plc在導(dǎo)熱油加熱冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用_secret

1、PAGE PAGE 9 PLC在導(dǎo)熱油加熱冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要：主要介紹導(dǎo)熱油加熱冷卻系統(tǒng)及PLC在其中的應(yīng)用、西門子S7-300PLC編程過程、PLC的系統(tǒng)硬件配置及觸摸屏組態(tài)和系統(tǒng)實際運(yùn)行情況。關(guān)鍵字：導(dǎo)熱油加熱和冷卻系統(tǒng) PLC自動控制 觸摸屏組態(tài)Application of PLC in The conduct oil heating and cooling system Abstract: In this paper, we discuss the application of programmable logic controllers in the automatic cont

2、rol system for the conduct oil heating and cooling system. The PLC is mainly utilized for collecting process data as well as realizing control of field automatic equipment. SIEMENS S7-300 PLC programming and the configuration with a humanman-machine interface are introduced. In addition, Both softwa

3、re and hardware-based implementation of this system are also described in details.Keywords:The conduct oil heating and cooling system PLC Automatic ControlTouchscreen configuration 0、引言可編程序控制器簡稱PLC，是以微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，具有控制功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于擴(kuò)展、通用性強(qiáng)等一系列優(yōu)點。現(xiàn)代PLC已大大超過了邏輯控制的范圍，具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)、順序控制、數(shù)字量和模擬量的

4、輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。PLC既可控制一臺生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，也可控制一個生產(chǎn)過程。江蘇某化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中采用反應(yīng)爐加工生產(chǎn)原料，工藝過程要求反應(yīng)爐有不同的工作溫度段，由此需要一套加熱冷卻系統(tǒng)提供相應(yīng)的工作溫度。該企業(yè)采用的導(dǎo)熱油在一定的工作壓力下可獲得較高的加熱溫度，加熱均勻、穩(wěn)定，能避免被加熱原料局部過熱。采用PLC自動控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確地控制物料的加熱溫度，以及對該段加工過程進(jìn)行控制與管理。 1、導(dǎo)熱油加熱和冷卻系統(tǒng)（1） 系統(tǒng)工作原理、組成及工作過程導(dǎo)熱油加熱冷卻系統(tǒng)是以電能為主熱源，以有機(jī)熱載體（導(dǎo)熱油）為傳熱介質(zhì)，是采用配管工程將有機(jī)加熱載體爐（

5、也稱導(dǎo)熱油加熱器、導(dǎo)熱油鍋爐）與反應(yīng)爐連接成閉路系統(tǒng)，采用強(qiáng)制循環(huán)的方式對反應(yīng)爐進(jìn)行加熱。這是新興節(jié)能型加熱方式。系統(tǒng)采用風(fēng)冷冷水機(jī)組作為冷源制取冷水間接冷卻導(dǎo)熱油，然后導(dǎo)熱油再作用于反應(yīng)爐。導(dǎo)熱油加熱冷卻系統(tǒng)主要由導(dǎo)熱油加熱器、約克風(fēng)冷冷水機(jī)組、冷水循環(huán)泵、導(dǎo)熱油冷卻器（板式換熱器）、反應(yīng)爐，導(dǎo)熱油循環(huán)泵、高/低位膨脹槽、油氣分離器、注油泵、油泵過濾器、溫控壓控儀表、電控自控系統(tǒng)、閥門等組成。工作過程如圖1所示，開啟系統(tǒng)之后，啟動循環(huán)油泵，提供導(dǎo)熱油循環(huán)的動力。加熱工況：電加熱器直接加熱，高溫導(dǎo)熱油經(jīng)常開閥SV3，被強(qiáng)行注入到反應(yīng)爐A和B本體內(nèi)，加工生產(chǎn)原料，然后經(jīng)過濾、由氣分離再回到導(dǎo)熱油

6、鍋爐體內(nèi)。冷卻工況：電加熱器停止工作，冷水機(jī)組制取冷水間接冷卻導(dǎo)熱油，切換閥門使常閉閥SV1、SV2打開，常開閥SV3關(guān)閉，改變導(dǎo)熱油的通道，油與水在板式換熱器中進(jìn)行逆流換熱，實現(xiàn)油的冷卻。如此反復(fù)循環(huán)，從而實現(xiàn)加熱/冷卻爐A和B中反應(yīng)物的目的。根據(jù)工藝溫度要求通過電磁閥控制導(dǎo)熱油的路徑。膨脹槽的作用：提供熱膨脹空間、除氣、補(bǔ)油及儲油。圖1 系統(tǒng)原理圖（2）系統(tǒng)工藝要求反應(yīng)爐從常溫開始，生產(chǎn)過程中需要不同的加溫、保溫、冷卻時間段以及不同的溫度控制點。（3）系統(tǒng)控制要求 系統(tǒng)裝置的電控系統(tǒng)電控箱與現(xiàn)場機(jī)器分離，所有顯示、監(jiān)控、報警及操作均在室內(nèi)完成?？刂破鬟x用西門子PLC來控制系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油加熱

7、器、風(fēng)冷冷水機(jī)組、循環(huán)油泵、冷卻水泵、膨脹油槽等單元設(shè)備，具有完備的超限報警和保護(hù)功能。 1）系統(tǒng)能實現(xiàn)自動、手動和維修控制模式的相互切換。自動模式由用戶按固定用能工藝要求一次性將控制參數(shù)及步驟預(yù)置在控制程序中、加熱冷卻裝置全自動運(yùn)行；手動模式按工藝用能要求，將工藝所需參數(shù)通過觸摸屏輸入給PLC，在一定時間內(nèi)就能自動達(dá)到用戶設(shè)定的溫度。維修模式下，通過設(shè)備內(nèi)部配電柜上的按鈕進(jìn)行設(shè)備檢修運(yùn)行，此時觸摸屏處于鎖定狀態(tài)，通過輸入密碼來進(jìn)/出該模式。2）導(dǎo)熱油溫度能在10200連續(xù)可調(diào)。 3)在生產(chǎn)過程中的物理量,如壓力、溫度、流量等模擬量參數(shù)，由PLC進(jìn)行實時采集和處理。系統(tǒng)主回路的溫度、壓力，進(jìn)入

8、用熱設(shè)備分支管路上的壓力、流量等參數(shù)及其各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)均在電控箱上均實時顯示。4）系統(tǒng)設(shè)計為人性化開關(guān)機(jī)、報警及復(fù)位功能，鑰匙開關(guān)控制電源。系統(tǒng)開啟時，默認(rèn)設(shè)定溫度為40，用戶可根據(jù)需要設(shè)定油溫，當(dāng)自動運(yùn)行的預(yù)置工藝溫度完成之后，系統(tǒng)待機(jī)，用戶可關(guān)機(jī)或繼續(xù)使用。5）系統(tǒng)有高溫、高壓、低流量安全保護(hù)及液位、過熱、過載、斷流等連鎖保護(hù)。系統(tǒng)報警會觸發(fā)聲光報警器，同時在觸摸屏上跳出報警窗口，提示報警內(nèi)容。用戶能通過復(fù)位按鈕進(jìn)行報警確認(rèn)并消除報警音。2、PLC選型和資源配置（1） PLC選型、相應(yīng)元件的組織設(shè)計系統(tǒng)所選用的硬件： CPU模塊（CPU 314C-2 PtP）、電源模塊PS 307 、 擴(kuò)

9、展模塊、輸入/輸出模塊 、連接器(前/后6ES7)、觸摸屏（西門子TP170A）、調(diào)節(jié)儀表（宇電AI808 ）、MPI電纜（6ES7）、PC適配器、導(dǎo)軌、存儲卡（Kingstone）系統(tǒng)所選用的軟件：1西門子編程軟件SIMATIC S7 STEP7 V5.3標(biāo)準(zhǔn)版，2西門子觸摸屏組態(tài)軟件 WINCC FLEXIBLE 2004 標(biāo)準(zhǔn)版根據(jù)系統(tǒng)工藝和控制的要求，該項目選用了西門子300系列PLC和WinCC Flexible觸摸屏。S7-300為模塊化微型PLC系統(tǒng)，是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制計算機(jī), 能良好的滿足中、小規(guī)模的性能要求，適合密集安裝、易于用戶掌握。各種性能的模塊可以非常

10、好的滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)。系統(tǒng)采用應(yīng)用靈活的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)及低功耗無風(fēng)扇設(shè)計。系統(tǒng)PLC的CPU 314C-2 PtP是帶集成數(shù)字量和模擬量I/O和一個RS422/485串口的緊湊型CPU，滿足對處理能力和響應(yīng)時間要求較高的場合，帶有與過程相關(guān)的功能。CPU選配了512M的金士頓存儲卡（MMC）。安裝在主管上的鉑熱電阻采集出口油溫，控制系統(tǒng)利用該點的溫度來調(diào)節(jié)加熱功率，主管路進(jìn)口處也安裝一個鉑熱電阻。高低壓兩個支管上分別裝有壓力傳感器和孔板差壓變送器（孔板流量計），顯示兩個支路的壓力和流量，可以實現(xiàn)壓力上限報警/切換，流量下限報警/切換。電加熱器出口裝有電接點壓力表，設(shè)置高低壓報警

11、保護(hù)。油膨脹槽置于油泵進(jìn)口，且高于系統(tǒng)管路最高點1.5米以上，油槽裝有浮球液位控制器，具有低液位報警。加熱和冷卻管路由相應(yīng)電磁閥來切換控制。智能溫度調(diào)節(jié)儀表對油溫進(jìn)行精確的控制和PID調(diào)節(jié)。（2） 系統(tǒng)硬件組態(tài)創(chuàng)建一個項目并進(jìn)行編程調(diào)試需要的條件：電源模塊、CPU、輸入輸出模塊、被控制的圖2 軟件與硬件配置關(guān)系圖設(shè)備、編程設(shè)備、編程設(shè)備電纜及編程軟件等，如圖2所示。該P(yáng)LC使用串行接口進(jìn)行PtP通訊，可與計算機(jī)或前途簡單設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，伙伴設(shè)備間的通訊是基于串行異步傳輸而運(yùn)行的。PID溫度調(diào)節(jié)器帶有RS485通訊接口，利用CPU和PID調(diào)節(jié)器的串行接口建立了西門子模塊與外部設(shè)備的PtP連接，

12、也即點對點的通訊通道。X27（RS422/485）接口代表符合X27標(biāo)準(zhǔn)并用于傳輸串行數(shù)據(jù)的差分電壓接口，在RS485模式中，通過兩線制串行電纜發(fā)送數(shù)據(jù)（2線操作）。兩根導(dǎo)線（差分信號）交替用于發(fā)送和接收方向。采用ASCII驅(qū)動程序，依據(jù)CPU通訊功能技術(shù)規(guī)范和智能PID表的通訊協(xié)議編寫通訊功能塊程序。ASCII驅(qū)動程序的傳輸速度為38400kbPs，模式為半雙工，RS485信號與S7內(nèi)部電源（背板總線）和輔助24V DC電源完全隔離。3、PLC編程與組態(tài)（1）Step7編程軟件和WinCC Flexible該系統(tǒng)中采用的西門子Step7 V5.3 編程軟件是SIMANTIC S7-300/4

13、00站創(chuàng)建可編程邏輯控制器程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，符合面向圖形和對象的Windows操作原則，在Windows 2000專業(yè)版以及Windows XP和 Windows Server 2003操作系統(tǒng)中運(yùn)行，可使用梯形邏輯，功能塊圖和語句表。西門子WinCC Flexible是西門子公司在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司強(qiáng)大軟件功能相結(jié)合的產(chǎn)物。HMI（人機(jī)界面）系統(tǒng)作為基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的重要組成部分,用于控制系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)的設(shè)定、顯示、故障報警,以及相應(yīng)操作和設(shè)備的在線調(diào)試及維護(hù)。HMI系統(tǒng)信息以友好方式與用戶交互，通過HMI輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,處理后再將過程數(shù)據(jù)信息

14、、機(jī)組狀態(tài)信息和各種測量值以符號、數(shù)值、曲線、圖表及歷史記錄的形式在HMI畫面上顯示，以最少的設(shè)備數(shù)量提供最大可能的信息,幫助操作維護(hù)人員快速準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)及其相關(guān)信息。（2）通過西門子Step7編程軟件進(jìn)行編程編程過程為依次為：1、創(chuàng)建一個項目并組態(tài)硬件信息。 2、由電氣原理圖來定義I/O地址。3、編寫程序。通過結(jié)構(gòu)化編程，生成主程序塊、功能程序塊背景數(shù)據(jù)塊 4、傳送程序并聯(lián)機(jī)調(diào)試。圖3 編程組態(tài)圖開關(guān)量：報警、指示燈、電磁閥和電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu) 輸出 可控硅 調(diào)節(jié)設(shè)定溫度觸摸屏：顯示狀態(tài)參數(shù)、報警信息，內(nèi)部變量組態(tài)PID調(diào)節(jié)儀表：讀取溫度模擬量、對溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、與CPU進(jìn)行通訊

15、傳感主管出口鉑熱電阻 RS485通訊訊 讀取溫度MPI通訊 輸入模擬量：流量、壓力、溫度 開關(guān)量：故障、急停和復(fù)位按鈕 PLC S7-300輸入PLC接線圖是電氣原理圖的一部分，電氣原理圖是編程的基礎(chǔ)。電氣原理圖確定后，根據(jù)信號圖及外部輸入/輸出元件與PLC的I/O點的連接關(guān)系分配I /O點 ，對應(yīng)畫出I/O接線圖，即PLC輸入/輸出電氣原理圖。PLC輸出控制的繼電器控制主電路，實現(xiàn)弱電強(qiáng)電隔離。組態(tài)好硬件信息之后，結(jié)合I/O地址統(tǒng)計表，合理分配PLC模塊的物理地址，并畫出PLC接線圖。根據(jù)導(dǎo)熱油加熱冷卻系統(tǒng)具體情況，統(tǒng)計A/D的輸入輸出點：AI點5個，DI點10個，DO點27個。根據(jù)控制要求

16、，另配一個16點DO模塊。確定了硬件連接之后，進(jìn)入編寫程序階段。定義符號參數(shù)表、定義輸入/輸出信號表、中間標(biāo)志、定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)區(qū)。本項目設(shè)置的數(shù)據(jù)區(qū)，分別用于“測量數(shù)據(jù)”、“自動手動模式設(shè)定”、“報警限制設(shè)定”、“系統(tǒng)日期設(shè)定”、“用戶命令輸入設(shè)定”等。設(shè)置變量表，定義各個變量。（3）西門子觸摸屏組態(tài)設(shè)置西門子WinCC Flexible是專門針對小型觸摸屏的組態(tài)軟件，創(chuàng)建項目時，利用其項目向?qū)Чδ苤鸩酵瓿山M態(tài)設(shè)置，包括選擇項目類型，觸摸屏型號，輸入項目信息。然后進(jìn)入項目實施階段，有以下幾個步驟：組態(tài)變量表，組態(tài)報警信息，創(chuàng)建畫面，創(chuàng)建多語言系統(tǒng)，創(chuàng)建運(yùn)行用戶管理。4、PLC系統(tǒng)的運(yùn)行（

17、1） PLC系統(tǒng)功能的實現(xiàn)過程系統(tǒng)的控制和參數(shù)設(shè)定由人機(jī)界面來實現(xiàn)。選用西門子TP170A觸摸屏，通過MPI總線與PLC進(jìn)行通訊。觸摸屏上可實現(xiàn)的功能有：用戶登錄，用戶注銷，選擇運(yùn)行模式，顯示狀態(tài)參數(shù)，設(shè)定系統(tǒng)溫度，顯示當(dāng)前報警信息，查詢歷史報警記錄，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)值，顯示幫助信息，顯示參數(shù)表。通過WinCC Flexible對觸摸屏進(jìn)行組態(tài)編程，將PLC上的狀態(tài)參數(shù)、內(nèi)部變量可視化，以文本框或按鈕的形式顯示在觸摸屏上。圖4 觸摸屏畫面邏輯圖關(guān)機(jī)維修模式報警信息設(shè)定溫度 達(dá)到設(shè)定溫度，并保持 手動運(yùn)行開機(jī)預(yù)熱40選擇模式自動運(yùn)行待機(jī)圖5觸摸屏自動模式設(shè)備狀態(tài)界面（2）系統(tǒng)運(yùn)行情況系統(tǒng)中裝置設(shè)計的

18、電加熱量120KW，制冷量100KW，總裝機(jī)容量180KW，導(dǎo)熱油流量上限為24m3/h，壓力范圍0.4 MPa1.6 MPa。換熱回路為高低壓兩個回路，高壓回路為盤管式，油泵壓頭為1.2Mpa，最大流量為12m3/h；低壓回路為套管式，油泵壓頭為0.4Mpa，最大流量為7.2m3/h。通過導(dǎo)熱油循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)，預(yù)制的冷/熱導(dǎo)熱油使反應(yīng)爐在不同的溫度下工作，以滿足不同工作溫度段的工藝要求。實際運(yùn)行中，閥SV1為常閉電磁伐、閥SV2為電動控制伐，閥SV3為常開電磁伐。風(fēng)冷冷水機(jī)組在降溫工況時滿負(fù)荷工作，導(dǎo)熱油冷卻器的冷卻水進(jìn)出溫度為7和12。當(dāng)冷卻水出溫度超過20時，PLC會控制電動控制伐SV2來調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量，從而冷卻時間相應(yīng)延長。下表為導(dǎo)熱油加熱冷卻系統(tǒng)運(yùn)行時各溫度段升/降溫所需時間。 溫度段工況常溫180180100100606020溫控方式升溫(加熱)降溫降溫降溫空載120min30min60min90min負(fù)載155min50min90min120min5、小結(jié)本文介紹了基于可編程控制器導(dǎo)熱油加熱和冷