针对PLC控制的变频调速在物料搅拌系统中的有效运用
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【摘要】 物料搅拌在当前的工业建设、生产中使用极为普遍，在化工生产反应中，根据物料特性以及反应特点进行的搅拌，其搅拌过程中需要对搅拌速度、搅拌方式进行严格的控制，以保证化工生产的安全正常进行。而基于plc控制的变频调速不仅能够保证搅拌系统的正常稳定性，而且在工作过程中可以根据需要对搅拌进行即时的调整与改变，在现代化工生产中应用极为广泛。
现代工业发展过程中，各环节需要大量的物料搅拌系统，如土建施工中的混凝土搅拌、路面施工中的沥青搅拌、化工生产过程中的物料搅拌等。搅拌系统的引用一方面有利于实现反应器内/搅拌器内多种物料的混合度，增加混合反应速率，实现液―液、固―液、气―液等两相或多相物料的混合，另一方面提高系统内散热效率，降低物料粘稠结焦的可能性，保证系统生产的安全可靠。
一、PLC
PLC指的是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它首先被提出并出现于上世纪七十年代的美国通用汽车公司，利用可编程逻辑控制器PDP―14应用于电气控制，取代了传统的继电器控制装置。后来逐渐发展并应用于工业生产的方方面面，特别是在危险性较强、生产条件要求较为苛刻、生产过程各项参数控制要求相对严格、生产过程较为连续的现代化工生产中，得到了广泛的使用。
PLC应用于现代工业生产过程中主要有以下几个优势。
（一）编程相对简单，使用较为方便
PLC采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，在命令输入中无需掌握复杂的计算机知识，这就使得其使用受众相对较广，而且编程的简单性可以保证程序输入的便捷性，在程序修改中能够尽量节省工业生产的时间。
（二）PLC综合功能较强，性价比较高
PLC可编程控制调节器在使用中具有丰富的运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性，即便的一台小型PLC内也有成百上千个可供用户使用的编程元件，从而使得其性价比较高。同时，PLC可以通过通信联网，实现远程在线控制，最终达到分散控制，集中管理的目的。
（三）可靠性高，抗干扰能力强
PLC可编程控制调节器用软件代替了传统继电器控制系统中的中间继电器、时间继电器等，使得硬件元件数量大为降低，保证了其使用过程中的可靠性，同时提高了其受工业生产以及其他意外状况而产生的干扰，保证了工业生产的持续稳定。
二、化工生产中的物料搅拌需求
物料搅拌系统在当前的工业生产中使用较为普遍，特别是在现代化工生产领域，几乎所有的反应釜和混合器、萃取塔、吸收塔等都需要添加搅拌系统。这主要是由于大部分化工生产反应均是在液相基础上的混合物料的反应，因此物料之间的混合度直接影响了其物料化学反应的速率、反应的收率、副反应的生成等，特别对于很多放热化学反应，在没有搅拌系统的支持下，会容易在反应釜局部区域造成热量的过于富集，导致物料结焦、碳化等，既可能造成反应产品的质量又会在物料结焦沉积的过程中导致反应系统内温升过快引发大规模的爆炸事故。化工反应的特殊性对搅拌系统提出了极为苛刻的要求，既要能满足实际搅拌需求，通过控制搅拌的速率与方式来实现对物料不同形式和要求的混合，又能保证反应热量的及时移除和加入，实现反应的平稳进行，同时大幅度降低能耗，方便可调。
因此在实际的化工生产过程中，对反应容器的搅拌系统进行严格的控制（主要在搅拌速率和搅拌方式方面）是保证化工反应安全、正常、稳定的前提。
三、PLC在物料搅拌系统中的应用
化工反应对搅拌系统的严格要求主要体现在满足实际反应需求能够实现及时的搅拌速率与搅拌方式的调节与变化，而在意外状况中能够根据实际的需求通过变频调节来进行紧急的制动，如反应过热温升过快时的高速搅拌以及紧急停车等。而基于PLC控制的变频调速有效地解决了化工反应对搅拌速率变化需求的难题。
如对精细化工过程中某反应器内进行的化学反应，其反应过程为8m3物料A预先加入反应器内，为了防止物料A自然聚合，需要对其溶液低速搅拌；再加入物料B400L，高速搅拌四十分钟以实现两种物料的混合反应；混合中A和B在反应器内发生反应生成固体沉淀物C，此时混合溶液呈絮凝状悬浮液；停止搅拌半小时，将C沉淀到反应器底部，然后通过底部电磁阀排出；反应后溶液通过反应器底侧部出料口通过阀门泵出，从而实现A物料的除杂转化。在这一过程中需要对搅拌进行控制，主要是在物料A加入后的低速搅拌、溶液混合后的高速搅拌以及混合反应完成后的停止搅拌。在传统的操作中需要手动对搅拌进行控制（主要是对搅拌电机的转速进行控制），但基于PLC控制的变频调速可以通过预先输入的编制程序进行自动控制。在反应中，通过编制的程序在反应物料A加入时（通过物料A来料管上的电磁流量计示数进行联锁制动，在2m3左右开启搅拌以防止物料A的聚合）自动开启低速搅拌模式，并且通过物料B加入管路的电磁流量计数值变化对搅拌速率进行调整（如物料B开始加入后自动切高速搅拌模式），在物料B加入完成后通过PLC内的时间控制程序进行计时控制，四十分钟后自动停止高速搅拌而转为低速搅拌模式，在反应后溶液泵出时，通过底侧部电磁流量计示数进行搅拌的停止作业（一般在反应后溶液出料在6m3左右停止搅拌）。从而实现了搅拌过程的自动化进行，减少了人为操作的工作量，同时降低了人为操作带来的误操作概率。
在该反应过程中，对PLC进行选定时需要根据本反应实际特点以及要求进行，由于要保证物料A不至于在来料和出料过程中发生聚合絮凝现象，需要对其进行持续的搅拌，但考量到反应釜内搅拌桨空转带来的设备磨损危险性，一般设计为在反应釜内物料体积超过2m3时开启搅拌，低于2m3时自动停止搅拌。而在反应过程中，由于要充分对物料A、B进行混合，为了节省能耗以及提高反应效率，采用高速搅拌模式，反应完成后需要停止搅拌进行沉积作业，并在出料时再次开启低速搅拌模式，因此搅拌速率在该反应过程中变化较多。由此，对PLC进行设置时，配置有“自动”和“手动”两个档位，一般情况下使用自动模式进行搅拌速率的调整，但在系统故障或者意外情况下，需要手动进行紧急的制动，如进出料电磁流量计与PLC程序通讯出现故障时需要手动开启或者关闭搅拌电机，物料B加入完成后在系统故障情况下需要手动开启高速搅拌模式等。
在利用S7 -200 CPU224 PLC进行控制配置时，其系统控制开关按钮包括手动/自动转换开关、紧急停车按钮、手动进出料阀门、复位开关等。但为了保证反应系统运行的稳定性与可靠性，在现场设置有手动搅拌开停车按钮以及高低速调节按钮，在系统出现故障或者网络、通信出现问题时能够手动进行控制，保证化学反应的安全可靠性。
四、结束语
PLC系统编程简单，使用方便、综合功能强、性价比高、可靠性高、抗干扰能力强的特点使得其在化工生产反应中搅拌系统的应用能够对化工反应的物料混合、反应速率控制、反应热的移除等多方面起到可靠性高的自动化控制，减少了人为操作的工作量以及人为操作的误操作概率，从而提升了化工反应系统的安全稳定性。
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