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關(guān)鍵詞：
氫氣變壓吸附分離
PLC
SCL
- 摘要：梯形圖是PLC應(yīng)用廣泛的編程語言，但面對越來越復(fù)雜的控制要求，梯形圖編程語言往往很難滿足生產(chǎn)要求。西門子的編程語言中有一種被稱為結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL）的高級編程語言，可以解決復(fù)雜控制的要求。在氫氣PSA提純單元采用了西門子公司最新的S7-400H系列冗余PLC作為控制系統(tǒng)，完成對氫氣提純裝置的控制，其編程語言就是結(jié)構(gòu)化控制語言（SCL）。
0.引言
PSA為變壓吸附(Pressure Swing Adsorption)。變壓吸附(PSA)技術(shù)是：利用不同吸附劑對不同物質(zhì)的吸附能力，吸附速度和吸附容量的不同，以及吸附劑對混合氣體中各種組分的吸附容量隨壓力而變化的物理特性。采用自動控制閥門開關(guān)，自動實現(xiàn)升壓吸附、降壓解析的氣體分離過程。
PSA提純單元采用以10塔為主的工藝流程運行方式。當(dāng)與某一吸附器相連的程序控制閥或控制閥門開關(guān)的元件出現(xiàn)故障時，可根據(jù)對產(chǎn)品氣的要求情況，自動(或手動)地轉(zhuǎn)換為9塔、8塔、7塔、6塔和5塔等運行方式。10臺吸附塔分成2組(每5臺1組)，當(dāng)某組出現(xiàn)故障時，可以完全切除1組，達到真正不停產(chǎn)檢修的目的，從而大大增加了裝置長期穩(wěn)定運行的可靠性。
1. SCL語言
1.1 SCL語言簡介
SCL含義為結(jié)構(gòu)化控制語言（Structured Control Language），是一種類似于計算機高級語言的編程方式，它的語法規(guī)范接近計算機中的PASCAL 語言，符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131-3，它不僅僅具有PLC典型的元素（例如：輸入/輸出、定時器、計數(shù)器、符號表），而且具有高級語言的特性，例如：循環(huán)、選擇、分支、數(shù)組、高級函數(shù)等。由于使用了強大語言結(jié)構(gòu)，使編程更簡單、快速，程序不易出錯。讀取更簡單，結(jié)構(gòu)更清晰。使用高級的語言和調(diào)試程序，程序測試更簡單。
S7-SCL特別適用于編程復(fù)雜的算法和算術(shù)功能，或者用于數(shù)據(jù)處理任務(wù)以及過程優(yōu)化。氫氣PSA提純單元具有程控調(diào)節(jié)和參數(shù)優(yōu)化控制等復(fù)雜控制方案，并且順控步驟復(fù)雜，使用傳統(tǒng)STEP-7編程語言困難、容易出錯、調(diào)試不方便，因此使用S7-SCL語言進行編程。
1.2 SCL語言編程方法及步驟
如安裝STEP-7軟件時沒有集成安裝S7-SCL語言，因此必須另外安裝S7-SCL軟件包和相關(guān)授權(quán)才能進行SCL語言編程。
S7-SCL仍然支持STEP-7的程序塊概念，OB（組織塊）、FC（功能）、FB（功能塊）、DB（數(shù)據(jù)塊）、UDT（用戶自定義數(shù)據(jù)類型）等可以由S7-SCL創(chuàng)建。在一個S7程序中，S7-SCL程序塊也能夠與其他STEP-7編程語言所編寫的塊相結(jié)合，塊可以互相調(diào)用。S7-SCL塊也可以存儲在庫中并被其他語言使用。
步驟如下：
1.2.1生成SCL源文件
右擊源文件，點擊插入新對象，選SCL源文件，如圖1。
1.2.2編輯SCL源文件
雙擊打開生成的SCL源文件，這時源文件為空白文件，沒有任何內(nèi)容。可以根據(jù)要生成的程序塊類型，來插入相應(yīng)程序塊模板來開始編輯源文件，如圖2。
1.2.3編譯源文件
按下圖3中的編譯按鈕進行編譯，編譯后即可生成相應(yīng)程序塊。
圖3 編譯源文件
1. 控制功能介紹
PSA氫氣提純單元采用以10塔為主的工藝流程方式運行，也可以運行在9塔、8塔、7塔、6塔和5塔等方式下運行。無論在哪種運行方式下都會按照分周期和步位切換方式運行，各吸附塔經(jīng)歷吸附、均壓降、順放、逆放、沖洗、均壓升、終沖等操作步序。10個吸附塔分為2組，塔1、3、5、7、9為1組，塔2、4、6、8、10為2組。在操作步序中，同時處于吸附步序的有2個，可以是12、23、34、45、56等組合，當(dāng)發(fā)生吸附步序切換時其間隔被稱為分周期（FLOOP）。每個分周期內(nèi)，各塔為完成步序切換要經(jīng)歷若干操作步驟被稱為步位（BLOOP）。10塔運行時有10個分周期，每個分周期為8個步位。
PSA控制系統(tǒng)程序的主線就是分周期和步位的切換，在此基礎(chǔ)上再進一步控制相關(guān)閥門的動作。這部分程序的源代碼在OB1(組織塊)中編寫，源程序如下：
IF DB1.STEP OR DB2.Q THEN // 判斷有無進指令或步位運行時間到
IF DB1.BLOOP < 8 THEN
DB1.BLOOP :=DB1.BLOOP+1; // 如果有則步位加1
ELSE
DB1.BLOOP :=1; // 直到步位大于8復(fù)位為1
IF DB1.FLOOP < DB1.STATETHEN
DB1.FLOOP :=DB1.FLOOP+1; // 步位復(fù)位為1時分周期加1
ELSE
DB1.FLOOP :=1; // 分周期大于運行塔數(shù)時復(fù)位為1
END_IF;
END_IF;
END_IF;
上述源程序中DB1是存放分周期、步位、步進、運行塔數(shù)等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊，其中FLOOP為分周期、BLOOP為步位、STEP為手動步進、STATE為運行塔數(shù)。DB2.Q為步進運行時間到標(biāo)志位，由程序計算得出。通過上述程序，分周期和步位就會按程序增加，直到完成所有分周期和步位，分周期和步位恢復(fù)到初始位置1，開始下一周期運行。
3 結(jié)束語
氫氣PSA提純裝置自開車以來已連續(xù)運行6年時間，在這六年時間里，S7-400PLC控制系統(tǒng)運行平穩(wěn)，性能穩(wěn)定，從未出現(xiàn)CPU故障、I/O卡件故障、通訊故障以及程序錯誤等。SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）編程簡單、各種復(fù)雜控制、順序控制功能易于實現(xiàn)。經(jīng)過這幾年的連續(xù)運行，程序未出現(xiàn)過任何錯誤。為裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)連續(xù)運行保駕護航，給企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。
