1，使粉末狀催化劑在漏斗里下放，通過現(xiàn)場調(diào)試，測得當下放時間為3.5秒時剛好控制下料量為設定量，誤差在3%之內(nèi)，完全滿足生產(chǎn)需求，當T0線圈延時時間已到后，電磁閥YV1關(guān)閉，停止下料，同時又接通定時器T1，延時24分鐘（14400×0.1=1440秒）后，計算器C0計一個數(shù)，T1常閉觸點斷開又使得其線圈斷電，T1線圈斷電后其常閉觸點又自動接通，定時器T1又開始新一輪計時，如此循環(huán)，當計數(shù)器到達設定值10次以后，正好計時240分鐘（系統(tǒng)設定的4小時），此時C0相應的觸點動作，定時器T0線圈復位，計算器C0也復位，同時Y0線圈通電，電磁閥YV1又一次接通，進行第二次下料操作；當按下停止按鈕SB2時，上述所有動作立即停止。

自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)控制梯形圖如圖4所示。

圖4 自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)控制梯形圖

當按下三乙基鋁液體下料啟動按鈕SB3時，X2線圈接通，M1和Y1線圈通電，從而接通電磁閥YV2，三乙基鋁液體流入漏斗中，當漏斗里的液體到達設定值時，接通液位繼位繼電器K，其常開解點閉合，使線圈X3通電，接通線圈M2和T2（T2的作用是等待YV3打開，液體注入容器中，X3常開觸點又斷開，一個加料周期內(nèi)不能再接通線圈M2），斷開Y1線圈，關(guān)閉電磁閥YV2，液體不再流入到漏斗中，Y1線圈斷電后，自動接通定時器T3，延時時間為24分鐘，當延時時間到達后，計數(shù)器C1計一個數(shù)，直至計滿10個數(shù)為止（原理同圖3一樣，在此不再贅述）。C1計數(shù)到達設定值后其常開觸點閉合再一次接通Y1線圈，電磁閥YV2接通，三乙基鋁液體流入漏斗中，實現(xiàn)了再一次的液體自動下料，同時復位了計數(shù)器C1，為下一個周期計時準備就緒。當按下停止按鈕SB2時，上述所有動作立即停止。

2.3 系統(tǒng)工作時序圖

自動加粉末狀催化劑系統(tǒng)的時序圖如圖5所示。

圖5 自動加粉末狀催化劑系統(tǒng)的時序圖

當按下啟動按鈕SB1時，粉末狀催化劑下料電磁閥YV1通電，下放時間為3.5秒，系統(tǒng)等待時間為4小時；當按下停止按鈕SB2時，電磁閥YV1立即關(guān)閉，停止下料。

自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)的時序圖如圖6所示。

當按下啟動按鈕SB3時，三乙基鋁液體下料電磁閥YV2通電，當液位傳感器K接通后電磁閥YV2立即斷電，電磁閥YV3通電10秒，系統(tǒng)等待時間為4小時；當按下停止按鈕SB2時，電磁閥YV2和YV3立即同時關(guān)閉，停止下料。

圖6 自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)的時序圖

3 結(jié)束語

針對中石化某煉油廠在煉油生產(chǎn)過程中需要定時定量下料，以前采用的是手工作業(yè)方式，自動化程度很低，為了提高生產(chǎn)效率，對該設備的電氣系統(tǒng)改造勢在必行。針對原系統(tǒng)的不足之處，本設計從電氣控制方案、元器件選型及石化系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境等諸多不利因素綜合考慮，對自動下料系統(tǒng)進行了電氣化改造。自項目實施以后，使系統(tǒng)的控制電路大為簡化，穩(wěn)定性和可靠性也大大增強，實操非常方便[9]，2014年5月中石化某煉油廠應用此技術(shù)對自動下料系統(tǒng)進行改造后，到目前為止該設備從未出現(xiàn)過故障，工作效率為100%，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、安全性和可靠性得到了保證[10]，受到了行業(yè)人員的一致好評。

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