S7-200 PLC用于生产过程的联锁报警控制

    一、应用背景与需求    工业生产过程中，发生事故是难免的，在生产线自动控制系统设计中要注重各种安全保护功能的实现。在硝酸生产这样的化工生产过程中，有高压、有毒及腐蚀性物质产生，其事故的危害性更大。因此，在这类工生产过程的自动控制系统中，实现联锁报警控制是十分必要的。    PLC是广泛应用于工业现场的控制设备，在硝酸生产过程的PLC自动控制系统中实现联锁报警控制，可以使系统达到生产安全可靠的目的。本例就是以硝酸生产过程的联锁报警控制为例，讨论PLC在这类系统中的应用问题。    二、生产过程联锁报警控制功能分析    常压法硝酸装置是一套连续生产的具有爆炸危险的工业装置，其联锁报警系统的功能是：在紧急事故状态下实现停车，使生产处于安全状态；在正常情况下，工艺操作不受影响。联锁报警控制的要求如下。    ·在工艺操作处于正常状态下，事故触点设计成闭合的，当事故发生时，相应触点断开，联锁系统动作，相应的输出继电器断电。要求输出的报警接点为常开接点，这样使系统的传感器以及继电器本身故障也考虑在事故之中。    ·根据事故发生时使工艺装置处于安全状态，来考虑驱动调节阀的三通电磁阀的“通电”或“断电”状态。    ·具备下列条件之一，使工艺操作停止，并在3min之后，使空压机停车。    ·控制室仪表盘上的紧急事故停车按钮动作。    ·氨氧化炉铂网温度任一点温度超高。    ·氨过热器出口气氨温度超低。    ·点火通氨后，氨过热器出口压力超高，延时4s后。    ·点火通氨后，氧化炉铂网温度任一点超低。    ·点火通氨后，氨／空比超高。    ·点火通氨后，氨／空比超低。    ·空气压缩机停。    ·认为可以开车时，手动复位而使阀门回到正常位置。    ·若全部故障被解除，则跳闸灯灭，此时按动PV-102、XV-101的复位按钮，阀PV-102开，阀XV-101关。    ·按动XV-101、XV-102的复位按钮，阀XV-101关、阀XV-102开。XV-102的复位信号只在PV-102阀开后有效，否则不可复位；即必须打开阀PV-102，关闭阀XV-101，然后才能打开阀XV-102。    按照上面的要求，可以画出控制关系结构如图7.26所示。其中图中标号a、b及1～10是输入信号，含义如下。    a： PV-102的复位按钮。    b： XV-101的复位按钮。    1： 空气压缩机停。    2： 中央控制室紧急停车。    3： 氨过热器出口气氨温度超低。    4： 氧化炉铂网1温度超低。    5： 氧化炉铂网l温度超高。    6： 氨过热器出口气氨温度超低。    7： 氨／空比超高。    8： 氨／空比超低。    9： 氧化炉铂网2温度超高。    10： 氧化炉铂网2温度超低。
    图7.26    信号联锁控制关系图    PV-102为氨过热器出口气氨阀，XV-101为氨过滤器前连锁快关阀，XV-102为氨过滤器前遥控放空阀。    三、联锁报警控制功能的实现    为实现常压法硝酸装置在生产过程中的联锁报警控制功能，考虑到系统的要求，采用西门子S7-200系列PLC作为控制器，它具有结构紧凑、体积小、重量轻、功能强等优点。PLC的输入电源由外部24V直流电提供，输出则全部采用继电器型。兼顾到其他一些信号的输入输出及以后扩展应用，共设计输入节点30点和输出26点（其中CPU模块上输入14点，输出10点）。    对于图7.26中的控制关系，与、或和非的关系很容易实现。延时环节也只要利用PLC的定时器就能完成其功能。较为复杂一点的是XV-101与PV-102、XV-102之间的复位闭锁，图7.27给出了实现这个闭锁关系的梯形图，图中有如下定义。    · M0.6：总故障点。    · I0.2：PV-102复位信号。    · I0.0：XV-101复位信号。    · Q0.0: PV-102。    · Q0.1：XV-102。    · Q0.2: XV-101。
    图7.27    系统控制的部分梯形图    各种报警指示，包括指示灯、电铃或其他声音报警系统，通过PLC的输出节点（继电器型）直接驱动。    四、总结与评价    在工业生产过程中，事故的产生可能来自人员的操作失误、传感器失灵或其他各种异常事件，这些失误和异常不仅会影响产品质量，而且严重的可能造成设备的损坏，甚至危及人身安全。因此生产线自动控制系统的功能不仅是完成各种生产过程的控制，提高产品质量和产量，还要具备各种安全保护功能。    象硝酸生产这样的生产过程中，由于事故而引起的危害性很大。通过采用PLC控制联锁报警系统，系统的可靠性和安全性得到提高，且维护量小。在有计算机监控系统的场合，还可以通过PLC的通信电缆，将信息传递到上位计算机，实现有监督分布式控制系统，使控制系统能够适应复杂工业生产过程的控制要求。