PLC在尾气干燥系统中的应用.pdf

第 4 3卷第 1 1期 2 0 1 4年 1 1月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 3． O ． 11 N o v e m b e r ， 2 0 1 4 P L C在尾气干燥 系统 中的应用 刘 力 辽宁装备制造职业技术学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 1 摘 要总结了P L C在尾气干燥系统中的应用经验 ，较详细地介绍了系统的特点、工艺、工作原理。对系 统硬件构成和软件的具体编程方法进行了详细的阐述。分析了系统运行可能出现的常见故障，给出了程序按工 艺特点进行排查故障的逻辑顺序和方法。 关键词P L C ；气体干燥 ；梯形图 中图分类号T P2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 41 1 - 2 4 3 1 0 4 Ap pl i c a t i o n o f PLC i n Ta i l Ga s Dr y i n g S ys t e m LI U Li Li a o n i n gVo c a t i o n a l Co l l e g e o f E q u i p me n t a n dMa n u f a c t u r i n g ，Li a o n i n g S h e n y a n g 1 1 0 1 6 1 ，Ch i n a Abs t r a c t E x p e rie n c e s o f a p p l i c a t i o n o f P LC i n t a i l g a s d r y i n g s y s t e m we r e s u mma r i z e d ． T h e c h ara c t e r i s t i c s ， p r o c e s s an d wo r k i n g p ri n c i p l e o f t h e s y s t e m we r e i n t r o d u c e d ． Th e h a r d ware c o n fig u r a t i o n o f t h e s y s t e m wa s d i s c u s s e d a s we l l a s s o ft - ware p r o g r a mmi n g me t h o d o f t h e s y s t e m． Co mmo n f a u l t s o f t h e s y s t e m we r e a n a l y z e d ； the l o g i c a l s e q u e n c e an d me tho d t o i n v e s t i g a t e f a u l t s b a s e d o n the p r o c e s s c h a r a c t e r i s t i c s we r e p u t f o r wa r d ． Ke y wo r d s P LC； Ai r - d r y i n g ； L a d d e r d i a gra m 尾气干燥器是干燥 P T A 化工装置生产过程 中 的潮湿氮气的设备。通过此装置可将潮湿的氮气干 燥，以达到应用指标。此干燥装置的平稳运行在系 统 中起着至关重要 的作用 。干燥器可 以采用可编 程控制器 P L C ， 大大提高了生产的自 动化和安全 性。此系统具有可靠性高、灵敏性强、设计安装简 单、维修方便等优点。 l 系统概况 1 ． 1 尾气干燥 系统的工作原理 湿润的气体在高压作用下，气体的体积会相对 减小 ，其湿度会增大，此时通过干燥剂 ，其中大部 分的水分会被干燥剂吸去，这样就实现了气体的干 燥过程。吸足水分 的干燥剂在相对低压的环境的情 况下 ，其中的水分则会析出，再用干燥过 的气体吹 扫，其中的水分就可被彻底 的除去 ，从而实现了干 燥剂的再生。 此气体干燥系统由主要由两个干燥塔构成。对 于每一个干燥塔来说 ，其工作主要分为两个阶段 1 对气体的干燥； 2干燥剂的再生。 正常工作时两个干燥器同时工作，一个用于气 体干燥 ，另一个则用于干燥剂的再生。此外由于干 燥剂的再生需要一相对低压环境 ，为了防止打碎干 燥剂 ，干燥剂在再生前有一个 降压过程 。干燥剂 的 干燥则要在相对高压的情况下进行，故在干燥剂再 生结束后用于干燥气体前又有一个升压过程。 1 ． 2 尾气干燥系统 的工艺实现过程 尾气干燥系统是一个运用 P L C来实现的 自动控 制系统，主程序主要由十步构成，现场装置结构图 如图 1所示。 图 1 尾气干燥系统的装置结构 F i g ． 1 Ta i l g a s d r y i n g s y s t e m d e v i c e c o n fi g u r a t i o n 其具体的实现过程如下 第 1 步 A塔干燥 ，B塔离线。 X C V 3 3 5 5及 X C V 3 3 6 4处于打开状态，其余阀 关闭。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 9 一I 7 作者简介 刘力 1 9 7 9 一 ，女，辽宁锦州人，讲师，硕士，2 0 0 2 年毕业于沈阳化工学院 自动化专业，研究方 向计算机控制系统研究。F ． - m a i l l i l i s mi l e 1 6 3 ． C O m。 2 4 3 2 当 代 化 工 2 0 1 4 年 l 1月 相 对 上 一 步 阀的 动 作 情 况 为 X C V 3 3 6 0， X C V 3 3 6 9和 XC V 3 3 6 5关闭。 第 2 步A塔干燥，B塔降压。 阀的动作情况为X C V 3 3 5 9 打开。 第 3步A塔干燥 ，B塔再生。 阀的动作情况为 X C V 3 3 6 8和 X C V 3 3 6 7打开。 第 4 步A塔干燥，B塔升压。 阀的动作情况为 X C V 3 3 9 0 打开， X C V 3 3 5 9和 XC V 3 3 6 7关闭。 第 5步B塔上线 。 阀的动作情况为 X C V3 3 6 0和 X C V 3 3 6 9打开 ， XC V 3 3 9 0关闭。 第 6 步B塔干燥，A塔离线。 阀 的动 作 情 况 为 X C V 3 3 5 5、X C V 3 3 6 4 和 X C V 3 3 6 8 关闭。 第 7步B塔干燥 ，A塔降压。 阀的动作情况为X C V 3 3 5 6 打开。 第 8 步B 塔干燥，A塔再生。 阀的动作情况为 X C V 3 3 6 5 和 X C V 3 3 6 7 打开。 第 9 步 B塔干燥 ，A塔升压。 阀的动作情况为X C V 3 3 9 0 打开，X C V 3 3 5 6 ， X C V 3 3 6 7关闭。 第 1 0步A塔上线。 阀的动作情况为XC V 3 3 5 5和 X C V 3 3 6 4打开 ， X C V 3 3 9 0关闭。 当系统执行完第 1 O步后会自动跳转到第一步， 从而使系统完成对阀的顺序逻辑控制。 1 ． 3 工艺说明 此尾气干燥系统工作时 ，始终有一个塔处于干 燥状态 ，一个塔处于干燥剂的再生状态。即尾气的 干燥时间与干燥剂的再生时间大致相当，此时间的 长短可由程序设定。催化剂的再生时间不应太长 ， 如果太长则意味着另一塔 中的干燥剂被过长时间的 使用，那样则会使另一塔中的干燥效果大大降低， 进而也会影响本塔中干燥剂的再生质量，最终会导 致整个系统的干燥效果下降。如果催化剂的再生时 间过短则会直接导致再生干燥剂的干燥质量下降 ， 从而直接导致系统的干燥效果不佳 。系统的干燥时 间和再生时间主要由所要干燥气体的湿度及干燥后 气体的指标决定，一般通过现场实验确定。为使系 统干燥效果达到最佳，系统地干燥和催化剂的再生 时间的确定 比较关键。 2 系统的构成 根据系统所要实现的功能并考虑到各种品牌的 P L C的性能价格 比我们选择了 S L C 5 0 0型可编程控 制器。该机型具有编程简单 、 维护方便 、功能较强 、 抗干扰能力好、通信连网方便等优点Ⅲ 。 2 ． 1 硬件构成 该系统的硬件配置如图 2所示。系统以 S L C ／ 0 3 中央处理器为核心，内部扩展 1 6 K E E P R O M存储器 ； 安装了个通信模块， 用来与上位机通信， 通讯模块 与中央处理器集成在一起， 集成块上还有备用电池， 当系统掉电时保证硬件中的程序不丢失p ；此外机架 上还有5 个信号输 模块、 三个信号输出模块。 C P U 和 通讯 输 输 输 输 输 输 输 输 电源 卡 的 入 入 入 入 入 出 出 出 备 备 集成 模 模 模 模 模 模 模 模 用 用 卡件 块 块 块 块 块 块 块 块 图 2系统硬件配置简 图 Fi g ． 2 S y s t e m h a r d wa r e c o n fig u r a ti o n 2 。 2程序设计 2 ． 2 ． 1 编程方法 系统编程在上位机内完成， 并写入 P L C的 C P U 内。编程时采用 6 2 0 0系列 6 ． 0 l软件 ，该软件提供 了一个完整的编程环境 ，可以进行离线编程和在线 连接、调试、下装等功能 。 2 ． 2 ． 2 程序说 明 系统程序的编写采用了梯形图语言。程序在编 写时主程序段采用了指令顺序发生器 S Q O功能块， 主程序共有十步 。考虑到保障系统的安全性嘲 ， 程 序中配有监控及重要故障的报警程序， 如图 3 所示。 系统的主程序主要按工艺流程完成对十台阀的 时序逻辑控制 ，以完成对左塔和右塔轮流干燥和催 化剂再生的控制过程 。 系统正常工作时， T 4 0 R T O 用以延时计数， 使 T 4 0 D N 产生以秒为时间间隔的脉冲。此脉冲经 计数器 C 5 0 C T U 后，使 C 5 0 D N 产生以5 s 为间隔的时间脉冲来驱动当前的计数器 C 5 1 。 当 C 5 1 计数器计满时， C 5 I D N 便产生一脉冲， 同时触发 S Q O B 1 0 0 和 S Q O N 7 0 指令顺序发生 器， 使其发出指令。 S Q O B I O O 发出的指令， 送给 B 1 1 0 一 B 1 1 7 八个节点， 控制其节点的工作状态， 从 而达到控制现场阀的目的；同时 S Q O N 7 0 发送相 应的指令给 C 5 I P R E ，改变 C 5 1 中P R E S E T的值， 从而实现了控制下一步的运行时间。 当系统执行完第十步后顺序指令发生器会自动 地继续从第一步开始， 从而使系统完成了对阀的顺 序逻辑控制及连续控制 。 当系统出现故障时，主程序的第一行中则会有逻 第 4 3卷第 1 1期 刘 力P L C在尾气干燥系统中的应用 2 4 3 3 辑线圈出现断路，T 4 0 R T O便会停止计数，相应 的随后的计数器 C 5 0 C T U 、C 5 1 C T U ，以及程 序指令发生器 S Q O B 1 0 0 1 s Q O N 7 嘶 新来。 此时通过程序指令发生器 S Q O B I O O 和 S Q O N 7 0 可以看出在第几步停下来的，通过 C 5 1 C T U o I 1 B3 R 丁41 1 1 ， f 1 j f R E T E l l “iq V E T IME RO 14 0 1 2 1 3 DN T蹦 腿T 4 0 TI M E R B AS E n nl P RE S E T i 0 0 A CC UM 2 7 T 4 0 J L C 0UN T U P DN C OUm n P R E S E T 5 ACC U M 2 C5 0 J L c 。UNrU P DN C OUN TE 1 P R E s 盯 1 2 A CC UM 2 J L J L S E Q0E N CE R 0 DN F 1 l e 把 1 0 0 M∞k 0 0 F F D e s t i n a t ion B1 1 0 Co n l ml R6 0 L e n g t h 1 0 P i t i o n 9 s E ∞ ＆ F i l a q T 0 M毗 F F FF Da s t i a a t i o n C5 1 PRE Co n t ml R6 1 hn g I h 1 n P 0 ion 9 图 3 主梯 形图 F i g ． 3 M a i n l a d d e r d i a g r a m 便可得出系统故障出现的具体时间。 此外可以通过修改 S Q O N 7 0 中 N 7 0中的数 值便可设定系统的干燥及干燥剂的再生时间。根据 第一行中出现的断路的逻辑线圈便可以迅速判定系 统的故障类型喁 。 综上 可知 ，此软件系统使为装置平稳安全运行 提供 了可靠性的保证 ，为系统 的维护许多方便。 3 系统的常见故障与分析 此干燥系统的主要常见故障有 升压故障、降 压故障和阀位故障。 3 ． 1 升压故障 升压过程位于干燥剂再生完成后 ，干燥塔用于 干燥气体前的准备过程。如果塔压升不上去，将会 直接影 响气体的干燥效果 。塔升压故障，也会导致 系统停止运行。 3 ． 1 ． 1 左塔升压故障 在程序中节点 B 3 ／ 1 2 将带电断开，系统停止向 下运行。 常见故障原因用于测量升压信号的压力测量 点出现故障引起 的系统误动作 。 如果压力测量无误，结合工艺条件分析当左 干燥塔升压时，X C V3 3 6 5 、X C V 3 3 6 0 、X C V 3 3 6 9和 X C V 3 3 9 0处于开状态 ，其余 阀关闭。如果在升压报 警中没有阀位报警，很大情况下说明阀体执行了动 作，主要的故障原因很大程度上是由于阀体漏气造 成的。 分别考虑与左塔相连的 X C V 3 3 6 4 、 X C V 3 3 6 5 、 X C V 3 3 5 6和 X C V 3 3 5 5这四台阀，除 X C V 3 3 5 6所连 接的管线较高压的塔压低外 ，其余 三台阀所连管线 都不低于塔压 。所以在左塔升压时出现报警很多时 候是由X C V 3 3 5 6阀体执行机构密封度不好造成的。 3 ； 1 ．2 右塔升压故障 在程序中节点 B 3 ／ 1 3 将带电断开，系统停止向 下运行。常见故障原因 1 用于测量升压信号的压力测量点出现故障 引起的系统误动作。 2检查阀 X C V3 3 5 9是否泄漏 ，原 因与左塔 情况相 同。 3 ． 2 降压故障 降压故障分为左塔降压故障和右塔降压故障， 此时会引发系统报警。 3 ．2 ． 1 左塔降压故障 常见故障原 因塔压测量有误 ，引起系统的误 报警。 如果结合现场仪表，发现压力测量无误。此时 结合工艺分析可知， 此时除 X C V 3 3 6 0 、 X C V 3 3 6 9 和 XC V 3 3 5 6处于开状态外 ，其余阀位处于关闭状态。 对 于左塔 而言 ，XC V 3 3 6 5 、X C V 3 3 6 4和 X C V3 3 6 4 都与高压管线相接，其中任何一个阀泄漏都会出现 低压报警的故障。故可能的原因为X C V 3 3 5 5 、 X C V 3 3 6 5或 XC V 3 3 6 4泄漏会引发此故障。此外如 果 X C V 3 3 5 6或 X C V 3 3 6 7动作不到位 ，未达到全开 程度阻碍泄压 ，也会造成系统 的降压报警。 3 ．2 ．2 右塔降压故障 常见故障原因塔压测量有误，引起系统的误 报警。 如果结合现场仪表，发现压力测量无误。此时 结合工艺分析 ，与左塔降压故障同理可知 ，可能的 原 因为XC V 3 3 6 0 、X C V3 3 6 9或 X C V 3 3 6 8泄漏会 引发此故障。 下转第2 4 3 6 页 化 工 2 0 1 4年 l 1月 扫， 当平台出口端空气露点达到要求时， 停止吹扫。 海管氮气惰化 目的是将管中的氧气置换出去 ， 以免发生爆炸的危险。氮气惰化后要求海管出口含 氧量小于 2 ％， 惰化合格后，海管需要升压保存。 2 ． 1 0 新管线的保护和废弃管线回收 为保证新管线安全正常运行 ，需对膨胀弯 的连 接处用水泥压块保护，将悬空部位用沙袋填平 ，并 用碎石和散沙对海管进行填埋 ，以防海水冲刷和船 锚对海管的损伤。 废弃管线回收之前， 要先进行吹泥， 要求暴露 整条废弃管线 ，然后利用铺管船进行回收。回收的 管线一般在节点处切割成一定长度的管段 ，放置到 船上。 3 结 论 1 在管道铺设时，考虑到海上施工难度大 、 成本高、容易受天气影响，可以在陆地上预制部分 接长管，并做无损探伤检查，这样可以缩短海上作 业时间，降低成本。 2 在原管线清洗之后 ，需要对清洗效果进 行检测 ，测量排出海水的含油量 ；由于油的密度 比 水小会漂浮在表面，所以建议在取样时最好从污水 上部取。 3在平管起 吊时 ，要选择至少是 2 4 h风很 小的天气来进行作业 ，在起吊过程 中要按照计算和 现场情况缓慢进行 ，起 吊成功以后要在保证质量的 前提下，尽快焊接法兰并完成射线探伤，最后平稳 将管头放入水中；以免管道长时间悬空造成缺陷。 4膨胀弯预制的好坏关键是看水下数据 的 测量，现在一般都采用法兰测量仪来测量角度和长 度；如果角度有偏差可以通过修焊口来调整，但是 一 般一个焊 口修 的角度不超过 2 。 。 4 结 语 本文在总结工程实践的基础上 ，对海底管道跨 越航道停输改线方法进行 了研究 ，并且对关键步骤 重点介绍 。对今后类似工程提供了宝贵的建议， 具有一定的参考价值。 参考文献 [ I ]潘东民，刘楚．海底管道改线连接技术的开发和应用 [ c ] ． 第十三届 中国海洋 岸 工程学术讨论会论文集， 2 0 0 7 ． [ 2]王望金耙 吸式挖泥船施工工艺及管理[ J ] ． 中国水运，2 0 0 7 ， 9 6 4 6 4 7 ． [ 3 ]刘楚， 张智新， 刘极莉．海底管道跨越航道改线方法综述 lJ 1． 中国水 运r F 半月 ，2 0 1 3 ，1 3 2 2 4 5 - 2 4 8 ． [ 4 ] 朱绍华， 魏行超， 刘勃．使用法兰测量仪进行海底管线膨胀弯测量 技术研究与应用[ J ] ． 中国海上油气，2 0 0 8 ，2 0 5 3 4 2 3 4 4 ． [ 5] D N V 一 1 9 8 1 R u l e s f o r s u b m a r i n e p i p e l in e s y s t e m [ S ] ． [ 6] D N V O S F 1 0 1 2 0 1 2 S u b ma r i n e p i p e l i n e s y s t e m s [ S ] ． [ 7] A S ME B 3 1 ． 4 - 2 0 0 2 P i p e l i n e T r a n s pe a t i o n s y s t e ms f o r L i q u i d H y d r o c a r b o n s a n d O t h e r L i q u i d [ S ] ． 上接 第 2 4 3 3页 此外如果 X C V 3 3 5 9或 XC V 3 3 6 7动作不到位 ， 未达到全开程度阻碍泄压，也会造成系统的降压报 警 。 3 ． 3 阀位故障 程序在执行过程中控制阀动作 ，如果阀没有在 给定的时间内动作或动作不到位，程序将延时一段 时间，如果在延时时间内仍不能到位 ，主程序中 T 4 1 ／ D N节点断开使系统停止运行。常 见故障 原因 1 阀位开关出现故障。 2 阀体被干燥剂卡住不能执行到位。 4 结束语 该 P L C自动控制系统自改造以来， 运行状态良 好 ，保障了尾气干燥系统的安全平稳运行 ， 取得了 可观的经济效益和巨大的社会效益。 参考文献 [ 1 ] 王红星， 李建华，赵洪涛， 张秀然． 基于 P L C的回转式垃圾焚烧炉 自动 控制系统[ J ] ．自动化技术与应用， 2 0 0 5 0 6 4 4 - -4 6 ． [ 2]王春芳． s 7 3 0 0 P L C在焚烧炉 自动控制系统中的应用川．造船技 术，2 0 0 4 0 4 1 5 1 8 ． [ 3]李军， 张航， 罗大庸． P L C 在垃圾 焚烧炉控制中的应用[ J 】 ．电气时 代，2 0 0 6 1 1 9 6 9 7 ． [ 4 ]魏智勇， 张勇．低压电器试验监控系统设计与通用监控平台开发[ J 】 ． 电气时代。 2 0 0 9 0 1 1 0 6 1 0 8 ． [ 5 ]周永茜， 姜克寒． 故障安全控制系统 H5 l q ／ H R S P E S 在苯酚丙酮装置 的应用m_ 中国仪器仪表，2 0 0 9 0 9 2 6 2 2 6 6 ． [ 6]王永顺，应刚．P L C在焚烧炉安全联锁系统上的应用f J 】 ． 自动化仪 表， 2 0 0 4 ，2 5 1 2 5 3 5 5 ． [ 7] 李崇志． 安全联锁系统设计要点叫． 自动化仪表， 1 9 8 5 0 3 3 0 3 2 ． [ 8]方鹏迪， 孙小方， 陈武， 赵杰夫，潘海天．安全控制系统发展概述及其 可靠性提高的研究现状[J ] _工业仪表与 自动化装置， 2 0 1 1 1 1 4 1 8 ．