PLC控制系统在天然气脱水系统中的应用

2 PLC控制系统结构

　　2.1硬件构成

　　控制系统分为下位控制层和上位监控层。控制系统结构如图2所示。

　　控制层采用AB SLCS/04 PLC作为控制核心，控制分子筛干燥塔各程控阀的开关，实现吸附、再生、冷却、等待四个阶段的切换。控制层通过DH485调制解调器与监控层进行数据传输。监控层由多台工控计算机和打印机组成，用于实现对现场工作状态的实时监控，并打印相关报表。其中一台为工程师站，可以使用组态软件对上位监控画面、系统控制参数等进行修改;其余为操作站，负责监控和报表打印。

　　2.2软件构成

　　下位控制层采用RSLogix 500编程软件，可对PLC进行硬件配置、程序编辑、模拟运行、在线调试和强制输出等操作，实现对现场仪表、阀门的自动控制和保护。

　　上位监控层采用美国EMERSON公司的DeltaVDCS系统。其通过通信组态、控制组态、画面组态和数据连接，实现与PLC的通信，并下发控制指令，实现远程控制。

3 PLC控制系统功能

　　根据工艺流程要求，PLC控制系统需实现的功能包括流程顺序控制、加热温度自动调节、在线监控、故障报警和联锁保护。

　　3.1分子筛脱水流程顺序控制

　　脱水工艺流程需要在吸附、再生、冷却、等待四个阶段循环切换。为保证各个切换阀门动作的准确性，本控制程序采用STEP作为切换标志，每个STEP对应相应的阀门动作，保证切换准确可靠。

　　系统顺序控制如下。
　　①打开T₁，吸收阀KV₁₁, KV₁₂，关闭再生阀KV₁₃,KV₁₄, T₁进入吸附阶段;
　　②关闭T₂吸收阀KV₂₁,KV₂₂，打开再生阀KV₂₃,KV₂₄, T₂进人再生阶段;
　　③将再生气温度设为300℃，关闭旁通阀KV₁₅ ,T₂加热再生6h;
　　④将再生气温度设为50℃，T冷却4h;
　　⑤打开旁通阀K₁₅，T₂等待2h;
　　⑥打开Tz吸收阀KV₂₁, KV₂₂，关闭再生阀KV₂₃,KV₂₄, T₂进人吸附阶段;
　　⑦关闭T₁ ，吸收阀KV₁₁,KV₁₂，打开再生阀KV₁₃,KV₁₄, T₁进人再生阶段;
　　⑧将再生气温度设为300℃，关闭旁通阀KV₁₅,T₁加热再生6 h;
　　⑨将再生气温度设为50℃,T₁冷却4h;
　　⑩打开旁通阀KV₁₅ ,T₁等待2 h;
　　⑩重复步骤①一②。

　　以上顺序控制在上位机上进行操作，实现一键启动、一键停止，并实时监控过程数据的变化以及目前正在进行的步骤，随时掌握流程进程。上位机还组态了上部复位和下部复位两个复位按钮。通过点击这两个按钮，可以使流程直接跳转到步骤①或步骤⑥开始执行，确保在需要的情况下可以对流程进行调整。

　　3.2再生气加热温度PID调节

　　再生气温度是整个流程中控制的重点。温度过低，分子筛床层再生无法达不到预期目标，从而影响脱水效果;温度过高，不仅浪费燃料，而且还可能造成分子筛床层结焦。为达到工艺要求，PLC控制系统设计了温度自动调节程序。

　　将再生气加热炉出口温度与设定值进行比较，输出的偏差用于控制加热炉燃料气调节阀开度。当温度偏低时，调节阀开度增大，使再生气温度升高;反之，当温度偏高时，调节阀开度减小。

　　3.3在线监控

　　上位机用来显示整个分子筛脱水系统的工艺流程、设备运行状况、过程变量值和历史趋势图。操作人员可以通过显示器监控流程运行情况，并能通过鼠标、键盘改变流程顺序、调整工艺参数，实现对自控系统的干预。

　　3.4故障报替及联锁保护

　　当生产过程中出现故障或工艺参数超限时，控制系统会出现声光报警，提醒操作人员及时采取措施排除故障，保证系统的正常运行。当工艺参数超过关断设定值时，整个分子筛脱水系统自动关停，保证人员、设备的安全。同时，现场控制盘和上位机均有紧急关停按钮，在出现紧急情况时，可人为关停

4 结束语

　　试运行表明，本文设计的PLC控制系统能够准确控制分子筛脱水设备在吸附、再生、冷却、等待四个阶段之间的自动切换，脱水效果达到工艺要求。目前，该系统已投人正常运行。本系统充分发挥PLC在顺序控制方面的优势，采用“STEP”作为顺序控制的标志，控制精准程序可读性好，对于其他天然气脱水项目控制程序的编写具有借鉴作用。