罗克韦尔自动化在稀有气体回收—干燥脱水装置的应用

高会乾

【摘要】罗克韦尔自动化在化工领域的应用日益广泛，各类控制系统的使用相对成熟，本文主要以罗克韦尔自动化在稀有气体回收工艺流程中的干燥脱水流程应用为例，介绍相关的工艺流程、控制原理、控制程序等内容。干燥脱水是整个工艺流程的一个重要中间环节。

【关键词】罗克韦尔自动化；干燥脱水；RSlogix5000；Factory View SE；顺控

近年来，随着工业的不断发展壮大，随之而来的环境问题和稀有资源回收利用等越来越受到关注，尤其是石化行業，在工艺流程中很多稀有气体需要回收再利用，这样既能减少资源浪费，又可以防止其排放到大气中造成环境的污染，一举两得。如果原料气中含有较多的水分，会对稀有气体回收效率造成很大的影响，因此很多稀有气体回收工艺中都会配有干燥脱水装置，干燥脱水的效果直接影响稀有气体回收的效率。在干燥脱水工艺流程的自动程序化控制程序中，罗克韦尔自动化系统发挥的较好，效果尤为明显。

一、干燥脱水工艺流程

原料气→干燥→净化气

如图1，本工序采用PTSA干燥流程，主要由两台干燥器D-355A/B，1台电加热器35E010，若干仪表及阀门组成。2台干燥器一用一备，轮流工作，脱去原料气中的水汽。

图1

二、控制系统配置

控制系统用的是罗克韦尔应用最广泛的ControlLogix系列PLC控制系统，该系统性能稳定，功能强大，调试和维护都比较方便高效。系统配备有电源模块、CPU模块、冗余模块、网络通讯模块以及模拟量、数字量IO模块。是一个相对比较完整的冗余PLC控制系统。

人机界面HMI终端采用的是罗克韦尔的Panel View Plus 6终端1000，10寸彩色触摸屏，自带工业以太网口以及RS232口等可以与处理器进行通讯。

编程工具用的是最新的RSlogix5000版本，HMI组态工具用的是Factory View Me。

根据工艺生产的特点和操作要求，本系统将重要的工艺参数引至控制室监视、调节和操作。HMI人机界面设有流程画面、参数设定窗口、操作窗口、报警界面、数据趋势曲线等实时显示和记录设备的状态，仪表的数值等，方便用户日常的生产操作及维护。

三、程序控制（编程）

1、PID调节控制

电加热器的工作输出由可控硅接收4-20mA信号控制输出功率大小，出口气体的温度与控制可控硅的AO输出构成PID闭环回路。当出口气体温度维持在一定的范围内时，干燥效果最好。RsLogix5000编程环境中的PID指令非常的人性化，好用且简单易懂，使本来相对复杂的PID调节控制变的简单明了，只需要根据实际的工况进行PID几个参数的修改即可。当然不同的工况，参数不一样，只能根据实际情况进行相应的更改。

2、顺序控制

顺序控制是比较常见的相对比较复杂的逻辑控制过程，同一类型的顺序控制实现的编程思路和方式也因设计者而异。顺序控制主要通过不同的步骤时开关不同的阀门，来达到改变工艺流程路径的最终目的。本系统的顺序控制共设有8步，每一步都有不同的阀门开关及电加热器启停，每一步完成后自动进入下一步的工作中，而且程序中间设置可操作的“上一步”、“下一步”、“暂停/继续”等按钮，给顺控编程增加了实现难度。该部分的顺序控制是整个工艺程序控制的核心部分。

如果按照正常的顺序控制编写程序，一步一步写，也能完成，但是程序相对繁琐，占内存多，而且容易出错。本系统在顺控编程时采用了一个比较巧妙的方法，那就是利用RSLogix5000编程环境里的加计数器CTU指令。利用CTU指令的预设值为顺序控制步骤数N+1，当每一步完成时触发计数器累加一次，从而累积值与顺序控制步骤相同，例如，当工艺控制流程处于第5步时，CTU指令的累积值正好也为5。通过该思路编写程序，使顺序控制编程变得简洁明了，顺控逻辑内容一目了然，而且无论再增加什么操作按钮，也都不用改动原来的逻辑，这都极大的方便了编程者和程序维护人员。

3、连锁保护及逐步保护

连锁保护是为了避免生产事故以及保护设备而设置的逻辑保护程序。当某一连锁保护条件达到时，会触发连锁保护，连锁保护触发后会立即停止正在进行的工作任务以及正在工作的设备等。

逐步保护主要是针对保护设备，本系统中的电加热器在第2步加热完成后进入第3步前要停止加热器，不是立刻停止，而是每1分钟通过降低PID过程变量设定值（SP）来逐步实现降低电加热器的输出功率，从而慢慢停止电加热器。

四、结束语

随着工业自动化的不断发展进步，应用在干燥脱水装置上的控制系统也越来越多，系统的质量、稳定性、可操作性等都成了选择控制系统的主要因素，ContolLogix系统以其稳定的性能、人性化的编程及组态环境受到越来越多用户的信赖，应用也越来越广泛。

参考文献

[1]薛迎成.罗克韦尔PLC技术基础及应用.中国电力出版社，2009.6.

[2]李月恒.罗克韦尔ControlLogix PLC实用教程.中国铁道出版社，2015.1

[3]王焕梅.石油化工工艺基础（第二版）.中国石化出版社，2013.2