浅谈化工装置电气自动化控制中PLC技术的应用

顾思雨

摘 要：简要介绍了PLC技术，指出了该技术的应用优势。以化工厂的实际应用案例为依据，阐述了化工装置电气自动化控制中PLC技术的具体应用方法，并提出了应用该技术的过程中需要注意的问题。

关键词：化工装置；电气自动化控制；PLC技术；可编程控制系统

中图分类号：TM76；TM921.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.157

电气自动化控制是当前化工领域用于控制化工装置运行的主要方法，传统电气自动化控制技术具有控制效率低的缺陷。PCL技术的出现，要求将计算机技术与机械技术相结合，通过可编程控制系统实现对机械运行过程的全方位控制，将其用于化工装置的控制过程中，从而有效提高数据的采集和分析效率，控制能力比较强，对提高化工装置运行效率有较大的帮助。

1 PLC技術概述

1.1 PLC技术的原理

PLC（Programmable Logic Controller）技术，又称可编程逻辑控制器技术，目前，主要应用于工业生产过程中，以实现对生产设备运行的控制。PLC技术功能的实现需要以计算机作为支撑，通过采样输入、执行、刷新输出3个环节，完成对工业机械的控制过程。采样输入处于自动化控制的初级阶段，在该阶段，计算机会实现对有关机械运行情况相应数据的采集，通过扫描过程存储和分析数据，从而为自动化控制的实现奠定基础。执行环节，即数据的计算环节。在该环节中，PLC技术会计算收集到的数据，并执行有关指令，实现对机械运行的具体控制。刷新输出属于PLC技术实现自动化控制的最后一步，要求将系统内的信息输出，并实现对机械设备的全方位管理。

1.2 PLC技术的优势

PLC技术的优势主要体现在以下3个方面：①效率高。PLC技术具有效率高的优势，相对于传统控制技术而言，该技术具有更加强大的功能，可通过计算机功能的发挥实现对机电设备的集中化管理。与传统管理方法相比，可使控制效率得到大大提升。②操作简单。PLC技术指令的发出相对简单，工作人员可及时获取并了解指令要求，以实现对系统的操作。另外，PLC技术的应用同样实现了对人工控制机械的替代，在提高了机械控制效率的基础上，提高了机械控制的便利性。③功能多样化。PLC技术主要包括顺序控制和数据采集2项关键技术。在应用该技术的前提下，计算机可以有效实现对机电设备运行有关数据的采集，通过相应计算全面了解机械的运行顺序，一旦某一环节出现错误，系统会自动发出停止信号，抑制设备的运行。这对于设备性能的保护有极其重要的价值。

2 化工装置的电气自动化控制

2.1 化工装置的特点

化工装置的特点主要体现在危险性高、复杂性强、对操作的灵活性要求高3个方面。

危险性高是化工装置的主要特点。在化工厂生产过程中，化工设备和管道中有毒有害的物质相对比较多，且比较容易燃烧和爆炸；再加上气体必须经过处理后使用，进一步提高了化工装置的危险性。受其影响，在化工装置自动化控制的过程中，控制技术必须具有精确度高的特点，且必须受到保护，以免发生爆炸等事故，确保化工生产能够安全进行。

复杂性强同样是化工装置的主要特点。不同化工产品对于化工装置性能的要求不同，装置必须能够与产品的要求相适应，具备种种特性，才能够满足化工生产的要求。受其影响，化工装置的复杂性极大提升，对于自动化控制设备性能的要求也随之提高。在工作过程中，对化工装置灵活度要求高是指，化工装置的操作必须具有灵活性，要保证动作能够尽快完成，以避免延误生产。

2.2 电动机控制

自动化控制系统主要包括主电路和控制电路2大部分，两者的构成情况存在差异。主电路一般由断路器、接触器等构成，同时包括与之相配套的元件。主电路的功能在于实现对电动机的开关或正反转的优化控制，使之功能能够正常发挥，避免发生故障。控制电路主要包括继电器和接触器。这些部分的功能相互衔接，可构成控制逻辑，最终实现对生产的整个流程的控制。在生产过程中，为了实现对化工装置的保护，电动机一般为连锁控制，控制方法以集中控制和就地控制2种为主。集中控制即统一控制不同的化工装置。在这种控制方法下，由于所需控制的设备比较多，因此，控制人员往往需要在控制室中执行操作。但是，就地控制与集中控制的控制方法恰恰相反。这2种控制方法对于操作人员专业技能的要求比较高，且必须保证控制具有灵活性，控制难度比较大。将PLC技术应用到电气自动化控制过程中，是解决这些问题的主要途径。

3 PLC技术的应用

3.1 PLC技术应用的环境控制

PLC技术的应用，对于温度、湿度、震动和空气的要求都比较高，所以，应从这些方面入手控制技术的应用环境。

3.1.1 对环境温度的控制

温度过高或过低都会影响PLC技术的实现。实践经验表明，将环境温度控制在0～55 ℃的范围内，对于技术功能的实现最有利。考虑到PLC技术的特点，在工作过程中，避免将PLC设备安装在与电气元件过近的位置，避免电气元件散热影响设备的使用性能。所以，需将其安装在通风位置，保证设备自身的散热性能。PLC设备包括扩充单元和基本单元2部分。为了避免设备温度过高，应将2部分隔离开来安装，保持30 mm的距离较为适宜。如果在设备运行过程中发现其温度已经超过了55 ℃，必须及时通风散热，避免设备发生故障。

3.1.2 对环境湿度的控制

PLC设备对于环境湿度的要求比较高，比如湿度过大，会影响设备的绝缘性能，增加设备的运行与故障风险。将环境湿度控制在85%以下，可在一定程度上保证设备的绝缘性能，同时，可更好地发挥其性能。在此需要注意的是，PLC设备所处的环境要保证无凝露，这一点十分重要。

3.1.3 对环境震动的控制

部分化工装置运行时容易产生震动，如果震动过大，会影响PLC设备的性能。因此，设备要远离震动源而设置，避免将设备置于10～55 Hz的震动范围内。除此之外，如果周围环境震动达不到要求，则可采取震动胶等减震措施，减轻震动对PLC设备性能的影响。

3.1.4 对环境空气的要求

PLC设备所处的环境要避免氯化氢、硫化氢等气体的存在。在化工生产领域，这些气体量相对较大，因此，必须做好环境气体的控制工作，避免设备受到腐蚀而降低其使用性能，缩短使用寿命。除此之外，还要避免环境粉尘量过大。鉴于此，可将PLC设备安装在控制柜中，将其与外界隔离，并采用空气净化装置，净化其所处环境的空气，避免设备腐蚀等问题的发生。

3.2 PLC技术的应用实例

以实际案例为依据，详细分析了化工装置电气自动化控制中PLC技术的具体应用方法。

3.2.1 应用概况

在考虑自身规模的基础上，某化工厂将PLC设备应用到了自动化控制中。该化工厂的某套化工装置共包括11台电动机，对于不同电动机，在时序和顺序方面均有固定的设置，主要包括正常开车、正常停车、事故停车3种。

3.2.2 PLC选型

为了保证PLC技术的应用具有灵活性，对CPU等进行了优化设计。该化工厂中，PLC系统的CPU主要由集成电路和微处理器2部分构成。前者的数量为2个，后者的数量为1个。后者的功能在于实现对编程器接口模板功能的替换，同时，确保CPU可以正常运行，保证自动化控制功能的正常实现。

3.2.3 PLC配置

该化工厂PLC主要是由电源模板、处理单元、输入输出口、接口模板、底板5部分构成的。电源模板的功能在于为系统的运行提供足够的电力资源作為支撑；处理单元的功能是提取系统中的数据，并计算和处理数据；输入输出口的功能是输入或输出系统对装置功率和电压等参数的设计，实现对有关数据的接收和转换；接口模板的功能是为机架提供接口；底板的功能是固定设备。

3.2.4 故障的分析与处理

在PLC技术的应用过程中，其主机系统发生故障的概率比较高。实践表明，主机系统的故障一般集中发生在电源系统中。由于需要连续控制化工装置，电源必须不间断运行。长期使用，散热效果逐渐下降，最终导致故障发生。为了解决这些问题，保证环境通风是十分必要的。另外，系统总线的损坏也属于常见故障之一。总线损害一般体现在塑料老化和接触点氧化等方面。一般情况下，塑料老化是由使用时间过长引起的；而接触点氧化与环境有关，应加强对空气、灰尘和紫外线的控制，降低总线发生故障的概率，延长总线的使用寿命。

3.2.5 应用优势

用PLC技术替代人工控制实现对化工装置的自动化控制后，可以有效减少化工厂对于人力资源的需求量。这对于其人力资源成本的节约能够起到一定的促进作用，且对其经济效益的提升比较有利。除此之外，PLC技术的应用还有效降低了安全事故发生的概率，提高了化工生产的安全水平。从化工厂的角度看，这样做，对其信誉和形象的提升较为有利。

4 应用PLC技术的注意事项

在化工装置电气自动化控制中，应用PLC技术需要注意以下3个问题：①设备维护问题。PLC设备对环境有较强的敏感性，一旦环境中某一指标出现问题，设备故障便很容易发生。对此，在控制好其运行环境的基础上，必须加强对设备的维护，在固定时间检修设备，确保其性能正常，延长其使用寿命，同时，降低化工生产过程中发生事故的概率。②控制人员技能问题。PLC技术的应用可以有效提高化工装置的自动化控制水平，但是，对计算机的控制仍需人工来完成。对此，在工作过程中，必须保证控制人员具备较高的理论素质和较丰富的实践经验，提高自动化控制的效率，避免事故的发生。③加强管理。在工作中，从管理的角度入手，提高化工装置电气自动化控制中PLC技术的应用水平。管理应包括环境管理、设备管理、人力资源管理等，以提高管理水平，为PLC技术的应用奠定坚实的基础。

5 结束语

综上所述，自动化控制技术的应用，是提高化工装置工作效率和规范性的主要途径，对化工厂的正常运行有非常重要的意义。将PLC技术应用到化工装置电气自动化控制过程中，可以有效简化继电器逻辑，提高其运行的可靠性，降低化工厂的生产成本，优势十分显著。

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〔编辑：白洁〕