PLC在循环除盐水控制系统中的应用

引言

　　循环除盐水电控系统是根据聚合物切粒对除盐水的工艺要求，通过对国内外各种小型plc的对比、分析，采用了以西门子s7-200 plc为控制核心，用pid控制器、调节阀实现恒温恒压控制，整个系统组成简单，程序编制容易，控制功能完善，具有联控、联锁保护、通讯等功能，适应性很大，并且采用人机界面操作和显示，操作简单方便，具有故障自诊断功能，维修排故直观快捷。

1 简介

       近年来，随着我国化纤工业的飞速发展与进步，连续线聚酯生产也步入了一个全新的阶段。这就要求聚酯生产的工艺方法不断的完善及设备运行的可靠性不断提高。冷却水循环系统在整个聚酯切粒的生产过程中必不可少的系统设备，它们对切粒生产过程中的冷却水的温度、压力按工艺所规定的要求进行恒定并可调节；使切处于最佳状态下运行，并要求给中控室dcs系统进行通讯。
               
        以前传统的循环除盐水控制系统是采用继电器控制电路，并利用pid调节仪表来控制压力及水温，随着工艺要求的不断提高传统的控制系统已远远不能满足。根据新的工艺要求，我们充分利用可编程控制器（plc）的逻辑控制性、简便性和可靠性，将其作为主要的控制元件，设计制造出一套使用pid控制器，可控制冷却水的温度及压力，并与中控室进行profribus-dp通讯。
           
2  循环除盐水系统简介
                
        循环除盐水电控系统对聚合造粒所需冷却水温度、压力、液位、过滤器报警信号等进行采集，由可编程控制器对数据进行处理运算后，运用pid控制器，再控制调节阀、电磁阀、水泵、带式过滤器等器件来实现冷却恒温等控制功能；循环除盐水电控系统可与中控室dcs系统由profribus协议通讯。图1是循环除盐水系统原理图。水箱中除盐水由浮球阀根据液位进行自动补液。由温度度传感器t检测管道中水温，运用pid控制气动调节阀v4调节冷冻水的流量使除盐水温度始终保持在设定温度。带式过滤器上有液位传感器h1，用来判断过滤器是否被堵，当过滤器被堵后，要启动过滤器电机拖动滤布走动，到设定的时间后停止。水箱里有低液位传感器，用于与水泵联锁。为了使除盐水到达切粒系统水压在设定值，由压力传感器p2检测管道水压，运用pid控制气动调节阀v3。由于板式换热器容易被堵，要经常清理，系统要求对板式换热器进行在线切换，当板式换热器1工作时，电磁阀v1工作，电磁阀v2关闭，当压力传感器p1值大于p2值在某设定值后，表明板书式换热器1已被堵，这时电磁阀v2工作，v1关闭，切换到板式换热器2工作。整个项目对除盐水循环系统可靠性的要求非常高,要求系统每年连续运行时间不低于8000小时，而且由于整个系统工艺对水温的高低也有严格的要求，所以也要求水温的调节精度比较高，系统的自动化程度也比较高，现场无人维护，所有数据与此中控室进行交换，使得中控室（dcs）能对设备做到全程监控。
           
3  控制系统硬件组成
                
        根据整个工艺条件要求，在充分比较国内外各品牌小型plc的各种功能参数及性价比的基础上，我们控制系统选用西门子的s7-200系列可编程控制器（plc）为主要控制元件。装置采用cpu226（ac/dc/继电器），其输出可分组直接接ac220v的电磁阀、dc24v气动阀及三相固体继电器控制泵电机。由于需要采集温度压力和控制调节阀，选用了em231和em232模拟量模块，和dcs通讯采用em277 profibus-dp 模块。cpu226具有极高的可靠性，操作便捷，并且运行速度快，拥有很强的内部集成特殊功能；具有pid控制器，在程序中最多可用8条pid指令，这些指令只要不用相同回路号，各pid运算之间就不会互相干涉，这有利于同时控制多个调节阀进行多点温度控制。而cpu226有2个rs485通讯/编程口，其具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力；这两个通讯口一个用于与显示器通讯，另一个用于电脑进行调试。em277 profibus-dp 模块用于接收来自dcs指令及温度设定，并上传报警信号。运用step7-micro/win v4.0（sp6）软件，可以在windows系列的操作系统下进行编写plc控制程序，而且step7-micro/win v4.0（sp6）还可在线调试并监视用户程序。

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                                                            图1  循环除盐水系统原理图

            图2  系统硬件配配制图
           
 

4  plc软件设计
                
        由于系统需做大量的数据运算处理，因此编程过程中只运用stl语句表进行编程，程序在编程中采用模块化结构，使各路pid互不干扰，亦便于修改和扩充。
           
　　4.1 plc的i/o口分配
               
　　循环除盐水电控系统的输入和输出信号及i/o口分配如附表所示。

           
　　附表  plc输入、输出接口图表

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         4.2 程序功能
               
　　控制系统的程序结构为：

                main  主程序
                sbr0  模拟量数据初始化子程序
                sbr1  除盐水温控pid1初始化子程序
                sbr2  除盐水压力pid2初始化子程序
                sbr3  td400c 子程序1（报警信息）
                sbr4  td400c 子程序2（参数设定）
                sbr5  水泵控制子程序
                sbr6    带式过滤器控制子程序
                sbr7  板换切换子程序
                int0  pid1中断处理程序
                int1  pid2中断处理程序
               
   　 在主程序中，首次扫描调用各pid初始化子程序，并进行通讯、显示使能初始化，由td400c的组态处理嵌入在消息中的温度设定值、压力设定值、pid参数值等变量并送其到既定的寄存器中；对温度进行采集、处理，报警处理；主程序后面部分根据对液位、压力值的判断调用对应的处理子程序。
               
    　程序中采用了plc内嵌的pid控制器，之前对温度和压力采集值和设定值进行转换、标准化。经转换的pid输出再控制调节阀，保证温度和压力偏差（e）即给定值和过程变量的差为零，使温度和压力达到稳定状态。
               
　　文本显示器td400c的自定义和配置也在step7-micro/win v4.0（sp6）编程软件中进行，无需其他的参数赋值软件。根据软件的向导配置完成后在程序中生成隐藏子程序、符号表和数据块，然后在子程序中根据配置生成的符号表进行功能分配和参数设置。
           
　　4.3 与dcs系统采用profibus-dp通讯
               
　　在dcs系统上位机中安装好em277模块的gsd文件,组态好主站的通讯地址及通讯接口数据区.软件组态的em277 profibus站地址要与实际em277上的拨码开关设定的地址相一致,通讯接口区大小为32字节输入和32字节输出，在主站设定v区的偏移值为2000。设置完成后通讯接口的数据对应关系如图3。

            　　　　　　　　　　　图3  profibus-dp通讯数据对应关系
               
　　在从站s7-200侧不用编写任何通讯程序，只需提供通讯数据内容的定义。
           
5  结束语
               
　　循环除盐水电控系统是根据聚合物切粒对除盐水的工艺要求，通过对国内外各种小型plc的对比、分析，采用了以西门子s7-200 plc为控制核心，用pid控制器、调节阀实现恒温恒压控制，整个系统组成简单，程序编制容易，控制功能完善，具有联控、联锁保护、通讯等功能，适应性很大，并且采用人机界面操作和显示，操作简单方便，具有故障自诊断功能，维修排故直观快捷。
               
　　采用可编程控制器对循环除盐水系统进行控制，保证了循环除盐水系统的可靠、安全、稳定的运行，对于聚酯化纤的连续稳定生产起着重大作用，故值得推广。

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