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    作者簡介 王志煉，畢業(yè)于華南理工大學(xué)，研究方向電氣工程及其自動控制，現(xiàn)任北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司華南區(qū)域技術(shù)支持。 
 
    摘 要：反應(yīng)釜是整個涂料樹脂生產(chǎn)流程中最關(guān)鍵的設(shè)備，但對釜內(nèi)混合物的溫度、壓力的控制，還完全局限于依賴人工控制。當(dāng)前人工控制方式的不穩(wěn)定性，已經(jīng)成為生產(chǎn)中的一個薄弱環(huán)節(jié)。反應(yīng)溫度，壓力是化工生產(chǎn)中一個非常重要的控制變量，其穩(wěn)定性品質(zhì)影響過程的熱平衡，直接關(guān)系到化工生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)出率、能耗以及催化劑的使用壽命。基于和利時LM系列PLC的反應(yīng)釜控制系統(tǒng)可以最大限度的減少滯后時間，減少生產(chǎn)裝置過程中帶來的危險因素。因其可靠性高、處理速度快、邏輯修改方便等特點在危險化學(xué)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞 LM PLC；反應(yīng)釜；

    1 引言

    近年來，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，不少樹脂企業(yè)技術(shù)改造與更新的步伐加快，樹脂的生產(chǎn)設(shè)備呈現(xiàn)大型化趨勢。國內(nèi)樹脂生產(chǎn)用的反應(yīng)釜過去大多是25m³，生產(chǎn)過程基本全部為手工操作，現(xiàn)在已基本普及50m³，控制設(shè)備已經(jīng)從人工控制升級到PLC程控。

    基于和利時公司LM系列PLC的涂料樹脂反應(yīng)釜主要完成對反應(yīng)釜現(xiàn)場的溫度及壓力信號采入控制系統(tǒng)進(jìn)行集中顯示和控制，當(dāng)反應(yīng)釜的溫度或壓力達(dá)到報警設(shè)定值時，發(fā)出聲光報警；當(dāng)反應(yīng)釜的溫度和壓力繼續(xù)升高，達(dá)到或超過聯(lián)鎖設(shè)定值時，產(chǎn)生聯(lián)鎖動作，關(guān)閉導(dǎo)熱油鍋爐點火系統(tǒng)，并打開冷卻管閥門進(jìn)行冷卻降溫，并同時發(fā)出聲光報警。下面就詳細(xì)介紹一下基于和利時公司的LM系列PLC搭建的涂料樹脂反應(yīng)釜控制系統(tǒng)。

    2 涂料樹脂反應(yīng)釜控制系統(tǒng)工藝

    涂料樹脂反應(yīng)釜控制系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，通過泵將植物油酸、多元醇輸送到反應(yīng)釜內(nèi)，打開反應(yīng)釜投料口，投入苯酐（順酐），使用導(dǎo)熱油對反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，及脫水反應(yīng)。反應(yīng)預(yù)設(shè)定時間后，從高位缸加入二甲苯（甲苯）溶劑，一邊冷卻，一邊攪拌溶解，攪拌均勻后即可包裝為成品，整個反應(yīng)過程為常壓。
          
               
                                圖 2-1 涂料樹脂反應(yīng)釜控制系統(tǒng)工藝示意圖

    3 涂料樹脂反應(yīng)釜控制系統(tǒng)設(shè)計
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    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    此系統(tǒng)采用和利時公司的LM系列PLC作為控制器。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，使用的模塊包括LM3108,模擬量擴(kuò)展模塊LM3310、溫度采集模塊采用LM3312。其中需要PLC監(jiān)測控制的對象包括各個反應(yīng)釜的溫度、壓力、閥門狀態(tài)、故障報警輸入、變頻器的啟停、報警指示輸出、閥門控制等；同時，系統(tǒng)集成了帶有顯示功能的人機(jī)面板，一方面，可以通過從人機(jī)界面進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)輸入，另一方面，可以及時反饋反應(yīng)釜當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)以及報警狀態(tài)。 
         
                
                         圖 3-1 涂料樹脂反應(yīng)釜控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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    PLC硬件配置

    本系統(tǒng)采用和利時公司的LM系列PLC，LM系列PLC的CPU上集成了豐富的通訊接口，一個RS232接口以及一個RS485接口，不用另外擴(kuò)展通訊模塊即可組成復(fù)雜的通訊網(wǎng)絡(luò)，既能滿足客戶的通訊需求，又為用戶節(jié)約了投入成本。控制系統(tǒng)硬件清單如下：
 
      
                

     觸摸屏操作系統(tǒng)

    觸摸屏可以在現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與控制，以及在設(shè)備調(diào)試時使用。觸摸屏系統(tǒng)中包括了每個反應(yīng)釜溫度參數(shù)設(shè)定、壓力參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)閥門狀態(tài)監(jiān)視、歷史曲線、報警信息記錄等五大功能菜單。通過參數(shù)設(shè)定，可以很方便地對每個反應(yīng)釜的溫度報警點，壓力報警點進(jìn)行設(shè)置，觀察歷史曲線趨勢可以了解到每個反應(yīng)釜的溫度曲線以及壓力曲線，當(dāng)其中某個反應(yīng)釜因為溫度或者壓力超過設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動彈出相關(guān)的報警信息并提示操作人員作出反應(yīng)；系統(tǒng)運(yùn)行主畫面如圖3-2所示： 
      
               
                           圖 3-2 觸摸屏系統(tǒng)運(yùn)行畫面

    4 應(yīng)用特點

    基于LM的涂料樹脂控制系統(tǒng)具有如下特點：
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    溫度和壓力控制精度高

    反應(yīng)釜溫度和壓力的控制精度要求很高，模擬量采集采用模塊LM3310，接收來自現(xiàn)場壓力傳感器4~20ma的電流信號，采集精度高達(dá)0.5%，溫度采集通過LM3312熱電阻模塊，高精度的模擬量采集性能，為生產(chǎn)高品質(zhì)的樹脂提供了保障。
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    可實現(xiàn)本地保存工藝參數(shù)

    LM 系列PLC的CPU模塊LM3109自身帶有6K的掉電數(shù)據(jù)保持區(qū)，可實現(xiàn)工藝參數(shù)及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的本地保存。同時，還具有實時時鐘功能，能記錄和顯示當(dāng)前時間。
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    快速的輸出性能

    反應(yīng)釜生產(chǎn)過程中有大量的閥門開關(guān)需要控制，PLC從信號發(fā)生到響應(yīng)是有一定延時的，在某些時候，諸如超溫超壓時候，需要導(dǎo)熱油泵立即停止，瞬間的延時可能導(dǎo)致壓力繼續(xù)快速上升。LM PLC擁有高性能的輸出特性。首先，LM3108具有立即輸出功能，即可以不受掃描周期的影響而立即輸出信號，縮短了信號響應(yīng)的時間。其次CPU具有強(qiáng)大的運(yùn)算能了，可以同時處理幾十個模擬量點，可執(zhí)行多個回路的PID運(yùn)算，可以完成對溫度，壓力和流量等模擬量的閉環(huán)控制。

    5 結(jié)束語

    采用和利時LM系列PLC對涂料樹脂反應(yīng)釜進(jìn)行控制后，由于其強(qiáng)大的模擬量處理功能和穩(wěn)定的運(yùn)行性能，使得樹脂的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的合格率大大提高，同時，LM系列PLC的高性價比和緊湊的一體化設(shè)計，有效地節(jié)約了成本和電氣設(shè)備的安裝空間。

    參考文獻(xiàn)

    [ 1 ] 夏晨,李樸，反應(yīng)釜設(shè)計及其溫度控制系統(tǒng)，2004.

    [ 2 ] 畢效輝,韓永國，聚酯樹脂生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)， 2003.

    [ 3 ] 和利時公司，LM小型可編程控制器軟件手冊，2008.

    [ 4 ] 和利時公司，LM小型可編程控制器硬件手冊，2008.
  
    摘自《自動化博覽》2011年第七期