發布日期：2022-04-26 點擊率：111 品牌：信捷_XINJIE
摘要：介紹了采用三菱可編程控制器FX2N PLC對加氫精制（一）裝置高速增壓泵聯鎖控制系統進行改造的設計與實現過程，并對其中的關鍵設計思想和程序實現方法作了論述。同時，對信號處理和實現過程的注意事項進行了詳細的討論。
關鍵詞：加氫精制 PLC 聯鎖系統 實現
1 引言
加氫精制（一）A、B兩套裝置各有高速增壓泵3臺（位號分別為P101/1~3和P201/1~3），在裝置低負荷運行時各有1臺高速增壓泵運行，其余作備用。當負荷升高或者在運泵出現故障時就啟動備用泵。這6臺高速泵關系到整個裝置的運行，為了保護機泵和裝置的安全運行，每臺泵都設有儀表聯鎖控制系統。由于原聯鎖系統存在缺陷，而且，聯鎖條件需要作部分修改，同時，針對停車原因分析困難的問題，需要增設第一事故記錄功能以便于維護和停機故障分析。為此，我們決定采用PLC對原聯鎖系統進行改造。PLC是近年來發展迅速、應用領域極廣的工業控制設備，具有可靠性高、控制功能強、操作容易、維護方便和適應性強等顯著特點，成為自動控制系統的首選設備之一。
2 聯鎖控制系統的設計
2．1方案選擇
根據聯鎖系統輸入/輸出（I/O）點數和狀態（I/O總點<120點，開關量），可以有兩種控制方案。即：采用一臺多I/O點數的PLC實現集中控制和采用6臺少I/O點數PLC實現分散控制。兩種控制方案的優缺點比較如表1所示。
表1 方案比較
比較兩種方案的優缺點，同時考慮到現場安裝維護、增壓泵的運行和檢修特點，以及泵與泵之間的聯系少和裝置長周期運行要求等因素，我們決定采用方案二進行高速泵的聯鎖控制。PLC則采用具有較高性能價格比、體積小、高速、大容量、功能比較齊全而且儀表維護人員十分熟悉的日本三菱FX2N -32MR作為核心控制器[1]。
2．2聯鎖邏輯設計
這里僅以聯鎖條件較有代表性的P201/3高速泵為例進行說明。其設計步驟如下：
（1）根據原聯鎖邏輯的條件，在修改和完善的基礎上總結出聯鎖邏輯，并最終讓工藝部門確認。
（2）保持原有系統輸入/輸出信號的常開常閉接點狀態，便于分析和維護。
（3）增加停車第一事故記錄邏輯和清除記憶按鈕，確保在維護人員分析事故后才允許再開泵。
（4）增加輸入信號的濾波作用，提高聯鎖系統輸入信號的抗干擾能力。
2．3聯鎖系統結構
系統的結構圖如圖1所示。
圖中，FX2N -32MR是輸入/輸出點各為16點的繼電器型PLC，是三菱PLC中的新一代性能優越的微型PLC，交流寬域輸入（85~264Vac）、處理速度達到0.08μs/基本指令，內附8k步存儲器（RAM），而且運行過程中可以更改程序，內有實時時鐘，具有計時功能和可以進行時間控制。輸入點采用PLC內部供電，大大簡化了電路。輸出采用24Vdc供電給指示燈和繼電器等負載。
3 聯鎖控制系統的實現
3．1定義I/O表
根據聯鎖系統的I/O信號，定義PLC的I/O分配表如表2所示。同時，對新增的第一事故記錄引入系統時間。表2是以后程序編寫和維護的重要依據。并約定滿足聯鎖邏輯定義時為1，聯鎖時是1或是0由實際信號連接決定。
表2 I/O分配表
表2中，X1~X17為輸入點，共11點，Y0~Y17為輸出點，共16點。其中Y13~Y17用于第一事故記錄的內部指示燈。
3．2程序設計
系統程序采用三菱公司提供的MELSEC-F專用軟件包進行開發，該軟件包是基于Windows的、具有較強功能的三菱FX系列PLC的程序開發工具，操作簡便、易學，可以直接使用梯形圖和語句表進行編寫，而且兩者切換方便。同時可以在線讀/寫，上裝和下載程序，在線修改、監視和調試程序，大大提高了編程效率，縮短開發調試時間。
P201/3高速增壓泵聯鎖程序長210步。以下對程序設計中的關鍵處理方法和要注意的地方作說明[3]。
（1）報警閃爍電路的實現（圖2）
這是0.5秒通/斷的振蕩器，當出現報警時，輸出燈就可以調用定時器T2、T3（時基為100ms），使得報警燈閃爍。
（2）輸入信號濾波處理（圖3）
當有輸入信號時，T200定時器（時基為10ms）進行50 ms的延時濾波處理，用中間變量M10代替輸入信號X2。這樣處理提高了系統對輸入信號的抗干擾能力。由于PLC掃描速度相當快，適當增加濾波功能是十分必要的。
（3）高速泵聯鎖邏輯處理
高速泵起停的聯鎖邏輯（部分）如圖4所示[4]。為了保證編寫程序的正確性和可讀性，總結出程序編寫的步驟如下：
·邏輯必須統一信號特性，如正常均帶電等。并注明是聯鎖邏輯或是正常運行邏輯。
·將邏輯運算分層次編好中間繼電器（如M3~M8），防止漏寫和錯寫。
·確定聯鎖輸出的信號狀態。一般輸出應按事故安全型來設計，即聯鎖動作時輸出為0，失電聯鎖。圖4是根據實際情況采用輸出得電時聯鎖。
·按順序從上到下、從左到右寫出梯形圖。
將圖4分成4部分，輸入和各邏輯演算層。圖中滿足輸入條件為1，如果聯鎖時取0信號則在邏輯輸入前取非。每層邏輯先定義中間繼電器，然后按順序編寫。所得梯形圖如圖5所示。這樣編寫，思路清晰、嚴謹，不易出現漏項和邏輯不清的情況，而且可讀性強，便于理解和維護，是一種良好的編程風格。這一點很重要，聯鎖邏輯的描述反映真實的工藝條件和關系，而程序實現是可以靈活多樣的。這是因為邏輯運算遵循如吸收律、摩根律等，可以進行運算和化簡，結果是一致的。這里不主張化簡，其主要原因是：
1）大多聯鎖邏輯層次不太復雜，只有三到五層，化簡意義不大。
2）目前PLC的運算速度相當快，邏輯未被化簡所產生的影響極小。
3）化簡后形式發生變化，不易理解，容易產生錯誤。
4）化簡方法靈活，不同的設計有不同的形式，容易產生歧義。
（4）第一事故記錄
將所有引起聯鎖的條件經過邏輯或運算后送到中間繼電器M20中，通過執行圖6所示邏輯就可實現第一事故記錄，并把發生故障的實時時間存到PLC的存儲器D13～D17中去。當出現故障停車時，只需查看相關的輸出點（Y13～Y17）和存儲器（D13～D17）的時間就可以確定第一停車原因和停車時間了。極大地縮短了故障查找和處理時間。
4 安裝調試和投用
在完成梯形圖設計后，利用編程軟件檢查語法后下裝到PLC中去進行調試。連接調試模擬開關，根據聯鎖條件進行反復調試。在確認聯鎖動作完全正確后到現場安裝。同時，按照規范接好聯鎖系統的冗余供電（交流和直流）、接地和內部實時時間的設定。并與工藝人員一起進行聯調，直到完全滿足設計要求、實現聯鎖控制的目的為止才交付使用。
5 結束語
由6臺三菱FX2N -32MR PLC實現的加氫精制（一）高速泵聯鎖控制系統已于2003年3月東區大修時實現。從現場運行情況看效果良好，三菱FX2N PLC以其顯著的優點，完全達到了設計要求，解決了原有聯鎖系統的缺陷問題，既保證了聯鎖系統的穩定可靠，又便于故障處理和日常維護。PLC在過程控制中起著越來越重要的作用，并已被廣大工程技術人員所接受。PLC控制系統，不論規模大小，只要按規范和實際要求進行設計和開發，其控制效果是顯然易見的。
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