基于PLC的过程控制

[摘 要]近些年来，我国的国民经济得到了快速的发展，工业自动化技术得到了快速的发展。此外，伴随自动化生产线的引入一方面提升了生产效率，另一方面确保工业产品的质量。其中的自动化生产线一般是由PLC控制，称为基于PLC的过程控制。本文就基于PLC过程控制的优点以及基于PLC的过程控制系统进行了简要的分析，最后还以锅炉水处理系统为工程实例进行了探讨。

[关键词]PLC 过程控制 系统设计

中图分类号：TD767 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0249-01

近些年，随着社会经济的快速发展，工业自动化技术也得到了大力提升。另外，不断引进的自动化生产线，不仅提高了工厂的生产力，提升生产效率，同时还能保证工业产品的质量。其中自动化生产线主要是由PLC进行控制的，即PLC的过程控制。所谓过程控制是指在工业生产过程中自动控制原材料，液位、流量、压力、以及温度等工艺参数，以保证产品质量。PLC是可编程控制器中的一种，它通过执行计数与算术、定时、顺序控制、执行逻辑运算以及内部存储器等实现用户给定的指令，并通过相应的输入输出控制生产机械。PLC过程控制对实现工业自动化具有非常重要的作用。

1.基于PLC过程控制的优点

PLC自动控制广泛应用于工业生产现场，其优点主要体现在：（1）技术成熟，便于用户使用，具有较强的适应性。目前在市场上存在大量的PLC产品，其已经模块化、系列化、标准化，同时配有齐全的硬件装置，方便用户根据实际系统需要选择不同的功能，设定合理的系统配置。另外，PLC的带负载能力较强，能直接驱动小型交流接触器和一般的电磁阀，并且其接线端子全部在引出，便于用户接线。PLC产品硬件安装完成后，用户可以根据实际需要编写适应工业生产工艺的程序。（2）PLC具有较强的抗干扰能力以及较高的可靠性。继电器控制系统主要是是由时间继电器和中间继电器组成。但长期工作条件下会造成接触点故障，甚至会影响整个生产过程。而PLC过程控制系统是用软件代替时间继电器和中间继电器，只剩下对系统正常运行影响较小的其他硬件元件，从而极大的降低了因继电器接触不良引起的系统故障。另外，PLC采用软硬结合的方式抵抗工业现场干扰，提升了其适应复杂工业现场的能力，被工业生产厂商称之为最可靠的控制系统之一。（3）编程简单，使用方便。PLC编程语言采用语句表、逻辑图以及梯形图等，不需要用户具备专业的计算机知识，极大的降低了软件编程门槛，缩短系统开发周期。另外在改变控制方案的前提下对硬件改动较小。（4）性价比高，功能强。PLC设备为用户提供丰富的编程元件，以实现复杂的工业现场控制要求。另外，PLC设备还可以通过互联网实现远程控制、集中管理，这些是继电器控制系统所无法实现的。（5）维修方便，工作量小。PLC设备具有显示功能和自我诊断功能，并且其故障发生率较低。因此与PLC设备相联的外部执行机构发生故障时，PLC设备可以通过自身的显示功能为维修人员提供故障信息，便于工作人员快速排除故障，降低经济损失。（6）系统设计工作量少。PLC设备代替了传统继电器控制系统中的计数器、时间继电器以及中间继电器等，从而简化了电气控制柜的安装、调试工作。PLC程序通常采用顺序控制的梯形图，这种编程方法具有较强的规律性，降低软件编程难度。另外，设计PLC软件的时间相对继电器系统而言其工作量小，并且用户还可以在实验室通过发光二极管的状态模拟实际生产状态。试验完成后再在工业现场进行调试，最大限度降低了操作人员的工作量。

2. 基于PLC过程控制的系统设计

基于PLC的过程控制系统首先选择控制计算机作为系统的上位机，结合MCGS软件作为开发程序的平台，利用可编程的控制器作为下位机，最终构成基于PLC控制系统的监控系统。该控制系统利用自动化仪表内部的涡街流量计、压力变送器和差压变送器以确保氧化塔内部的压力和原料恒定。基于PLC的过程控制系统一般是利用压力变送器、涡街流量计和差压变送器将压力信号和流量信号转化成标准信号输入PLC，再利用PID程序进行运算，将转速信号输出再输入电器转换器，电器转换器通过控制阀门开关来调节气压和流量，从而确保氧化塔内的液位和压力维持在恒定值上。

2.1 基于PLC过程控制的硬件设计

关于系统I/O的测点分配和统计情况，首先要明确系统的工艺要求，检测系统内部的压力、温度、液位和流量，继而对阀门和电动机实现控制。因此，系统I/O的测点可以分为以下四类：开关量的输入和输出以及模拟量的输入和输出。

2.2 基于PLC过程控制的软件设计

对于氧化塔生产过程的控制主要是通过控制化工生产过程中的串级回路和单回路来实现，具体通过控制氧化塔生产出高产低耗的乙酸产品，结合流量、温度、液位和压力等变量的测量结果来控制氧化塔的进出料过程。因此，基于PLC过程控制的首先要做的就是清楚化工生产的工艺流程，选择恰当的被控变量、被控对象、控制器、阀门、变送器和执行器等。通常在PLC控制系统中主要使用金属转子、涡街和孔板的流量计、磁翻板、浮筒和双法兰的液位计、单法兰的液位变送器、压力显示控制器和变送器、热电阻和热电偶等。

2.3 基于PLC过程控制系统的监控设计

通常来说，基于PLC过程控制系统的监控主要采用MCGS组态软件来实现，并且要求满足昆仑通态，以完成系统的数据报表、流程监控以及实时的报警功能等。

3.基于PLC过程控制的工程实例：锅炉水处理控制

一般的锅炉水处理系统主要包括以下三个系列：（1）过滤器、除CO和阳离子交换器；（2）除盐水箱、阴离子交换器和器等多台设备；（3）过程控制系统中的水泵、阀门和风机等。而以上三个系列的运行需要按照运行时间进行选择，并在工艺模拟图板上标识工艺流程的具体流向，从而显示出水泵、加药泵、阀门以及风机的实时运行状态。

按照运行条件，一般控制装置主要控制过滤器以及阴、阳离子交换器的投入运行、停止运行和再次运行，主要包括1、2、3系列运行和1、2、3系列再生两种运行方式，但是三个系列主要利用选择键点动或者自动来实现系列的运行和再生，通常选择键点动的时候可以根据事先编制好的程序来操作，通过电动按钮事先转步；但是选择自动运行的时候则需要根据启动指令按照预定时间实现自动转步，最终实现3套设备的实时监控和运行，即全部设备同时运行并生产水，各自根据预定的运行水量实现定期的运行和再生，同时，全部设备在运行中也会通过PLC系统实现和水量参数的自行比对，一旦其中的2套设备达到相近的运行水量时则会引发报警，提醒管理人员人工调整进出水量，避免再次发生类似情况。

通常在设计化学水的处理系统程序时，需要根据编程指令的要求来编写系统程序，其中该过程控制系统主要包括1系列阴、阳离子转换器的投入运行和停止运行过程控制，2系列阴、阳离子转换器的投入运行和停止运行过程控制，3系列阴、阳离子转换器的投入运行和停止运行过程控制，1系列阴、阳离子转换器的再次运行过程控制，2系列阴、阳离子转换器的再次运行过程控制，3系列阴、阳离子转换器的再次运行过程控制。

4.总结

PLC过程控制系统广泛应用于工业生产现场，对实现工业生产自动化具有非常重要的现实意义。本文首先根据PLC在工业现场的实际应用阐述了其过程控制较传统继电器控制的有点。其次通过实际分析了PLC过程控制，提出自己的见解。随着自动化技术的不断发展，越来越多的生产线上需要自动调节系统，以提升其产品质量，而PLC过程控制是工业现场应用最为广泛的系统之一。

参考文献

[1] 陶权，谢彤.基于 PLC 的过程控制实验装置温度模糊 PID 控制[J]. 自动化技术与应用，2010（010）：22-26.

[2] 闫怡璇，郑萍.基于 PLC技术的过程控制实验装置二次开发[J].实验室研究与探索，2012（9）：32-35.