羅克韋爾自動(dòng)化在稀有氣體回收—干燥脫水裝置的應(yīng)用

高會(huì)乾

【摘要】羅克韋爾自動(dòng)化在化工領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，各類控制系統(tǒng)的使用相對(duì)成熟，本文主要以羅克韋爾自動(dòng)化在稀有氣體回收工藝流程中的干燥脫水流程應(yīng)用為例，介紹相關(guān)的工藝流程、控制原理、控制程序等內(nèi)容。干燥脫水是整個(gè)工藝流程的一個(gè)重要中間環(huán)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】羅克韋爾自動(dòng)化；干燥脫水；RSlogix5000；Factory View SE；順控

近年來(lái)，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，隨之而來(lái)的環(huán)境問題和稀有資源回收利用等越來(lái)越受到關(guān)注，尤其是石化行業(yè)，在工藝流程中很多稀有氣體需要回收再利用，這樣既能減少資源浪費(fèi)，又可以防止其排放到大氣中造成環(huán)境的污染，一舉兩得。如果原料氣中含有較多的水分，會(huì)對(duì)稀有氣體回收效率造成很大的影響，因此很多稀有氣體回收工藝中都會(huì)配有干燥脫水裝置，干燥脫水的效果直接影響稀有氣體回收的效率。在干燥脫水工藝流程的自動(dòng)程序化控制程序中，羅克韋爾自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)揮的較好，效果尤為明顯。

一、干燥脫水工藝流程

原料氣→干燥→凈化氣

如圖1，本工序采用PTSA干燥流程，主要由兩臺(tái)干燥器D-355A/B，1臺(tái)電加熱器35E010，若干儀表及閥門組成。2臺(tái)干燥器一用一備，輪流工作，脫去原料氣中的水汽。

圖1

二、控制系統(tǒng)配置

控制系統(tǒng)用的是羅克韋爾應(yīng)用最廣泛的ControlLogix系列PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，調(diào)試和維護(hù)都比較方便高效。系統(tǒng)配備有電源模塊、CPU模塊、冗余模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊以及模擬量、數(shù)字量IO模塊。是一個(gè)相對(duì)比較完整的冗余PLC控制系統(tǒng)。

人機(jī)界面HMI終端采用的是羅克韋爾的Panel View Plus 6終端1000，10寸彩色觸摸屏，自帶工業(yè)以太網(wǎng)口以及RS232口等可以與處理器進(jìn)行通訊。

編程工具用的是最新的RSlogix5000版本，HMI組態(tài)工具用的是Factory View Me。

根據(jù)工藝生產(chǎn)的特點(diǎn)和操作要求，本系統(tǒng)將重要的工藝參數(shù)引至控制室監(jiān)視、調(diào)節(jié)和操作。HMI人機(jī)界面設(shè)有流程畫面、參數(shù)設(shè)定窗口、操作窗口、報(bào)警界面、數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線等實(shí)時(shí)顯示和記錄設(shè)備的狀態(tài)，儀表的數(shù)值等，方便用戶日常的生產(chǎn)操作及維護(hù)。

三、程序控制（編程）

1、PID調(diào)節(jié)控制

電加熱器的工作輸出由可控硅接收4-20mA信號(hào)控制輸出功率大小，出口氣體的溫度與控制可控硅的AO輸出構(gòu)成PID閉環(huán)回路。當(dāng)出口氣體溫度維持在一定的范圍內(nèi)時(shí)，干燥效果最好。RsLogix5000編程環(huán)境中的PID指令非常的人性化，好用且簡(jiǎn)單易懂，使本來(lái)相對(duì)復(fù)雜的PID調(diào)節(jié)控制變的簡(jiǎn)單明了，只需要根據(jù)實(shí)際的工況進(jìn)行PID幾個(gè)參數(shù)的修改即可。當(dāng)然不同的工況，參數(shù)不一樣，只能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的更改。

2、順序控制

順序控制是比較常見的相對(duì)比較復(fù)雜的邏輯控制過程，同一類型的順序控制實(shí)現(xiàn)的編程思路和方式也因設(shè)計(jì)者而異。順序控制主要通過不同的步驟時(shí)開關(guān)不同的閥門，來(lái)達(dá)到改變工藝流程路徑的最終目的。本系統(tǒng)的順序控制共設(shè)有8步，每一步都有不同的閥門開關(guān)及電加熱器啟停，每一步完成后自動(dòng)進(jìn)入下一步的工作中，而且程序中間設(shè)置可操作的“上一步”、“下一步”、“暫停/繼續(xù)”等按鈕，給順控編程增加了實(shí)現(xiàn)難度。該部分的順序控制是整個(gè)工藝程序控制的核心部分。

如果按照正常的順序控制編寫程序，一步一步寫，也能完成，但是程序相對(duì)繁瑣，占內(nèi)存多，而且容易出錯(cuò)。本系統(tǒng)在順控編程時(shí)采用了一個(gè)比較巧妙的方法，那就是利用RSLogix5000編程環(huán)境里的加計(jì)數(shù)器CTU指令。利用CTU指令的預(yù)設(shè)值為順序控制步驟數(shù)N+1，當(dāng)每一步完成時(shí)觸發(fā)計(jì)數(shù)器累加一次，從而累積值與順序控制步驟相同，例如，當(dāng)工藝控制流程處于第5步時(shí)，CTU指令的累積值正好也為5。通過該思路編寫程序，使順序控制編程變得簡(jiǎn)潔明了，順控邏輯內(nèi)容一目了然，而且無(wú)論再增加什么操作按鈕，也都不用改動(dòng)原來(lái)的邏輯，這都極大的方便了編程者和程序維護(hù)人員。

3、連鎖保護(hù)及逐步保護(hù)

連鎖保護(hù)是為了避免生產(chǎn)事故以及保護(hù)設(shè)備而設(shè)置的邏輯保護(hù)程序。當(dāng)某一連鎖保護(hù)條件達(dá)到時(shí)，會(huì)觸發(fā)連鎖保護(hù)，連鎖保護(hù)觸發(fā)后會(huì)立即停止正在進(jìn)行的工作任務(wù)以及正在工作的設(shè)備等。

逐步保護(hù)主要是針對(duì)保護(hù)設(shè)備，本系統(tǒng)中的電加熱器在第2步加熱完成后進(jìn)入第3步前要停止加熱器，不是立刻停止，而是每1分鐘通過降低PID過程變量設(shè)定值（SP）來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)降低電加熱器的輸出功率，從而慢慢停止電加熱器。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展進(jìn)步，應(yīng)用在干燥脫水裝置上的控制系統(tǒng)也越來(lái)越多，系統(tǒng)的質(zhì)量、穩(wěn)定性、可操作性等都成了選擇控制系統(tǒng)的主要因素，ContolLogix系統(tǒng)以其穩(wěn)定的性能、人性化的編程及組態(tài)環(huán)境受到越來(lái)越多用戶的信賴，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]薛迎成.羅克韋爾PLC技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用.中國(guó)電力出版社，2009.6.

[2]李月恒.羅克韋爾ControlLogix PLC實(shí)用教程.中國(guó)鐵道出版社，2015.1

[3]王煥梅.石油化工工藝基礎(chǔ)（第二版）.中國(guó)石化出版社，2013.2