基于PLC的化工精馏塔控制系Word格式文档下载.doc
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化工精馏塔,PLC控制,串级控制,PID算法
ChemicalDistillationColumnControlSystemBasedonPLC
Abstract
PLCinindustrialcontrolsoftwarehasbecomemostpopularsoftware,alsoplayanimportantroleinchemicaldistillationcontrol.PLCnotonlyhasaveryhighreliabilityandsimpleoperationbutalsohassimpleprogrammingways.AndwiththedevelopmentoftheindustrymoreandmorePLCwhichhashugefactionhasbeendevelopedandgraduallygonetomature.Fordistillationprocessofchemicalproduction,ithascomplexcontrolfactors,requirementsofthecontroltargetsmustbeveryprecise,thefactorsandthecontrolprocessofcontactisverycomplex.Accordingtothesetraits,powerfulPLCissuitablefordistillationprocesscontrol.Inallcontrolfactors,thetemperaturecontroloccupiesthecoreposition,soinmydesign,mymaintaskistoselectthesuitablePLC,andchoosethemostreasonableschemetorealizethechemicalrequirementinthecolumnbottomtemperature.
Inmydesign,themaintaskis,accordingtotherequirementsofaspecificchemicalrectificationtowerdesign,tousePLCtoaccomplishcontrol.Inthisdesign,thespecificworkImusttodoistogethangofdetailsaboutdistillationprocessanditsrequirementforcontrolsystem.Accordingtotherequirementoftherectifyingcolumn,tochoosethetypeofPLCaswellasthechoiceofprocesscontrolandthendesignthesystem,todeterminepointsofinputandoutput,andcandrawthedetaileddesigndrawing,andtowritesoftwareprograms.FinallytheeffectwillbetoachievedistobeabletowritePLCprogram,andisabletorunonthecomputersimulation.
Keywords:
Chemicalrectificationcolumn,PLCcontrol,cascadecontrol,PIDalgorithm
ii
目录
第一章绪论 1
1.1化工精馏塔研究的目的及意义 1
1.2化工精馏塔的研究现状 2
1.3设计主要研究内容 2
第二章系统总体概述 4
2.1精馏工艺简介 4
2.2系统总体结构与设计流程 5
2.3串级控制系统的选择 6
2.4PID算法的选择 8
第三章硬件的设计 10
3.1PLC机型及安装方式的选择 10
3.1.1FX2N-48MR-001PLC 11
3.1.2FX2N-4AD特殊功能模块 12
3.2输入输出量的确定 12
3.3PLC外部结构图 13
3.3.1温度值给定电路 13
3.3.2温度流量检测电路 14
3.3.3输出控制电路 15
3.3.4复位电路 15
第四章PLC软件设计 17
4.1编程与通信软件的使用 17
4.2程序单元设计 18
4.4控制系统控制程序的开发 20
4.4.1温度设定 20
4.4.2A/D转换功能模块的控制程序 20
4.4.3标度变换程序 21
4.4.4恒温控制程序(PID)设计 22
4.4.4数字触发器程序 24
第五章结论 25
参考文献 26
谢辞 27
附录一三菱FX系列PLC指令基本指令(本系统所涉及) 28
附录二三菱FX系列PLC指令功能指令(本系统所涉及) 29
附录三三菱FX系列PLC指令定时器中断标号指针表 30
附录四三菱FX系列PLC指令输入中断标号指针表 31
附录五BFM数据缓冲存储器分布表 32
附录六系统程序(梯形图) 34
II
第一章绪论
精馏塔的基本原理就是化工原料混合物在高温加热的情况下根据各种纯净物沸点和挥发度的不同来提纯。
可见温度在整个精馏过程中必须的维持相对稳定,且应该具有较高的精确度。
在整个的精馏过程中最主要的设备就是精馏塔,再沸器,冷凝器,回流泵等也起着辅助作用以将温度,在各种设备的配合中达到精馏产物纯度高,产量稳且多的要求。
精馏对于工业生产来说起着举足轻重的作用,但是精馏塔的温度,流量,压力等各因素在这个复杂的系统中却往往得不到很好的控制,所以一直以来精馏塔控制系统的研究一直是化工行业中研究的热点。
现在国内外已经针对工业生产中中运用最普遍的PLC控制的精馏塔系统做了很多研究,从PLC的开发到PLC与精馏塔各个设备的结合问题,目前已经相对完善。
基本的温度,流量等因素的控制已经能稳定控制。
但是所不足之处就是PLC的研究与现实生产中的PLC还存在着脱轨现象,而解决这种现象就要要求一是将研究投入到生产,而是需要改善生产系统的设计,使之能够适应PLC的性能。
本设计做的就是第二方面,根据精馏塔的要求,来选择最优的设计方案。
相对于国内来说,国外精馏系统发展的相对比较先进。
国外现在无论是在塔的处理能力还是塔的处理效率方面都已有了先进的技术,例如他们发明的能增加板的处理面积的将MD塔板的悬挂降液管技术移植到常规板式塔上的技术,另外在PLC的开发方面,现在工业生产中大部分都用一直在不间断更新的西门子系列的PLC。
国内也紧跟时代的步伐,不断的将世界上的新技术运用到我国的生产中,并且根据自己的情况在不断地完善,根据实际情况,用科技引领工业使我们国家现在发展工业的宗旨。
但是目前的控制系统虽然具有控制精度高和硬件简单的特点,但是很多PLC的强度功能仍然存在着很大的局限性,因此如何进一步将PLC的功能在精馏塔的控制当中还需要做更多的研究。
1.1化工精馏塔研究的目的及意义
精馏塔在石化生产作为一个重要的设备被广泛使用。
他的角色是加热混合液体使其控制在一定的温度,然后提纯其中的纯净物。
精馏过程是基于每种成分的相对挥发度的不同,分离混合物的各种成分。
对于一个正常的精馏塔塔顶和塔底产品必须一个应满足一定纯度,另一个在一定纯度范围内。
在上述情况下,保持能源消耗最低。
从这个过程监管要求四个方面:
(1)质量要求:
使塔底和塔顶的纯度一个保证在一个确定的纯度,另一个维持在一定的纯度范围内;
(2)处理要求:
为了保证稳定高产必须要保证进给速率应该平衡,平稳;
(3)物料平衡要求:
为了保持物料平衡生产稳定,必须要保证塔釜及溜出液回流罐的液位比较稳定;
(4)约束条件:
正常运转的塔,必须满足一些条件,使汽液两相流束应该在一个特定的限制,所以经常设置在顶部的柱底之间的一些压差测量和报警。
不仅仅精馏塔需要满足上面的四个需求,而且其他与之相连的的配套设备也要满足这些要求。
而且在整个工艺过程中都应该准确的控制响应的因素以满足控制指标的要求。
精馏过程是化工生产中的核心过程,而精馏塔的稳定控制更是保证精馏正常进行的重要环节。
通过对精馏过程的了解,其需要控制的变量非常多,需要操作的变量也多,而且各个变量之间的耦合方式很复杂,组合方式多。
因此要合理的选择所以过程控制系统并且将PLC与精馏塔的控制完美结合,这样才能保证精馏过程的顺利高效运行。
1.2化工精馏塔的研究现状
国内外研究趋势基本上是采用西门子系列PLC,目前大部分的PLC已经都具有了精馏塔控制所需要的功能,但是目前国内外的研究似乎都已经到达一个饱和期,很难再有新的突破,再就是,开发PLC的种类比较多,很多新型比较成熟的PLC却存在与现在的工业情况接不上轨的情况,因此虽然开发PLC很重要,但是真正将PLC运用到实际的工业生产中还需要将实际的设备与软件结合到一块考虑,鼓励基层工作人员积极的搞研发是很多国家和企业都在着力办的事情。
因此精馏塔与现有PLC的适合度已经成为现在研究的热点。
1.3设计主要研究内容
随着科学的发展和工业需求的工业自动化解放生产力越来越高。
国内的蒸馏控制配套也日趋完善,对于需要的监测点信号的采集,而且也能够在上位机的辅助下检测,从而进行控制整个系统。
研究的主要内容是基于自调整PID控制的PLC控制系统设计的蒸馏塔。
包括控制系统总体结构、现场总线控制节点的硬件和软件设计和整体控制系统的优化设计。
该设计的研究结果是,可以有效的提高科学研究的效率,使精馏过程的智能化,研究内容完整化,与实际使用蒸馏过程系统相比,具有一定的创新控制。
第二章系统总体概述
2.1精馏工艺简介
图2-1精馏塔工艺流程图
(1)如上图2-1所示精馏过程的主要组件有:
精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。
精馏塔以进料板为线,上面为精馏段,下面为
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- 基于 PLC 化工 精馏塔 控制