喬東凱

（廣東石油化工學院 機電工程學院，茂名 525000）

0 引言

中石化某煉油廠在煉油生產(chǎn)過程中需要定時定量下料，需在某一容器里每隔4個小時左右分別注入粉末狀Cat催化劑55g～75g，三乙基鋁液體2000ml～2100ml，目前在生產(chǎn)過程中采用手工加料的方式，在實際生產(chǎn)中，一線操作工人有時會誤點加料甚至是忘記加料，導致生產(chǎn)的產(chǎn)品達不到技術(shù)要求。目前國內(nèi)外在此方面的研究較少[1～5]，文獻[1]設(shè)計了一種防爆型礦用雙錨索自動下料機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在較大多余力及結(jié)構(gòu)不變性原理難以完全補償?shù)膯栴}；文獻[2]采用機械控制凸輪解決車床自動切斷鋼管材加工中的短屑問題，文獻[3]利用線性回歸法求出了工件在滑道入口的速度系數(shù)，并給出了工件初速與下料時間的關(guān)系式。上述方法都不能很好地應用于石化高危行業(yè)自動下料系統(tǒng)。

基于PLC開發(fā)的自動加料系統(tǒng)能夠很簡易的克服上述缺點，能實現(xiàn)手動或自動控制，用戶只需要設(shè)定一下加料的時間間隔和加料量的大小即可達到控制要求，該系統(tǒng)安裝調(diào)試后，取得了良好的效果，實踐證明該方法對物料自動添加類的自動控制具有參考意義。

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)選用電磁閥YV1的開通對容器注入粉末狀Cat催化劑55g～75g，通過調(diào)試，確定電磁閥YV1開通的時間長短來控制下料量的大?。贿x用電磁閥YV2和YV3的開通對容器注入三乙基鋁液體2000ml～2100ml，電磁閥YV2開通后把三乙基鋁液體注入帶液位繼電器的漏斗里面，當容器2里的液體到達設(shè)定值時接通液位繼位繼電器，電磁閥YV2關(guān)閉，同時電磁閥YV3自動接通，漏斗里面的液體流入到容器中，10秒后（通過調(diào)試，漏斗里面的液體已經(jīng)全部流入容器中），電磁閥YV3自動關(guān)閉，同時系統(tǒng)開始延時，4小時后重新開始新一輪的自動下料控制。

系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作示意圖

2 系統(tǒng)控制原理

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

因為該定時定量系統(tǒng)是在石化高危環(huán)境下作業(yè)，工作環(huán)境復雜、惡劣，控制任務(wù)重要、要求嚴格。當前在該環(huán)境下某些控制系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制，存在可靠性差、故障率高、維護困難、維護費用高、維護工作繁重等問題。針對繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的缺點，提出了一種基于PLC的自動定時定量下料系統(tǒng)的設(shè)計方案，綜合考慮市場通用情況和性價比等因素，本系統(tǒng)選用日本三菱公司（MITSUBISH）型號為FX3U－16MR－ES-A的PLC，該機型是日本三菱電機自動化公司的頂級產(chǎn)品，正在逐步替代FX2N系列和FX1N等系列PLC產(chǎn)品[6,7]。它完全可以滿足控制系統(tǒng)的要求，暫不需使用擴展單元。FX3U－16MR－ES-A可提供輸入輸出點各8個， PLC控制系統(tǒng)的I/O分配如圖2所示?；赑LC的自動下料控制系統(tǒng)具有可靠性高、故障率低、維護簡單、檢修費用低等優(yōu)點，大大提高了石化企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益[8]。

自動加料系統(tǒng)的I/O分配如圖2所示。

圖2 自動加料系統(tǒng)的I/O分配

圖2中，SB1是粉末狀催化劑的啟停按鈕，SB2系統(tǒng)停止按鈕，SB3是三乙基鋁液體的啟動按鈕，Y0是控制電磁閥YV1，Y1是控制電磁閥YV2，Y3是控制電磁閥YV3。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計了用PLC控制的自動加粉末狀催化劑控制系統(tǒng)的梯形圖如圖3所示。

圖3 自動加粉末狀催化劑系統(tǒng)的控制梯形圖

自動加粉末狀催化劑控制的工作原理：當按下啟動按鈕SB1時，X0線圈接通，M0線圈通電，其常開觸點同時接通定時器T0和Y0線圈，從而接通電磁閥YV1，使粉末狀催化劑在漏斗里下放，通過現(xiàn)場調(diào)試，測得當下放時間為3.5秒時剛好控制下料量為設(shè)定量，誤差在3%之內(nèi)，完全滿足生產(chǎn)需求，當T0線圈延時時間已到后，電磁閥YV1關(guān)閉，停止下料，同時又接通定時器T1，延時24分鐘（14400×0.1=1440秒）后，計算器C0計一個數(shù)，T1常閉觸點斷開又使得其線圈斷電，T1線圈斷電后其常閉觸點又自動接通，定時器T1又開始新一輪計時，如此循環(huán)，當計數(shù)器到達設(shè)定值10次以后，正好計時240分鐘（系統(tǒng)設(shè)定的4小時），此時C0相應的觸點動作，定時器T0線圈復位，計算器C0也復位，同時Y0線圈通電，電磁閥YV1又一次接通，進行第二次下料操作；當按下停止按鈕SB2時，上述所有動作立即停止。

自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)控制梯形圖如圖4所示。

圖4 自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)控制梯形圖

當按下三乙基鋁液體下料啟動按鈕SB3時，X2線圈接通，M1和Y1線圈通電，從而接通電磁閥YV2，三乙基鋁液體流入漏斗中，當漏斗里的液體到達設(shè)定值時，接通液位繼位繼電器K，其常開解點閉合，使線圈X3通電，接通線圈M2和T2（T2的作用是等待YV3打開，液體注入容器中，X3常開觸點又斷開，一個加料周期內(nèi)不能再接通線圈M2），斷開Y1線圈，關(guān)閉電磁閥YV2，液體不再流入到漏斗中，Y1線圈斷電后，自動接通定時器T3，延時時間為24分鐘，當延時時間到達后，計數(shù)器C1計一個數(shù)，直至計滿10個數(shù)為止（原理同圖3一樣，在此不再贅述）。C1計數(shù)到達設(shè)定值后其常開觸點閉合再一次接通Y1線圈，電磁閥YV2接通，三乙基鋁液體流入漏斗中，實現(xiàn)了再一次的液體自動下料，同時復位了計數(shù)器C1，為下一個周期計時準備就緒。當按下停止按鈕SB2時，上述所有動作立即停止。

2.3 系統(tǒng)工作時序圖

自動加粉末狀催化劑系統(tǒng)的時序圖如圖5所示。

圖5 自動加粉末狀催化劑系統(tǒng)的時序圖

當按下啟動按鈕SB1時，粉末狀催化劑下料電磁閥YV1通電，下放時間為3.5秒，系統(tǒng)等待時間為4小時；當按下停止按鈕SB2時，電磁閥YV1立即關(guān)閉，停止下料。

自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)的時序圖如圖6所示。

當按下啟動按鈕SB3時，三乙基鋁液體下料電磁閥YV2通電，當液位傳感器K接通后電磁閥YV2立即斷電，電磁閥YV3通電10秒，系統(tǒng)等待時間為4小時；當按下停止按鈕SB2時，電磁閥YV2和YV3立即同時關(guān)閉，停止下料。

圖6 自動加三乙基鋁液體的系統(tǒng)的時序圖

3 結(jié)束語

針對中石化某煉油廠在煉油生產(chǎn)過程中需要定時定量下料，以前采用的是手工作業(yè)方式，自動化程度很低，為了提高生產(chǎn)效率，對該設(shè)備的電氣系統(tǒng)改造勢在必行。針對原系統(tǒng)的不足之處，本設(shè)計從電氣控制方案、元器件選型及石化系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境等諸多不利因素綜合考慮，對自動下料系統(tǒng)進行了電氣化改造。自項目實施以后，使系統(tǒng)的控制電路大為簡化，穩(wěn)定性和可靠性也大大增強，實操非常方便[9]，2014年5月中石化某煉油廠應用此技術(shù)對自動下料系統(tǒng)進行改造后，到目前為止該設(shè)備從未出現(xiàn)過故障，工作效率為100%，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、安全性和可靠性得到了保證[10]，受到了行業(yè)人員的一致好評。

[1] 蔣遠遠,方代正,王成軍,等.防爆型礦用雙錨索自動下料機控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].液壓與氣動,2014,(5):49-51,56.

[2] 何祥如.凸輪斷屑在鋼管自動下料中的應用[J].計算機工程與應用,2009,(10):79-81.

[3] 王亭山,俞志剛,朱宏輝.拐彎斜滑道自動下料的試驗研究[J].武漢交通科技大學學報,1995,19(2):169-173.

[4] 鄧良才,吳建軍,張深,等.復合材料自動下料優(yōu)化排樣方法[J].航空制造技術(shù),2013,(15):99-102.

[5] Jiang X B, Lü X Q, Liu C C.Lowest-level left align best-fit algorithm for the 2D rectangular strip packing problem[J].Journal of software,2009,20(6):1528-1538.

[6] 王華.煉油企業(yè)生產(chǎn)過程的信息化與智能化[J].計算機與應用化學,2013,30(11):1367-1370.

[7] 付偉.PLC在材料自動分揀系統(tǒng)中的應用[J].制造業(yè)自動化,2012,34(3):136-138.

[8] 于昊.P L C在材料自動分揀系統(tǒng)中的應用[J].煤炭技術(shù),2011,30(12):31-32.

[9] 張宏強,賈存良,薛婷.基于PLC的掘進機電控系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化,2009,(11):106-108.

[10] 喬東凱,廖輝,楊向宇,等.基于PLC和GOT對物料自動分揀系統(tǒng)的電氣化設(shè)計[J].機床與液壓,2014,42(2):106-109.