采用PLC實現的熔鹽爐電伴熱溫度控制

1　引言

　　電伴熱系統為管道化溶出工程的主要部分。由于德國的熔鹽電伴熱溫度控制裝置是采用溫度控制器、繼電器等復雜電路設計，其中繼電器故障率高，而我國現階段沒有較好的產品，因此采用性價比高，功能強大、性能穩定的日本三菱A2系列可編程控制器，減少了大量的中間環節，成功的解決了熔鹽電伴熱的控制難題，取得了滿意的控制效果。

　　2　系統配置

　　電伴熱系統包括：鹽罐、鹽管、鹽閥等設備的伴熱，99個電流信號、101個溫度信號需要檢測，33個加熱回路需要進行控制。根據系統的特點，所設計的控制方案如圖1所示。





　　2.1現場PLC站
　　該監控系統下位機采用日本三菱A系列PLC，設計2個站組成1個網，1個站進行溫度信號的采集及傳遞，另1個站對回路電流進行采集，對33個回路進行控制。硬件的具體選擇是：A62P為電源模板；A2NCPU為中央模板；AY13為開關量輸出模板；A68RD3為PT100溫度測試模板；AJ71C24為計算機通訊模板；A61AD為模擬量輸入模板；AX41為開關量輸入模板。
　　三線制PT100測溫元件的二根線分別接至開關量輸出模板AY13三組中相同次序的通道上，AY13三組共可接8個PT100信號，將AY13上三組的公共端分別接至PT100采集模板的第一通道的三個端子上（注意：將AY13上接PT100元件兩個短路端的組的公共線接至A68RD3通道的B和C端子上），配合程序即可實現8路溫度信號公用一個模擬量通道。程序框圖如圖3所示。


　　通過定時接通AY13的相應通道，使得PTI-PT8信號依次與A68RD3的第一個通道接通，將每個信號接通時，所采集到的數據保存至相應的地址單元，即可實現多路信號切換采集。在編程時需注意：AY13通道切換后應在延時1個A68RD3處理周期后再讀取A68RD3通道中的數據，否則采集的數據將會出現跳變，這是由于A68RD3采樣方式分：Sampling、Time averaging 、count averaging3種，A68RD3的采樣時間隨啟用的通道數而不同計算公式為：啟用的通道數×40ms； Sam-Pling方式為每個采樣周期采一次樣，采樣值存入相應的緩沖區；Time averaging方式為在指定的時間內每個采樣周期內的采樣值除去最大、最小值后的平均值存入相應的緩沖區；count averaging方式為將經過指定次數的采樣周期后所采集的采樣值平均后放入存入相應的緩沖區。現場實際應用時，為保持數據準確，一般采用后2種方式。
　　由于A68RD3通道一經啟用，信號處理就會一直進行，A68RD3的一個處理周期為：Time averaging方式為指定的時間；count averaging方式為：指定次數×啟用通道數×40ms。因為該系統采用切換方式，每一信號只在相應時間段內接入A68RD3，如果切換后，延時小于一個A68RD3處理周期，則上一信號的部分采樣值將被計入當前處理周期和當前信號的部分采樣值一起進行平均輸出，造成數據誤差，如上一信號和當前信號差別比較大，就會造成數據跳變。特別是如果采用上升沿取值，就會造成數據錯誤。
　　電流信號的采集原理與溫度信號的采集原理相同，此處不再多述。
　　6　結束語
　　該系統投運以來，運行可靠，特別是在軟件方面運行很好，實現了熔鹽爐系統電伴熱溫度實時監測和控制，得到專家的好評，為管道化工序的整體運行提供了可靠的保證。
　　2.2上位機
　　采用2臺386PC作為上位機，1臺在現場操作室，1臺在中央控制室，分別進行本地及遠程監視管理，負責對溫度、電流實時監測顯示，重要信號保留歷史曲線、信號報警及報表打印，2臺上位機既是操作員站，又可作為工程師站。
　　3　軟件設計
　　控制系統軟件包分為上位機監控軟件包和下位機控制軟件包。
　　上位機監控軟件是用SCRENWARE軟件工具包開發而成，用于各種監控畫面的顯示和上、下位機之間的通訊，采用實時動態仿真模式進行顯示，并在具體部位顯示實時工藝參數，操作人員可根據此實時畫面了解有關工藝設備運行情況；控制參數設定畫面可完成控制參數的設定和修改；系統狀況報警畫面實現對各工藝設備故障情況進行聲光報警，并輸出故障類型、時間等，除此之外，本軟件包還具有數據分析、建立歷史數據庫及定時、隨機打印各種報表功能。
　　下位機軟件包采用A2系列PLC自帶的梯形圖法和語句法編寫而成，軟件程序框圖及清單略。
　　4　電伴熱過程檢測
　　按照熔鹽爐系統工藝流程的要求：系統停車時，確保鹽罐電伴熱保溫180℃以上；系統啟動時，確保鹽罐及鹽管路和鹽閥電伴熱保溫在180℃以上（依工藝要求而定），以保證鹽泵啟動后，熔鹽能順利通過和回流。一旦電伴熱系統發生故障，熔鹽凝固將致使整個熔鹽爐系統無法運行，造成較長時間的停產事故。設計的特點說明如下：
　　（l）將整個鹽管路按照、工藝劃分為32個控制回路：鹽罐13個回路、鹽管14個回路、鹽閥一個回路、旁通管4個回路。采用A2系列可編程控制器對101個溫度測點采集顯示，對32個回路直接進行控制；
　　（2）本系統考慮到啟動時減少對供電系統的沖擊，系統啟動時，對每一個控制回路，采用分別程控（間隔5-10秒鐘）由PLC程控啟動，轉入運行由PLC進行監測分時調節，減少系統供電負荷沖擊；
　　（3）本系統的溫度檢測元件，共選用101支PT100鉛電阻溫度計，其信號采樣方式在系統說明部分有詳細介紹；
　　（4）電流和電壓信號采集是通過電量變換器將互感器的信號轉換成4-20mA（0-5V）信號送入PLC。
　　5　系統說明
　　由于本系統中大部分為模擬量信號，分電流和熱電阻溫度2種信號，電流信號監視各回路三相電是否正常，斷、短路報警，但不參與控制；溫度信號參與控制，測溫元件均為PT100熱電阻。針對本系統特點：模擬量多、實時性要求不是很高。在保證控制、監視的基礎上，采用32點開關量輸出模板進行切換，公共輸出接至模擬量采集模板，配合軟件編程可實現8路信號通過切換公用一個模擬量模板的通道。可節省大量模擬量模板，從而大大降低了系統成本。下面以溫度信號為例說明信號切換采集的實現。接線圖如圖2所示。