摘要：介绍了采用三菱可编程控制器FX2N PLC对加氢精制（一）装置高速增压泵联锁控制系统进行改造的设计与实现过程，并对其中的关键设计思想和程序实现方法作了论述。同时，对信号处理和实现过程的注意事项进行了详细的讨论。
　　关键词：加氢精制 PLC 联锁系统 实现
　　
　　1 引言
　　 加氢精制（一）A、B两套装置各有高速增压泵3台（位号分别为P101/1~3和P201/1~3），在装置低负荷运行时各有1台高速增压泵运行，其余作备用。当负荷升高或者在运泵出现故障时就启动备用泵。这6台高速泵关系到整个装置的运行，为了保护机泵和装置的安全运行，每台泵都设有仪表联锁控制系统。由于原联锁系统存在缺陷，而且，联锁条件需要作部分修改，同时，针对停车原因分析困难的问题，需要增设第一事故记录功能以便于维护和停机故障分析。为此，我们决定采用PLC对原联锁系统进行改造。PLC是近年来发展迅速、应用领域极广的工业控制设备，具有可靠性高、控制功能强、操作容易、维护方便和适应性强等显著特点，成为自动控制系统的首选设备之一。
　　
　　2 联锁控制系统的设计
　　
　　2．1方案选择
　　 根据联锁系统输入/输出（I/O）点数和状态（I/O总点<120点，开关量），可以有两种控制方案。即：采用一台多I/O点数的PLC实现集中控制和采用6台少I/O点数PLC实现分散控制。两种控制方案的优缺点比较如表1所示。
　　
　　表1 方案比较
　　

　　
　　比较两种方案的优缺点，同时考虑到现场安装维护、增压泵的运行和检修特点，以及泵与泵之间的联系少和装置长周期运行要求等因素，我们决定采用方案二进行高速泵的联锁控制。PLC则采用具有较高性能价格比、体积小、高速、大容量、功能比较齐全而且仪表维护人员十分熟悉的日本三菱FX2N -32MR作为核心控制器[1]。
　　
　　2．2联锁逻辑设计
　　这里仅以联锁条件较有代表性的P201/3高速泵为例进行说明。其设计步骤如下：
　　（1）根据原联锁逻辑的条件，在修改和完善的基础上总结出联锁逻辑，并最终让工艺部门确认。
　　（2）保持原有系统输入/输出信号的常开常闭接点状态，便于分析和维护。
　　（3）增加停车第一事故记录逻辑和清除记忆按钮，确保在维护人员分析事故后才允许再开泵。
　　（4）增加输入信号的滤波作用，提高联锁系统输入信号的抗干扰能力。
　　
　　2．3联锁系统结构
　　系统的结构图如图1所示。
　　图中，FX2N -32MR是输入/输出点各为16点的继电器型PLC，是三菱PLC中的新一代性能优越的微型PLC，交流宽域输入（85~264Vac）、处理速度达到0.08μs/基本指令，内附8k步存储器（RAM），而且运行过程中可以更改程序，内有实时时钟，具有计时功能和可以进行时间控制。输入点采用PLC内部供电，大大简化了电路。输出采用24Vdc供电给指示灯和继电器等负载。
　　
　　

　　
　　3 联锁控制系统的实现
　　
　　3．1定义I/O表
　　根据联锁系统的I/O信号，定义PLC的I/O分配表如表2所示。同时，对新增的第一事故记录引入系统时间。表2是以后程序编写和维护的重要依据。并约定满足联锁逻辑定义时为1，联锁时是1或是0由实际信号连接决定。
　　表2 I/O分配表
　　

　　
　　表2中，X1~X17为输入点，共11点，Y0~Y17为输出点，共16点。其中Y13~Y17用于第一事故记录的内部指示灯。
　　3．2程序设计
　　 系统程序采用三菱公司提供的MELSEC-F专用软件包进行开发，该软件包是基于Windows的、具有较强功能的三菱FX系列PLC的程序开发工具，操作简便、易学，可以直接使用梯形图和语句表进行编写，而且两者切换方便。同时可以在线读/写，上装和下载程序，在线修改、监视和调试程序，大大提高了编程效率，缩短开发调试时间。
　　P201/3高速增压泵联锁程序长210步。以下对程序设计中的关键处理方法和要注意的地方作说明[3]。
　　（1）报警闪烁电路的实现（图2）
　　

　　
　　这是0.5秒通/断的振荡器，当出现报警时，输出灯就可以调用定时器T2、T3（时基为100ms），使得报警灯闪烁。
　　（2）输入信号滤波处理（图3）
　　

　　
　　当有输入信号时，T200定时器（时基为10ms）进行50 ms的延时滤波处理，用中间变量M10代替输入信号X2。这样处理提高了系统对输入信号的抗干扰能力。由于PLC扫描速度相当快，适当增加滤波功能是十分必要的。
　　
　　（3）高速泵联锁逻辑处理
　　高速泵起停的联锁逻辑（部分）如图4所示[4]。为了保证编写程序的正确性和可读性，总结出程序编写的步骤如下：
　　·逻辑必须统一信号特性，如正常均带电等。并注明是联锁逻辑或是正常运行逻辑。
　　·将逻辑运算分层次编好中间继电器（如M3~M8），防止漏写和错写。
　　·确定联锁输出的信号状态。一般输出应按事故安全型来设计，即联锁动作时输出为0，失电联锁。图4是根据实际情况采用输出得电时联锁。
　　·按顺序从上到下、从左到右写出梯形图。
　　
　　

　　
　　将图4分成4部分，输入和各逻辑演算层。图中满足输入条件为1，如果联锁时取0信号则在逻辑输入前取非。每层逻辑先定义中间继电器，然后按顺序编写。所得梯形图如图5所示。这样编写，思路清晰、严谨，不易出现漏项和逻辑不清的情况，而且可读性强，便于理解和维护，是一种良好的编程风格。这一点很重要，联锁逻辑的描述反映真实的工艺条件和关系，而程序实现是可以灵活多样的。这是因为逻辑运算遵循如吸收律、摩根律等，可以进行运算和化简，结果是一致的。这里不主张化简，其主要原因是：
　　 1）大多联锁逻辑层次不太复杂，只有三到五层，化简意义不大。
　　 2）目前PLC的运算速度相当快，逻辑未被化简所产生的影响极小。
　　 3）化简后形式发生变化，不易理解，容易产生错误。
　　 4）化简方法灵活，不同的设计有不同的形式，容易产生歧义。
　　
　　

　　
　　（4）第一事故记录
　　将所有引起联锁的条件经过逻辑或运算后送到中间继电器M20中，通过执行图6所示逻辑就可实现第一事故记录，并把发生故障的实时时间存到PLC的存储器D13～D17中去。当出现故障停车时，只需查看相关的输出点（Y13～Y17）和存储器（D13～D17）的时间就可以确定第一停车原因和停车时间了。极大地缩短了故障查找和处理时间。
　　
　　

　　
　　4 安装调试和投用
　　 在完成梯形图设计后，利用编程软件检查语法后下装到PLC中去进行调试。连接调试模拟开关，根据联锁条件进行反复调试。在确认联锁动作完全正确后到现场安装。同时，按照规范接好联锁系统的冗余供电（交流和直流）、接地和内部实时时间的设定。并与工艺人员一起进行联调，直到完全满足设计要求、实现联锁控制的目的为止才交付使用。
　　
　　5 结束语
　　 由6台三菱FX2N -32MR PLC实现的加氢精制（一）高速泵联锁控制系统已于2003年3月东区大修时实现。从现场运行情况看效果良好，三菱FX2N PLC以其显著的优点，完全达到了设计要求，解决了原有联锁系统的缺陷问题，既保证了联锁系统的稳定可靠，又便于故障处理和日常维护。PLC在过程控制中起着越来越重要的作用，并已被广大工程技术人员所接受。PLC控制系统，不论规模大小，只要按规范和实际要求进行设计和开发，其控制效果是显然易见的。