石艷紅 李亮亮 劉漢
摘 要:自1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制成功第一臺PLC至今,PLC作為一種專業(yè)的工業(yè)控制器,40多年來從無到有,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍;其功能從弱到強(qiáng),實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。文章根據(jù)臭氧發(fā)生器應(yīng)用的不同行業(yè),分類闡述了PLC在臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:PLC;臭氧發(fā)生器;系統(tǒng);控制;應(yīng)用
目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況大致可歸納為六類,分別是:開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通訊及聯(lián)網(wǎng)。PLC在臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用屬于除運(yùn)動控制之外的其它五類的綜合應(yīng)用。
1 PLC在醫(yī)用臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用
醫(yī)用臭氧發(fā)生器主要用于臭氧消毒水的制作與疾病治療,單機(jī)間歇式工作,在線檢測臭氧濃度和臭氧分解器尾氣濃度。
1.1 硬件配置(表1)
1.2 控制方式
恒臭氧濃度控制,即在觸摸屏上設(shè)置臭氧濃度值,PLC根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)節(jié)發(fā)生器出氣口臭氧濃度。
2 PLC在泳池臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用
PLC在泳池臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用主要為泳池水恒水溶濃度控制,單機(jī)工作,在線檢測水溶臭氧濃度。水溶濃度的調(diào)節(jié)可以通過手動或自動方式實(shí)現(xiàn)。
2.1 硬件配置(表2)
2.2 控制方式
調(diào)節(jié)水溶濃度實(shí)際調(diào)節(jié)的是臭氧產(chǎn)量。
2.2.1 手動調(diào)節(jié)
當(dāng)PLC檢測到手動控制方式有效時,轉(zhuǎn)為手動調(diào)節(jié)控制臭氧產(chǎn)量和水溶濃度。具體實(shí)現(xiàn)方式:由操作者在觸摸屏上輸入臭氧投加值(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置),由PLC將數(shù)字量數(shù)值轉(zhuǎn)化為模擬量信號輸出。
2.2.2 自動調(diào)節(jié)
當(dāng)PLC檢測到自動控制方式有效時,轉(zhuǎn)為自動調(diào)節(jié)控制水溶濃度。具體實(shí)現(xiàn)方式:由操作者在觸摸屏上設(shè)置實(shí)際需要的水溶濃度值,PLC不斷檢測設(shè)定值與檢測值之間的差值,從而改變模擬量的輸出值,達(dá)到改變水溶濃度的目的,既精確又穩(wěn)定。
2.2.3 控制流程圖(圖1)
3 PLC在自來水行業(yè)臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著新版《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006的頒布及實(shí)施,加速了臭氧在自來水行業(yè)的應(yīng)用,由于自來水行業(yè)工藝復(fù)雜,對臭氧發(fā)生器的智能監(jiān)測及自動控制要求較高,因此PLC在自來水行業(yè)臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用更為普遍,尤其是江浙一帶的大型自來水廠。
根據(jù)自來水廠的工藝要求,PLC控制臭氧發(fā)生器的方式一般為:多機(jī)組網(wǎng)工作,臭氧系統(tǒng)自帶中控機(jī)與自來廠上位機(jī)通訊。
臭氧發(fā)生器與中控機(jī)之間的通訊協(xié)議可以選擇PROFIBUS DP通訊協(xié)議、MODBUS RTU通訊協(xié)議、以太網(wǎng)通訊協(xié)議等。通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線。
臭氧系統(tǒng)中控機(jī)與自來水廠上位機(jī)的通訊協(xié)議一般采用以太網(wǎng)協(xié)議,通訊介質(zhì)為光纜。
3.1 硬件配置(表3)
3.2 實(shí)現(xiàn)功能
(1)在線檢測出水溫度、出氣溫度、進(jìn)氣溫度、電源溫度、臭氧流量、進(jìn)氣壓力、出氣壓力、臭氧功率等參數(shù);(2)臭氧放電室進(jìn)氣壓力自動調(diào)節(jié);(3)臭氧放電室臭氧出氣流量自動調(diào)節(jié);(4)臭氧發(fā)生器功率調(diào)節(jié);(5)臭氧發(fā)生器出氣臭氧濃度手/自動調(diào)節(jié);(6)臭氧發(fā)生器故障預(yù)警與診斷;(7)臭氧發(fā)生器與上位機(jī)(中控機(jī))通訊。
3.3 控制方式
自來水廠根據(jù)具體的工藝要求,一般采用恒臭氧濃度或恒臭氧功率的控制方式。
3.3.1 恒臭氧濃度控制
恒臭氧濃度控制是一種根據(jù)臭氧濃度設(shè)置值調(diào)節(jié)臭氧運(yùn)行功率的過程。即:在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置工藝所需的臭氧濃度值,PLC根據(jù)設(shè)置的臭氧濃度值和在線檢測實(shí)際臭氧濃度二者之間的差值,不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值來控制臭氧發(fā)生器的功率。如選用此種控制方式,必須在臭氧發(fā)生器出氣口安裝臭氧濃度在線檢測儀。
3.3.2 恒臭氧功率控制
恒臭氧功率控制是根據(jù)臭氧功率設(shè)置值,調(diào)節(jié)實(shí)際臭氧運(yùn)行功率的過程。即:在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置所需的臭氧功率值,PLC根據(jù)設(shè)置的臭氧功率值和在線檢測實(shí)際臭氧運(yùn)行功率二者之間的差值,不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值使臭氧發(fā)生器功率達(dá)到設(shè)置值。
3.3.3 進(jìn)氣壓力控制
進(jìn)氣壓力控制是一個將臭氧發(fā)生室內(nèi)壓力自動調(diào)節(jié)至設(shè)置壓力值的過程。即:在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置壓力值,PLC根據(jù)設(shè)置的壓力值和在線檢測實(shí)際工作壓力二者之間的差值,不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值來控制臭氧發(fā)生室進(jìn)氣閥的開度。
3.3.4 臭氧出氣流量控制
臭氧出氣流量控制是一個將臭氧出氣流量自動調(diào)節(jié)至設(shè)置流量值的過程。即:在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置所需流量值,PLC根據(jù)設(shè)置的流量值和在線檢測實(shí)際出氣流量二者之間的差值,不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值來控制臭氧發(fā)生室出氣閥的開度。
3.4 控制流程圖(圖2)
3.5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖3)
4 PLC在化工行業(yè)臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用
近年,國家加大對環(huán)境整治的力度,臭氧被不斷應(yīng)用于化工行業(yè),由于化工行業(yè)對臭氧發(fā)生器的一系列要求:檢測點(diǎn)多、上位機(jī)監(jiān)視控制臭氧發(fā)生器等,使用PLC自動控制臭氧發(fā)生器成為趨勢。根據(jù)化工廠的工藝要求,PLC控制臭氧發(fā)生器的方式不同,有的只是單機(jī)控制;有的是作為下位機(jī)與中控機(jī)通訊再由中控機(jī)轉(zhuǎn)傳到上位機(jī);有的直接作為上位機(jī)的下位機(jī)與上位機(jī)通訊。通訊協(xié)議可以選擇MPI通訊協(xié)議、PROFIBUS DP通訊協(xié)議、MODBUS RTU通訊協(xié)議、以太網(wǎng)通訊協(xié)議等。
PLC系統(tǒng)的硬件配置、實(shí)現(xiàn)功能、控制方式及控制流程與在自來水行業(yè)臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用大同小異,在此不再贅述,可參見文章第三節(jié)描述。
5 結(jié)束語
通過上述舉例說明,可見PLC在臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越成熟,不僅提高了穩(wěn)定性和抗干擾能力,還大大提高了工作效率,最關(guān)鍵的是節(jié)約能耗,降低運(yùn)行成本。