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(lián)鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行改造的設(shè)計與實現(xiàn)過程，并對其中的關(guān)鍵設(shè)計思想和程序?qū)崿F(xiàn)方法作了論述。同時，對信號處理和實現(xiàn)過程的注意事項進(jìn)行了詳細(xì)的討論。
關(guān)鍵詞：加氫精制 PLC 聯(lián)鎖系統(tǒng) 實現(xiàn)
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(fù)荷運(yùn)行時各有1臺高速增壓泵運(yùn)行，其余作備用。當(dāng)負(fù)荷升高或者在運(yùn)泵出現(xiàn)故障時就啟動備用泵。這6臺高速泵關(guān)系到整個裝置的運(yùn)行，為了保護(hù)機(jī)泵和裝置的安全運(yùn)行，每臺泵都設(shè)有儀表聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。由于原聯(lián)鎖系統(tǒng)存在缺陷，而且，聯(lián)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(shè)第一事故記錄功能以便于維護(hù)和停機(jī)故障分析。為此，我們決定采用PLC對原聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行改造。PLC是近年來發(fā)展迅速、應(yīng)用領(lǐng)域極廣的工業(yè)控制設(shè)備，具有可靠性高、控制功能強(qiáng)、操作容易、維護(hù)方便和適應(yīng)性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)，成為自動控制系統(tǒng)的首選設(shè)備之一。
2 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的設(shè)計
2．1方案選擇
根據(jù)聯(lián)鎖系統(tǒng)輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)和狀態(tài)（I/O總點(diǎn)<120點(diǎn)，開關(guān)量），可以有兩種控制方案。即：采用一臺多I/O點(diǎn)數(shù)的PLC實現(xiàn)集中控制和采用6臺少I/O點(diǎn)數(shù)PLC實現(xiàn)分散控制。兩種控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。
表1 方案比較
比較兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，同時考慮到現(xiàn)場安裝維護(hù)、增壓泵的運(yùn)行和檢修特點(diǎn)，以及泵與泵之間的聯(lián)系少和裝置長周期運(yùn)行要求等因素，我們決定采用方案二進(jìn)行高速泵的聯(lián)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(hù)人員十分熟悉的日本三菱FX2N -32MR作為核心控制器[1]。
2．2聯(lián)鎖邏輯設(shè)計
這里僅以聯(lián)鎖條件較有代表性的P201/3高速泵為例進(jìn)行說明。其設(shè)計步驟如下：
（1）根據(jù)原聯(lián)鎖邏輯的條件，在修改和完善的基礎(chǔ)上總結(jié)出聯(lián)鎖邏輯，并最終讓工藝部門確認(rèn)。
（2）保持原有系統(tǒng)輸入/輸出信號的常開常閉接點(diǎn)狀態(tài)，便于分析和維護(hù)。
（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(hù)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(lián)鎖系統(tǒng)輸入信號的抗干擾能力。
2．3聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖中，F(xiàn)X2N -32MR是輸入/輸出點(diǎn)各為16點(diǎn)的繼電器型PLC，是三菱PLC中的新一代性能優(yōu)越的微型PLC，交流寬域輸入（85~264Vac）、處理速度達(dá)到0.08μs/基本指令，內(nèi)附8k步存儲器（RAM），而且運(yùn)行過程中可以更改程序，內(nèi)有實時時鐘，具有計時功能和可以進(jìn)行時間控制。輸入點(diǎn)采用PLC內(nèi)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(fù)載。
3 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
3．1定義I/O表
根據(jù)聯(lián)鎖系統(tǒng)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(tǒng)時間。表2是以后程序編寫和維護(hù)的重要依據(jù)。并約定滿足聯(lián)鎖邏輯定義時為1，聯(lián)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(diǎn)，共11點(diǎn)，Y0~Y17為輸出點(diǎn)，共16點(diǎn)。其中Y13~Y17用于第一事故記錄的內(nèi)部指示燈。
3．2程序設(shè)計
系統(tǒng)程序采用三菱公司提供的MELSEC-F專用軟件包進(jìn)行開發(fā)，該軟件包是基于Windows的、具有較強(qiáng)功能的三菱FX系列PLC的程序開發(fā)工具，操作簡便、易學(xué)，可以直接使用梯形圖和語句表進(jìn)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(jiān)視和調(diào)試程序，大大提高了編程效率，縮短開發(fā)調(diào)試時間。
P201/3高速增壓泵聯(lián)鎖程序長210步。以下對程序設(shè)計中的關(guān)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(xiàn)（圖2）
這是0.5秒通/斷的振蕩器，當(dāng)出現(xiàn)報警時，輸出燈就可以調(diào)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(dāng)有輸入信號時，T200定時器（時基為10ms）進(jìn)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(tǒng)對輸入信號的抗干擾能力。由于PLC掃描速度相當(dāng)快，適當(dāng)增加濾波功能是十分必要的。
（3）高速泵聯(lián)鎖邏輯處理
高速泵起停的聯(lián)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(jié)出程序編寫的步驟如下：
·邏輯必須統(tǒng)一信號特性，如正常均帶電等。并注明是聯(lián)鎖邏輯或是正常運(yùn)行邏輯。
·將邏輯運(yùn)算分層次編好中間繼電器（如M3~M8），防止漏寫和錯寫。
·確定聯(lián)鎖輸出的信號狀態(tài)。一般輸出應(yīng)按事故安全型來設(shè)計，即聯(lián)鎖動作時輸出為0，失電聯(lián)鎖。圖4是根據(jù)實際情況采用輸出得電時聯(lián)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(lián)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(yán)謹(jǐn)，不易出現(xiàn)漏項和邏輯不清的情況，而且可讀性強(qiáng)，便于理解和維護(hù)，是一種良好的編程風(fēng)格。這一點(diǎn)很重要，聯(lián)鎖邏輯的描述反映真實的工藝條件和關(guān)系，而程序?qū)崿F(xiàn)是可以靈活多樣的。這是因為邏輯運(yùn)算遵循如吸收律、摩根律等，可以進(jìn)行運(yùn)算和化簡，結(jié)果是一致的。這里不主張化簡，其主要原因是：
1）大多聯(lián)鎖邏輯層次不太復(fù)雜，只有三到五層，化簡意義不大。
2）目前PLC的運(yùn)算速度相當(dāng)快，邏輯未被化簡所產(chǎn)生的影響極小。
3）化簡后形式發(fā)生變化，不易理解，容易產(chǎn)生錯誤。
4）化簡方法靈活，不同的設(shè)計有不同的形式，容易產(chǎn)生歧義。
（4）第一事故記錄
將所有引起聯(lián)鎖的條件經(jīng)過邏輯或運(yùn)算后送到中間繼電器M20中，通過執(zhí)行圖6所示邏輯就可實現(xiàn)第一事故記錄，并把發(fā)生故障的實時時間存到PLC的存儲器D13～D17中去。當(dāng)出現(xiàn)故障停車時，只需查看相關(guān)的輸出點(diǎn)（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(diào)試和投用
在完成梯形圖設(shè)計后，利用編程軟件檢查語法后下裝到PLC中去進(jìn)行調(diào)試。連接調(diào)試模擬開關(guān)，根據(jù)聯(lián)鎖條件進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。在確認(rèn)聯(lián)鎖動作完全正確后到現(xiàn)場安裝。同時，按照規(guī)范接好聯(lián)鎖系統(tǒng)的冗余供電（交流和直流）、接地和內(nèi)部實時時間的設(shè)定。并與工藝人員一起進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直到完全滿足設(shè)計要求、實現(xiàn)聯(lián)鎖控制的目的為止才交付使用。
5 結(jié)束語
由6臺三菱FX2N -32MR PLC實現(xiàn)的加氫精制（一）高速泵聯(lián)鎖控制系統(tǒng)已于2003年3月東區(qū)大修時實現(xiàn)。從現(xiàn)場運(yùn)行情況看效果良好，三菱FX2N PLC以其顯著的優(yōu)點(diǎn)，完全達(dá)到了設(shè)計要求，解決了原有聯(lián)鎖系統(tǒng)的缺陷問題，既保證了聯(lián)鎖系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，又便于故障處理和日常維護(hù)。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(shù)人員所接受。PLC控制系統(tǒng)，不論規(guī)模大小，只要按規(guī)范和實際要求進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)，其控制效果是顯然易見的。
