基于三菱PLC技术的加热反应炉自动控制

湖南商务职业技术学院电控系 罗及红

引言

可编程控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程和使用方便等特点，近年来在工业自动控制、机电一体化以及改造传统产业等方面得到了广泛的应用，被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之首[1]。本论文针对加热反应炉的实际控制要求，运用三菱PLC技术中的经验设计法，在I/O分配的基础上，将整个加热炉实际控制系统分解为进料、加热和泄料三个部分[2]，进行PLC梯形图程序设计和程序功能分析。

1.工作示意图（见图1）

2.关于模拟量输入的说明

在加热炉控制系统中，对于温度点和压力点的检测，虽然可以如本论文使用带开关量输入的温度、压力传感器来完成，但如果检测点很多，或者是需要根据温度、压力的变化经常调整检测点，就要用很多开关量的温度、压力传感器，占有很多的输入点，安装布线都不方便。所以，就要将温度、压力传感器转换成连续变化的模拟量，再采用PLC控制，控制性能就可以得到极大的改善[1]。

温度控制原理如下：通过电压加热电热丝产生温度，温度再通过温度变送器变送为电压。加热电热丝时根据加热时间的长短可产生不一样的热能，这就需用到脉冲。输入电压不同就能产生不一样的脉宽，输入电压越大，脉宽越宽，通电时间越长，热能越大，温度越高，输出电压就越高[2]。压力控制原理与此类似。

图1 加热反应炉的工作示意图[3]

图2 PID控制示意图

图3 加热反应炉的程序梯形图

PID闭环控制：通过PLC+A/D+D/A实现PID闭环控制，控制示意图如以下2所示。比例，积分，微分系数取得合适系统就容易稳定，这些都可以通过PLC软件编程来实现[3]。

3.控制要求

3.1 进料控制

当下液面、炉温和炉内压力都小于给定值时，打开排气阀和进料阀；当液面上升到位时，关闭排气阀和进料阀；延时20s，打开氮气阀，使氮气进入炉内，增大炉内压力；当炉内压力上升到给定值时，关闭氮气阀，进料过程结束[4]。

3.2 加热反应控制

表1 加热反应炉的I/O分配表

进料结束时，炉内温度肯定低于要求值，此时接通加热炉电源；当温度达到要求值后，切断加热电源；维持保温状态10分钟。

3.3 泄放控制

保温10分钟后，打开排气阀，使炉内压力逐渐降到起始值；维持打开排气阀，并打开泄料阀，当炉内液面下降到液面以下时，并闭泄料阀和排气阀，系统恢复到原始状态，重新进入下一个循环。

4.I/O分配（见表1）

5.程序梯形图（见图3）

6.程序功能分析

6.1 进料控制

检测下液面X1、炉温X2和炉内压力X4是否小于给定值（逻辑均为0），即输入点X1、X2和X4是否都处于断开状态，若是则维持打开排气阀Y1和进料阀Y2；当液面上升到位使X3常闭分断，关闭排气阀Y1和进料阀Y2，并开始延时，20s之后打开氮气阀Y3，使氮气进入炉内，增大炉内压力；当压力上升到给定值时（X4=1），X4常闭分断，关闭氮气阀Y3，进料过程结束。

6.2 加热反应控制

进料结束时，炉内温度肯定低于要求值（X2=0），X4常开闭合，接通加热炉电源Y5；当温度达到要求值（X2=1）后，X2常闭分断，切断加热电源Y5，但当温度下降后（X2=0）后，X2常闭又复位，又接通加热炉电源Y5，如此反复通断加热炉电源Y5，维持保温状态10分钟（即在此时间里，炉温实现通断控制，保持X2=1）。

6.3 泄放控制

保温10分钟后，辅助继电器M100线圈得电，M100常开闭合，打开排气阀Y1，使炉内压力逐渐降到起始值X4=0；维持打开排气阀，并打开泄料阀Y4，当炉内液面下降到液面以下时（X1=0），并闭泄料阀Y4和排气阀Y1，系统恢复到原始状态，重新进入下一个循环[5]。

结束语

以上加热反应炉PLC程序经过上机模拟调试，与实际控制要求完全一致，方便实用。在程序设计上，本系统还可采用PLC基本指令编程法或PLC步进指令编程法[6]，但没有以上经验设计法精简。另外，由于论文篇幅原因，没有绘制本系统的外部接线图，读者可对照I/O分配表进行设计（输入接PLC内部工作电源，输出接外部负载工作电源）。

[1]孙振强,王晖,孙玉峰.可编程控制器原理及应用教程[M].清华大学出版社,2008(1).

[2]杨国太,陈玉.基于PLC的数控焊接机研制[J].新技术新工艺,2007(5):33-35.

[3]胡学林.可编程控制器教程(实训篇)[M].电子工业出版社,2004,168.

[4]代尚方,刘毅.基于PLC与mcgs的加热反应炉控制系统设计[C].中国矿业大学,2010(2).

[5]王少华,刘晓魃.电气控制与PLC应用[M].中南大学出版社,2008,226.

[6]陈志勇,刘春生.远红外加热反应炉的设计[J].河南化工,1988(2).