PLC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 110161）

PLC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 110161）

总结了PLC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。

PLC；气体干燥；梯形图

尾气干燥器是干燥 PTA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[1]。干燥器可以采用可编程控制器（PLC），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。

1 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PLC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Fig.1 Tail gas drying system device configuration

其具体的实现过程如下：

第1步：A塔干燥，B塔离线。

XCV3355及XCV3364处于打开状态，其余阀关闭。

相对上一步阀的动作情况为：XCV3360，XCV3369和XCV3365关闭。

第2步：A塔干燥，B塔降压。

阀的动作情况为：XCV3359打开。

第3步：A塔干燥，B塔再生。

阀的动作情况为：XCV3368和XCV3367打开。

第4步：A塔干燥，B塔升压。

阀的动作情况为：XCV3390打开，XCV3359和XCV3367关闭。

第5步：B塔上线。

阀的动作情况为：XCV3360和XCV3369打开，XCV3390关闭。

第6步：B塔干燥，A塔离线。

阀的动作情况为：XCV3355、XCV3364和XCV3368关闭。

第7步：B塔干燥，A塔降压。

阀的动作情况为：XCV3356打开。

第8步：B塔干燥，A塔再生。

阀的动作情况为：XCV3365和XCV3367打开。

第9步：B塔干燥，A塔升压。

阀的动作情况为：XCV3390打开，XCV3356，XCV3367关闭。

第10步：A塔上线。

阀的动作情况为：XCV3355和XCV3364打开，XCV3390关闭。

当系统执行完第10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PLC的性能价格比我们选择了SLC500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[2]。

2.1 硬件构成

该系统的硬件配置如图2所示。系统以SLC/03中央处理器为核心，内部扩展16K EEPROM存储器；安装了一个通信模块，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[3]；此外机架上还有5个信号输入模块、三个信号输出模块。

图2 系统硬件配置简图Fig.2 System hardware configuration

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PLC的CPU内。编程时采用6200系列6.01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[4]。

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SQO功能块，主程序共有十步[5]。考虑到保障系统的安全性[6]，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，T4:0（RTO）用以延时计数，使T4:0(DN)产生以秒为时间间隔的脉冲。此脉冲经计数器C5:0（CTU）后，使C5:0（DN）产生以5 s为间隔的时间脉冲来驱动当前的计数器C5:1。

当C5:1计数器计满时，C5:1(DN)便产生一脉冲，同时触发 SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)指令顺序发生器，使其发出指令。SQO(#B10:0)发出的指令，送给B11:0-B11:7八个节点，控制其节点的工作状态，从而达到控制现场阀的目的；同时SQO(#N7:0)发送相应的指令给C5:1PRE，改变C5:1中PRESET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[7]。

当系统出现故障时，主程序的第一行中则会有逻辑线圈出现断路，T4:0（RTO）便会停止计数，相应的随后的计数器 C5:0（CTU）、C5:1（CTU），以及程序指令发生器SQO(#B10:0)和SQO(#N7:0)都会停下来。此时通过程序指令发生器 SQO(#B10:0)和 SQO(#N7:0)可以看出在第几步停下来的，通过C5:1（CTU）。

图3 主梯形图Fig.3 Main ladder diagram

便可得出系统故障出现的具体时间。

此外可以通过修改 SQO(#N7:0)中#N7:0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[8]。

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B3/12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，XCV3365、XCV3360、XCV3369和XCV3390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XCV3364、XCV3365、XCV3356和XCV3355这四台阀，除XCV3356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XCV3356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B3/13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XCV3359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XCV3360、XCV3369和XCV3356处于开状态外，其余阀位处于关闭状态。对于左塔而言，XCV3365、XCV3364和 XCV3364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：XCV3355、XCV3365或XCV3364泄漏会引发此故障。此外如果XCV3356或XCV3367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：XCV3360、XCV3369或XCV3368泄漏会引发此故障。

此外如果XCV3359或XCV3367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T4:1/DN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PLC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。

［1］王红星,李建华,赵洪涛,张秀然. 基于PLC的回转式垃圾焚烧炉自动控制系统[J]. 自动化技术与应用, 2005(06):44-46.

［2］王春芳. S7-300PLC在焚烧炉自动控制系统中的应用[J]. 造船技术,2004(04):15-18.

［3］李军,张航,罗大庸. PLC在垃圾焚烧炉控制中的应用[J]. 电气时代,2006(11):96-97.

［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, 2009(01) :106-108.

［5］周永茜,姜克寒.故障安全控制系统H51q/HRS(PES)在苯酚丙酮装置的应用[J].中国仪器仪表,2009(09):262-266.

［6］王永顺,应刚．PLC在焚烧炉安全联锁系统上的应用[J].自动化仪表,2004,25(12):53-55.

［7］李崇志.安全联锁系统设计要点[J].自动化仪表,1985(03):30-32.

［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,2011(1):14-18．

Application of PLC in Tail Gas Drying System

LIU Li
（Liaoning Vocational College of Equipment and Manufacturing，Liaoning Shenyang 110161，China）

Experiences of application of PLC in tail gas drying system were summarized. The characteristics, process and working principle of the system were introduced. The hardware configuration of the system was discussed as well as software programming method of the system. Common faults of the system were analyzed; the logical sequence and method to investigate faults based on the process characteristics were put forward.

PLC; Air-drying; Ladder diagram

TP 273

A

1671-0460（2014）11-2431-04

2014-09-17

刘力（1979-），女，辽宁锦州人，讲师，硕士，2002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。E-mail：lili-smile@163.com。