陳 曦 湯雪松

(河北工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300130)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域[1～4]。在工業(yè)生產(chǎn)過程中除了要保證產(chǎn)品質(zhì)量外，還要保證生產(chǎn)過程的安全和高效?；どa(chǎn)的原材料常為有毒氣體或液體，所以安全性需要極大的保障，這就要求在生產(chǎn)過程中各級監(jiān)控環(huán)節(jié)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，控制系統(tǒng)精確地控制裝置各環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行，并在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)報(bào)警。

筆者基于S7-200PLC設(shè)計(jì)某固定式壓縮機(jī)站的自控系統(tǒng)，在實(shí)際工程中用于叔碳酸的生產(chǎn)控制[5]。

控制系統(tǒng)的機(jī)械部分主要是固定式壓縮機(jī)站，采用YB3-315M-6-90KW型防爆電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)泵機(jī)、風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)等傳動(dòng)機(jī)械，保障系統(tǒng)中潤滑油壓力、排氣壓力及排氣溫度等在正常工作范圍內(nèi)，該電機(jī)在工作時(shí)的噪音低、振動(dòng)小。電氣部分由非標(biāo)啟動(dòng)柜和機(jī)上控制元件組成，電源采用三相五線380V(AC)/50Hz。

由于該控制系統(tǒng)用于化工生產(chǎn)過程，工作環(huán)境惡劣，因而選用工作穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)的S7-200PLC作為控制核心。顯示部分則選用TD200。

系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制和顯示部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示。CPU226的接線如圖2 所示。系統(tǒng)采用壓力變送器測量潤滑油壓力、冷卻水壓力和排氣壓力，信號被轉(zhuǎn)換為4～20mA(DC)輸出，用于監(jiān)控潤滑油壓力和冷卻水壓力穩(wěn)定在0.0～1.0MPa，1～4級排氣壓力分別穩(wěn)定在0.0～0.6MPa、0.0～2.0MPa、0.0～6.0MPa、0.0～16.0MPa。系統(tǒng)采用溫度變送器測量潤滑油的溫度和排氣溫度，信號也轉(zhuǎn)換為4～20mA(DC)輸出，監(jiān)控潤滑油溫度穩(wěn)定在-50～150℃，1～4級排氣溫度分別穩(wěn)定在-50～250℃、-50～250℃、-50～250℃、-50～250℃。系統(tǒng)采用ABB變頻器控制壓縮機(jī)，在啟動(dòng)環(huán)節(jié)，通過變頻器代替自耦變壓器，以減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流對輸電線路的影響；在運(yùn)行環(huán)節(jié)，當(dāng)上述過程變量發(fā)生改變時(shí)，可通過變頻器的動(dòng)態(tài)調(diào)頻使各變量穩(wěn)定在設(shè)定范圍；在停車環(huán)節(jié)，變頻器設(shè)置為積分停車，實(shí)現(xiàn)電機(jī)緩慢停車以保護(hù)電機(jī)自身安全[6]。

2 控制策略

正常狀態(tài)按下電機(jī)運(yùn)行按鈕，控制回路得到220V(AC)電壓，壓縮機(jī)開始工作，站控系統(tǒng)也開始監(jiān)控現(xiàn)場的工況。通過S-16AD模塊采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將壓力及溫度等模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入PLC處理，在CPU得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后通過程序中的PID模塊計(jì)算現(xiàn)場氣動(dòng)閥的開度控制各級壓力，通過控制現(xiàn)場加熱器來控制各級溫度，保證整個(gè)系統(tǒng)工作在設(shè)定范圍[7]。

為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場氣動(dòng)環(huán)節(jié)的快速動(dòng)作，氣動(dòng)閥PID參數(shù)要選取合理，此處PID參數(shù)整定是通過衰減曲線法得到的，整定成4∶1的衰減曲線。具體整定方法：先去掉積分和微分作用，將用純比例控制的比例帶整定為4∶1曲線，記下此時(shí)的比例帶δs和振蕩周期Ts，通過表1給出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

圖1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制和顯示控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 CPU226接線示意圖

調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器參數(shù)比例度δ/%積分時(shí)間Ti/min微分時(shí)間Td/minPδs--PI0．2δs0．5Ts-PID0．8δs0．3Ts0．1Ts

3 主程序

系統(tǒng)程序主要部分包括主程序、主站程序和子程序?？刂葡到y(tǒng)主程序流程如圖3所示，粗略分為啟動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、參數(shù)比較、數(shù)據(jù)處理和動(dòng)作控制5個(gè)部分。

子程序包括開關(guān)量控制、模擬量控制、加熱、翻頁、計(jì)時(shí)及數(shù)據(jù)采集等模塊。主程序通過調(diào)用各子程序完成控制任務(wù)，主站程序完成地址分配。圖4中，采集模塊用于現(xiàn)場信號采集，計(jì)時(shí)模塊用于記錄設(shè)備上電后工作的時(shí)長，開關(guān)量控制模塊用于處理現(xiàn)場按鈕的信號，模擬量控制模塊處理現(xiàn)場采集信號，顯示、賦值、翻頁處理或顯示TD200的信號。

圖3 主控流程

圖4 子模塊邏輯程序

4 結(jié)束語

筆者設(shè)計(jì)的固定式壓縮機(jī)站控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)合理、能夠自動(dòng)控制并調(diào)節(jié)整個(gè)生產(chǎn)過程，控制性能可靠，調(diào)節(jié)也及時(shí)高效。在有機(jī)酸的實(shí)際生產(chǎn)過程中，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，保證了生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。

[1] 向曉漢,陸斌.西門子PLC高級應(yīng)用實(shí)例精解[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

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[3] 郁漢琪.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2009.

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