水力除焦控制系统设计

王维艳

(北方工业学校，辽宁 盘锦 124021)

石油化工厂延迟焦化装置的水力除焦系统的除焦方式大多为井架水力除焦，水力除焦系统主要以高压水泵为核心，综合了除焦控制阀、泵阀、塔阀及切焦头等设备，和供水、供油系统，协调动作运行和通信。在此，笔者以PLC为控制核心，为辽宁华锦化工集团延迟焦化装置的水力除焦系统设计控制系统，重点介绍其硬件结构和软件流程。

1 水力除焦PLC控制系统①

用于水力除焦的控制系统的控制对象相对较少，控制过程也相对简单，但现场的工作环境恶劣，对安全生产的要求很高。化工厂对除焦设备的可靠性有着更高的要求，因此笔者选用本质安全的PLC器件，作为本系统的控制核心。PLC在结构上有整体密封或插件组合式，采取了抗干扰措施，具有很高的可靠性，并且安装简便、维护量

少、通用性强且性价比较高。以PLC为核心设计水力除焦控制系统，为解决延迟焦化装置的除焦问题，提供了一种有效的解决方法。综合本延迟焦化装置的结构特点，笔者选用了单一式PLC。

2 系统结构

水力除焦控制系统的结构如图1所示，由于本系统的监控系统不是很复杂，考虑到性价比，选择由AB公司的PLC以及相应的指示灯、监视器、按钮、开关组成的一个主控制盘，39m的操作平台配备了3个控制盘作为操作员现场监控设备，控制盘的主要功能是以手动操作为主的。通过PLC和控制盘完成对整个水力除焦过程的全面控制，提高了系统运行的效率和可靠性。这种结构易于扩展，可移植性较好，具有较高的性价比，适用于化工企业延迟焦化装置的水力除焦控制系统。

图1 基于PLC的水力除焦控制系统的结构

本系统为监控一体化。控制盘是单一控制系统PLC与用户进行信息交换的设备，为运行操作人员提供就地操作状态界面，实现对生产过程的控制。

3 硬件

本延迟焦化装置有6台焦炭塔，焦炭塔高30m，焦炭塔顶平台为39m，井架高78m。系统主要由高压水泵、泵阀、除焦阀(三位阀)、塔阀、卷扬机、钻杆、风动水龙头、除焦器、储水罐及焦炭塔等组成。高压水泵是整个除焦系统的核心，通过电机带动水泵运转，使水升压，达到除焦要求，它由电机、润滑油泵、水泵及相关管线等组成；高压水泵是多级离心泵。除焦阀是整个除焦系统的另一个核心设备，通过它能使水压满足满流、予充满和旁路3种状态。泵阀和塔阀都属于切断阀，处于开或关状态，开关信号是通过接近开关来提供给PLC的。水力除焦系统的卷扬机由变频器间接控制，通过卷扬机实现钻杆的上下移动，进行除焦作业。钻杆、风动水龙头和除焦器组合为一体，对焦炭塔内/外进行除焦。储水罐里的水用于除焦使用。除焦过程中，储水罐中的除焦水通过高压水泵加压，打到焦炭塔的平台，依次进入高压胶管、风动水龙头和钻杆，最后引至水力钻孔除焦器，通过卷扬机的上升和下降从除焦器喷出，在焦炭塔内进行除焦。

3.1 PLC的I/O点数估算

本系统中数字量输入(DI)包括：11个按扭、6个开关、75个状态信号，共92个输入信号。8个电磁阀，高压水泵两台，卷扬机允许上升和下降且为数字式输出，共44个，增加裕量后，取I/O总点数195个作为估算值，这个估算值是PLC选型的主要技术依据。

3.2 存储器容量估算

常用存储器容量估算公式为：所需存储器容量(KByte)=(1.1～1.25)×(DI×10+DO×8+AI/O×100+T×2+C×300)/1024，其中DI为数字量输入总点数；DO为数字量输出总点数；AI/O为模拟量I/O通道总数；T为定时器/计数器；C为通信接口数。根据此估算公式计算得出本系统的存储容量为1.99KByte。

4 软件

系统的软件部分为手动模块和自动模块，负责从上层处理器和输入模块取得工作参数，控制电气设备运行。本水力除焦系统系统中，首先在软件上设置手动部分，即当参数出现错误或报警时，由人工进行手动操作；另一方面，系统还通过硬件设计，可以不通过软件进行手动操作，体现了系统的可靠性。

根据水力除焦系统运行流程的要求，PLC实现：自动模式、手动模式的功能和无扰切换，并在有故障报警时实现联锁保护功能。

在前文的输入点估算中，没有考虑到手动时还应有6个泵阀和塔阀的输入信号共12个，加在一起应有104个输入点。但在实际的设计中，利用手动、自动程序的输入信号不同，把输入点进行手动、自动切换，节省了12个输入点，其输入点仍为92个。

在输出点估算中，没有考虑到PLC故障时应有的输出报警提示，于是又增加了两个报警输出点，也即总共为46个输出点。部分输入、输出点的名称、类型和地址设计见表1。

表1 输入点名称和地址

根据输入、输出点的个数，和所选PLC的型号，本系统包含的模块如下：

主机 1746-IA16 3块 16点115V(AC)输入

1746-OA16 4块 16点TRIAC输出

1747-SN 1块 通信卡

1746-P2 1块 电源卡

SLC5/04 CPU

扩展 1746-IA16 4块 16点115V(AC)输入

1746-OA16 3块 16点TRIAC输出

1747-ASB 1块 通信卡

1746-P2 1块 电源卡

5 结束语

基于PLC的水力除焦系统在辽宁华锦化工集团投运后，经过多次调试和改进，从数据记录和现场使用情况来看，完全满足设计的最初要求，具有经济实用、机构稳定、简单可靠的特性，取得了很好的控制效果。