试论PLC技术对化工处理控制的优化作用

李智远

摘 要：树脂合成在化工产业中占有重要的位置，其最重要的一点就是控制树脂化学工艺过程，主要的化学工艺过程是通过反应釜的搅拌来实现，而其搅拌是通过搅拌电机运转来实现的，电机常用继电器来控制，只能匀速状态。设备在粘度大时的负荷功率达到最大，这时候设备就会很容易发生故障或者损坏导致停产，影响经济收益。通过对现有的设备进行自动化改进，来减少设备的故障率，同时使设备节能减耗，通过设备控制自动化的提高带动化学工艺控制水平的提高，产品质量进一步提高，企业收益得以增加。

关键词：树脂反应 反应釜电机 变频电机

中图分类号：TF273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0079-01

在树脂化工企业中，现在树脂反应釜电机大多用陈旧的继电器控制系统实现树脂合成。反应釜里面的材料在加热的过程中，因为温度产生变化而使得材料的粘度产生极大的变化。旧的反应釜电机采用匀速搅拌系统，搅拌的速度按照树脂材料发生化学反应时的粘度来设计，其输出功率也达到额定值。材料粘度随温度升高而降低，当粘度最小时电机处于最高速，但由于树脂材料在低温时的粘度最大，其匀速系统同样输出过大的速度，所以就需要电机的输出扭矩和功率能够达到最大，但是也会造成电机的输出功率达到最大，只要设备出点小故障，极容易导致电机和机械设备的损坏。

为了改善这种状况，可以通过运用PLC控制技术改造树脂反应釜电机陈旧的继电器控制系统，把搅拌电机改为变频电机，使用PLC来控制变频器。使得其在低温时输出低转速高扭矩，高温时输出高速低扭矩，通过这样的改造，使得电机在低温时的时候只需要输出低速大扭矩，不需要输出最大功率，从而减少电机和设备的损坏。根据公式：功率=扭矩×转速/9550计算，在低速大扭矩就不需要大功率输出，达到了节能降耗的功能。利用电机变频器有电机扭矩或者电流的监控和控制的功能，通过PLC自动保护电机和报警，设备和电机得以及时维护，减少了企业因为系统维修停产而造成的损失。控制系统的改进，使得化学工艺工程师可以通过控制不同温度下的转速和扭矩，灵活调整化学反应工艺，提高了化学工艺控制水平，从而提高产品质量，企业的收益得以增加。

1 PLC控制变频电机系统

在对旧系统改进中，首先将搅拌电机改为变频电机；然后将继电器控制改进为PLC控制，同时实现PLC自动控制电机保护电机和故障报警电路，不仅增强提高了系统的自动化能力，还提高了系统的安全可靠性。

1.1 PLC中心控制单元模块

PLC中心控制模块主要实现对树脂合成温度的采集、分析和处理，并进行相应的输出，使得其能通过温度指数的变化实现对电机转速的自动化控制。在温度较低时能够使得电机工作在低速大扭矩状态，随着树脂合成过程中温度的不断升高而粘度的不断降低，同时使电机转速逐渐升高扭矩减低，根据公式：功率=扭矩×转速/9550，总功率没有随转速提高而变大，从而达到了节能目的。

该模块主要有四大部分组成：电源供给模块、中央处理器、温度信息输入模块、控制信息输出模块。电源供给模块供给PLC控制单元工作的所有电压要求。PLC采用局域网通信模式，实现对工作电机的实时控制和数据传输。并且每台控制电机都有相应的接收装置。通过内部软件设置实现监控，并使得人机交互界面实现树脂反应釜电机的工作状况的显示控制。设计中要实现的目的：所有模块的设备组装及其电气连线准确无误；PLC所有设计模块正确无差；将采集到的温度信息输入到PLC输入模块，同时将PLC的输出量经输出模块输送到相应的电机输出设备中，指导其工作运行；各模块的网络连接主要通过交换机及双绞线完成。

在实际实验研究验证和实际工作中，常选用德国西门子公司的S7-300系列的控制器，其处理效果较好，其搭载各个模块也很实用。这个方案采用四电源，主导轨10 A，其它均为5 A；中央处理器为315-2P型。

1.2 电路保护模块

为了保证电路能保持正常工作的状态，需要设置其保护电路，也就是使变频电机能较长时间工作在正常工作状态，因为当电动机或者变频电机出现严重故障时会造成很严重的停机停产事故。主要的保护一般都是控制其扭矩和负荷过大的保护电路；还要对变频电机实施温度，电压，转速，扭矩实施互锁保护，因为电机发生异常情况时电源电压会明显降低，同时电动机转矩会显著下降，使得电动机运转失常，甚至会出现“堵转”情况，损坏电机。

PLC还能够实现定时监视等自检行为，当异常情况被检测出时，就将所有输出关闭。但是PLC控制部分的CPU发生故障时就不能实现对输出的控制，所以对于这种会造成严重事故的危险负载，需要添加外防护电路，使得设备安全运转。外保护电路都使得电路正常运行，从而减少电机和设备的损坏。

1.3 系统故障报警模块

系统在运行过程中，由于线路的老化或者是机器的磨损会逐渐显现，随着时间的推移会越来越严重，为了使得电路持续正常工作，就需要添加系统故障报警模块。当该模块被启动后，就要对电路及机器设备进行故障排除和检修或者及时更换零件，降低了企业因为系统维修停产而造成的损失。

在对该模块进行电路设计时，利用中间价继电器对其实施软硬两种电机故障连接设置：软故障也就是其软件启动器的故障，当软件中程序运行出现错误时，则该模块接通，使得报警系统接入电路，实现报警功能；硬件故障，就是电路中的机器零件的运转不正常，当其中任何一个部件或部分出现故障时都会使得该模块作用被启动，电路也实现报警。这两种保护使得电路的保护运行的安全性和可靠性更强。

用六个按钮，一个主按钮，五个辅按钮，实现故障复位。主按钮是用来实现变频电机故障复位的，其余五个辅按钮是5台主要工作是对变频电机的故障复位的。故障出现后，电铃响起，工作人员需要立即检查并排除其故障，当所有故障点都被清除后，需要将相应位置故障复位按钮再次按下，关闭电铃，使其处于下一次故障检测准备状态。

2 结语

树脂合成在化工产业中占有重要的位置，其重要的过程就是树脂反应，树脂反应主要应用继电器控制反应釜电机。其生产设备运转受材料粘度的影响较大，通过运用PLC控制技术改造树脂化工企业树脂反应釜电机陈旧的继电器控制系统，通过把普通的匀速搅拌电机改为变频电机，使用PLC控制变频器转速和扭矩输出，同时根据化学工艺的改变灵活地调整转速和扭矩。使得其在不同的温度下控制输出不同的转速和扭矩，提高其电能利用率，同时带动化学工艺控制水平的提高，产品质量进一步提高，企业收益得以增加。

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