行业应用与交流 Ｉｎｄｕｓｔｄａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 自动化技术与应用￣２０１６年第３５卷第２期 基于ＰＬＣ的精细化工装置控制系统的设计 刘庆花．蔡庄红 （河南化工职业学院，河南郑州４５００５２） 摘 要：本文根据精细化工生产工艺，综合运用台达ＰＬＣ、特殊模块ＤＶＰ０４ＰＴ和ＤＶＰ０４ＡＤ、变频器、力控Ｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏ组态软 件、ＰＩＤ整定等设计了精细化工装置控制系统。经实际验证，该系统可以对整个生产过程进行远程控制和就地操作，能准 确采集监控记录各项参数，运行稳定，满足生产需要，具有一定的推广意义。 关键词：精细化工装置；台达ＰＬＣ；Ｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏ；人机界面 中图分类号：ＴＭ５７１．６１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—７２４１（２０１６）０２—０１２５—０４ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｉｎｅ ＣｈｅｍｉｃａＩ Ｄｅｖｉｃｅ ＣｏｎｔｒｏＩ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ＰＬＣ ＬＩＵ Ｑｉｎｇ－ｈｕａ，ＣＡＩ Ｚｈｕａｎｇ－ｈｏｎｇ （Ｈｅｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２ Ｃｈｉａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｉｎｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｕｓｅ ｏｆ Ｄｅｌｔａ ＰＬＣ、ＤＶＰ０４ＰＴ ａｎｄ ＤＶＰ０４ＡＤ、ｉｎｖｅｒｔｅｒ、 Ｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏ、ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａ ｆｉｎｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｌａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｐｒａｃｔｉｃａｌ， ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｈｅ ｗｈｏｌｔｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｏｎ－ｓｉｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｃｃｕｒａｔｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｃｏｒｄ，ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｃａｎ ｍｅｅｔ ｈｅ ｔｎｅｅｄｓ ｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｉｎｉｇｉｃａｆｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆｉｎｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ；Ｄｅｌｔａ ＰＬＣ；Ｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏ；ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ １ 引言 精细化工生产具有小批量生产、多品种、高附加 数据显示和历史数据存储的功能。下位机以台达ＰＬ Ｃ 为控制核心，通过特殊模块ＤＶＰ０４ＰＴ和ＤＶＰ０４ＡＤ，对 系统的各个变量进行采集和自动处理。 值等特点…。随着自动化技术的不断发展成熟，越来越 多的精细化工生产中引入可编程控制器，工控机，智 能仪表等设备实现生产过程数据自动采集、存储、监 控等功能。本文根据精细化工生产工艺，综合运用台 达ＰＬＣ、特殊模块ＤＶＰＯ４ＰＴ和ＤＶＰ０４ＡＤ、变频器、 力控Ｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏ组态软件、ＰＩＤ整定等设计了精细化 ２精细化工装置设备构成 工装置控制系统。经实际验证，该系统可以对整个生 产过程进行远程控制和就地操作，能准确采集监控记 录各项参数，运行稳定，满足生产需要，具有一定的 推广意义。 精细化工装置控制系统由上位机和下位机组成 。 上位机安装有三维力控组态软件，主要起到远程操作、 图１精细化工装置示意图 收稿日期：２０１４—１２－２４ 精细化工实训装置如图１所示，由反应釜、中和釜、 自动化技术与应用 ２０１６年第３５卷第２期 行业应用与交流 ｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 原料罐、换热器、高位辅料罐、产品罐、离心母液罐、 气流干燥塔、空气加热器、蒸汽包、蒸汽发生器、冷却 ４．１控制系统硬件设计 上位机选用台式电脑，安装三维力控Ｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏ 组态软件。下位机采用台达ＤＶＰ１６ＥＳ２，该ＰＬＣ性价比 高，编程语言和三菱类似易于掌握，扩展方便该款ＰＬＣ 水储罐等设备构成。 ３精细化工生产工艺流程（以氧化淀 粉为例） 系统先做好准备工作，蒸汽发生器水位自动控制在 设定范围，温度达到预定值，冷却水储罐液位自动控制 具有８点数字量输入和８点数字量输出，输出点数较少。 因此扩展一块Ｄ ＣＰ１６ＸＮ，该模块具有１６点数字量输 出，满足系统输出开关量的要求。扩展３块ＤＶＰ０４ＰＴ， 测量包括反应釜温度、中和釜温度等９个温度量。扩展 ２台ＤＶＰ０４ＡＤ，测量冷却水储罐液位、蒸汽包压力等 在设定范围；将原料注入原料罐中，打开原料泵搅拌使 物料均匀，将原料经匀速注入中和釜；打开中和釜电机， 调节转速为５０ｒ／ｒａｉｎ，在中和釜手孔处缓慢添加３．５ＫＧ 玉米淀粉，制成浓度为１０％的淀粉乳；打开中和釜增 压泵，将料液注入反应釜；打开反应釜电机，控制转速 为６０ｒ／ｍｉｎ，温度控制在３２度；将浓度为０．２ｍｏｌ Ｌ－１ 模拟量。原料泵、中和釜、反应釜电机、料液循环泵、 离心机等由ＰＬＣ输人输出开关量控制。其部分Ｉ／Ｏ变 量如图３所示： 的稀硫酸通过辅料罐注入反应釜中，使得反应釜内料液 ｐＨ为３．５；将浓度为０．５ｍｏｌ Ｌ－１的高碘酸钠加入反应 釜，使得高碘酸钠与淀粉物质的量比为ｌ：１０约为淀粉； 反应维持４到６小时，结束后关闭调温系统；反应结束 图３ ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ口变量 表１ ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ端口分配表 ＰＬＣ输出 端子编号 Ｙ２ Ｙ４ 设备名称 后，开料液循环泵和离心机，使得物料固液分离；开气 流引风机，开气流干燥机加热电源，使得温度控制在６０ 度；加入物料，开螺旋进料器，最终使产品干燥。生产 结束后，依次关闭各阀门，关闭各设备电源。 继电器 ＰＬＣ输出端子 编号 编号 ＳＳＲ１ ＳＳＲ２ 设备名称 继电器 编号 风箱湿度加热器 风箱风加热器 Ｙ１４ ￣１６ 料液循环泵 一级闭风器 ＪＺ３ ＪＺ５ １＇５ ￣１０ 蒸汽发生器加热器 离心机 ＳＳＲ３ ＳＳＲ５ Ｙ１７ Ｙ２０ 二级闭风器 冷却水储罐 液位电磁阍 蒸汽补水 电磁阀 中和釜温控 电磁阏 反应釜温控 电磁阀 离线洗涤 电磁阀 ＪＺ６ Ｊ７７ ４控制系统的设计 根据精细化工生产工艺过程，系统共需要９个温度 量输入，６个模拟量输入包括液位、压力、湿度等参数，８ 个开关量输入，２０开关量输出。由于化工生产过程中存 Ｙｌ１ 气流干燥风机 ＳＳＲ６ Ｙ２ｌ Ｙ１２ 冷水循环泵 ＳＳＲ７ Ｙ２２ ＪＺ８ ＪＺ９ Ｙ６ 原料泵 ＪＺ１ Ｙ２３ ＪＺ１０ 在粉尘污染和腐蚀性液体等危害，因此在设计控制系统 Ｙ７ 螺杆搅拌电机 中和液增压泵 ＪＺｌ４ ＪＺ２ Ｙ２４ ＪＺ１１ 时采用ＰＬ Ｃ作为控制核心，可编程控制器能稳定的工 作于恶劣环境；采用工控机显示系统参数、保存历史数 据和远程控制。系统的总体结构如图２所示： Ｙｌ３ ４．２控制系统软件设计 精细化工实训装置控制系统采用ＰＬ Ｃ作为控制核 心，系统所有数据经传感器采集后通过特殊模块转换， 由ＰＬ Ｃ处理并采取相应动作，上位机作为数据的显示 和存放。系统即可以采用就地操作也可以采用远程控制 — 一Ｈ Ｌ ＋ｎ ～。 操作。由精细化工实训操作工艺来看，整个系统采用的 是顺序控制和模拟量闭环ＰＩＤ单回路控制嵋】。需要采用 ＰＩＤ控制的回路有５处，分别是冷却水储罐液位、蒸汽 包液位、中和釜温度和反应釜温度、气流干燥机温度。 控制系统流程图如图４所示： 图２系统总体结构图
