【正文】 00 . 0o u t p u tI n p u tI s hI s lO s hO s lV D 3 0 0E NI N 1I N 2V N 3 0 4V D 3 0 8E N OO u tV D 3 2 0A D D _ RS U B _ RE N E N OI N 1I N 2O u tV D 3 0 4V D 3 0 0V D 3 2 4 DV D 3 0 0( S )M 0 . 0V D 3 2 4 DV D 3 0 0M 0 . 1V D 3 2 0( S )M 0 . 1M 0 . 0M O V _ RE NI NE N OO U T0 . 0 V D 3 1 2M 0 . 0M 0 . 1M O V _ RE NI NE N OO U T1 0 0 . 0 V D 3 1 2V D 3 1 21 0 0 . 00 . 03 2 0 0 06 4 0 0I N P U T0 s h0 s lo u t p u tA Q W 0E NS C A。 （ 4） 梯形圖中的繼電器線圈，其邏輯動(dòng)作只有線圈接通后才能對(duì)其常開或者常閉觸點(diǎn)動(dòng)作。梯形圖沿用了傳統(tǒng)電器制系統(tǒng)控制圖中繼電器的觸點(diǎn) 、 線圈 、 串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，并增加了繼電器系統(tǒng)中沒有的指令符號(hào)。 程序流程圖及程序 程序流程圖 根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求， PLC 的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 開始 、 初始化設(shè)定值 、 監(jiān)測(cè)精餾塔內(nèi)溫度 、 判定是否符合設(shè) 定值 、 溫度恢復(fù)設(shè)定值模塊 、 加熱 、 返回。 （ 2）整定積分環(huán)節(jié) 先將步驟 （ 1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的 50～ 80％，再將積分時(shí)間 置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法 。計(jì)算中 ，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。 iT —— 積分系數(shù) I。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 在積分控制 (I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 系。人們?cè)趹?yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)， PID 的研究已經(jīng)到達(dá)一個(gè)比較高的程度。背景數(shù)據(jù)塊 (背景 DB)在每次功能塊調(diào)用時(shí)都要分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。功能塊 (FB)屬于用戶自己編程的塊。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用 OB1 并用這個(gè)調(diào)用啟動(dòng)用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并控 制循環(huán)和中斷驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動(dòng)。從而使大規(guī)模的程序更容易理解，可以對(duì)單個(gè)的程序部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。它的指令語(yǔ)法與一個(gè)繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號(hào)通過各個(gè)觸點(diǎn)復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可以讓你追蹤電信號(hào)在 電源示意線之間的流動(dòng)。另外，可以從可編程控制器中上載一個(gè)工作站，或從一個(gè) S7 CPU 中上載塊到 PG/PC。 在完成組態(tài)，參數(shù)賦值，程序創(chuàng)建和建立在線連接后，可以下載整個(gè)用戶程序或個(gè)別塊到一個(gè)可編程序控制器。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。在生成一個(gè)項(xiàng)目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。圖 41 為創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的基本步驟。 STEP7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包中提供一系列的應(yīng)用工具，如： SIMATIC 管理器、符號(hào)編輯器、硬件診斷、編程語(yǔ)言、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等。本設(shè)計(jì)的控制器是由西門子 公司的 S7200 系列的 PLC。在加熱時(shí)間內(nèi)使得繼電器接通，那精餾塔就可處于加熱狀態(tài)，反之則停止加熱。 為了使 DIP 開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給 PLC 的電源斷電再通電。 EM231 模塊需要用戶通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行選擇的有：熱電偶的類型、斷線檢查、測(cè)量單位、冷端補(bǔ)償和開路故障方向，用戶可以很方便地通過位于模塊下部的組態(tài) DIP 開關(guān)進(jìn)行以上選擇，如圖 32 所示。 EM 231 模擬量輸入模塊 傳感器檢測(cè)到溫度轉(zhuǎn)換成 0～ 41mv 的電壓信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入 PLC 中進(jìn)行處理。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用?？蛇B接七個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O。這些性能直接影響到 PLC 的控制規(guī)模和 PLC 系統(tǒng)的配置 [9]。 S7200PLC 可以方便地組成 PLCPLC 網(wǎng)絡(luò)和微機(jī) PLC 網(wǎng)絡(luò)，從而完成規(guī)模更大的工程。 PLC的工作模式包括 :（ 1） RUN（運(yùn)行）模式，（ 2） STOP（停止）模式 （ 1） PLC的 RUN工作模式： 讀 取 輸 入處 理 通 信 請(qǐng) 求CPU自 診 斷改 寫 輸 出 圖 32 PLC 的 RUN 工作模式 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 2） PLC的 STOP工作模式： 讀 取 輸 入處 理 通 信 請(qǐng) 求CPU自 診 斷改 寫 輸 出執(zhí) 行 用 戶 程 序 圖 33 PLC 的 STOP 工作模式 S7200 系列 PLC 是 SIEMENS 公司新推出的一種小型 PLC。 3．輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC的實(shí)際輸出。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。對(duì)每個(gè)程序， CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令 ，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。 2． 輸入模塊 I 包括直流輸入型和交流輸入型 3． 輸出模塊 O包括繼電器輸出型模塊、雙向晶閘管輸出型模塊、晶體管輸出型模塊 4． 編程器指電腦 CPU的軟件結(jié)構(gòu)是指 PLC的編程語(yǔ)言 其編程語(yǔ)言包括梯形圖、指令表（ S7200中的編程語(yǔ)言）、順序功能圖（ S7200和 S7300中的編程語(yǔ)言）等 [6]。 （ 2）只讀存儲(chǔ)器 ROM。 上 位 機(jī) P L C 塔 內(nèi) 加 熱 絲 圖 31 系統(tǒng)硬件 構(gòu)造 圖 PLC 的選擇 廣義上的可編程序控制器簡(jiǎn)稱 PLC，狹義上的 PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)等的指令，并通過輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？刂葡到y(tǒng)也要有較高的傳輸速率和刷新頻率，來確保數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)性。塔底的控溫精度對(duì)分餾的效果有最直接的影響，塔底溫度高、塔頂溫度低時(shí)，過多的原料會(huì)以氣體的形式蒸發(fā)，當(dāng)塔底的溫度過低時(shí)，會(huì)形 成過多的釜?dú)?，物料損耗大。引入理論板的概念，對(duì)精餾過程的分析和計(jì)算是十分有用的 [5]。因此不論進(jìn)入理論板的氣、液兩相組成如 何，離開該板時(shí)氣、液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，即兩溫度相等，組成互相平衡。 精餾操作涉及氣、液兩相間的傳熱和傳質(zhì)過程。 Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2 （式 24） rm=r1M1x1+r2M2x2 （式 25） 式中 Cp1， Cp2——分別為純組份 1 和組份 2 在平均溫度下的比熱容，kJ/（ kg． ℃ ）。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 精餾段操作方程為： 1 11Dnn xRyxRR? ???? （式 21） 提餾段操作方程為： 1n n wL q F Wy x xL q F W L q F W? ???? ? ? ? （式 22） 其中， R 為操作回流比， F 為進(jìn)料摩爾流率， W 為釜液摩爾流率， L為提餾段下降液體的摩爾流率， q 為進(jìn)料的熱狀態(tài)參數(shù)，部分回流時(shí)，進(jìn)料熱狀況參數(shù)的計(jì)算式為： mmFBPpm r rttCq ??? )( （式 23） 式 中 tF——進(jìn)料溫度， ℃ 。精餾塔中每層板上都進(jìn)行著與上述相似的過程，其結(jié)果是上升蒸汽中易揮發(fā)組分濃度逐漸增高，而下降的液體中難揮發(fā)組分越來越濃，只要塔內(nèi)有足夠多的塔板數(shù)，就可使混合物達(dá)到所要求的分離純度（共沸情況除外）。 2．由第 n 板上升的蒸汽 量為 Vn，組成為 yn，溫度為 tn。它通過汽、液兩相的直接接觸，使易揮發(fā)組分由液相向汽相傳遞，難揮發(fā)組分 由汽相向液相傳遞，是汽、液兩相之間的傳遞過程。 根據(jù)精餾原理可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，必須同時(shí)有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。而化工中遇到的大多是均相混合物，例如，石油是由許多碳?xì)浠衔锝M成的液相混合物，空氣是由氧氣、氮?dú)獾冉M成的氣相混合物。能監(jiān)控工業(yè)流程和各個(gè)量的變化，及時(shí)作出調(diào)整以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)。它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信。它是從早期的繼電器邏輯 控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展為具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及 PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。 2． 進(jìn)行精餾溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 論文的主要工作和技術(shù)線路 論文主要工作 精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的多變量過程，內(nèi)在機(jī)理較為復(fù)雜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)遲緩、變量之間相互關(guān)聯(lián)，不同的塔結(jié)構(gòu)差別很大，而工藝對(duì)控制的要求又較高，所以確定精餾塔的控制方案是一個(gè)極為重要的課題。這種超重力離心分離機(jī)具有極為優(yōu)良的傳質(zhì)效率和處理能力特性。在這個(gè)情況為了更好實(shí)現(xiàn)精餾的目標(biāo)就有了提餾段溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的對(duì)象，它由很多級(jí)塔板組成，內(nèi)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制要求又大多較高。 影響精餾塔溫度不穩(wěn)定的因素主要是來自外界來的干擾（如進(jìn)料流量，溫度及成分等的變化對(duì)溫度 的影響）。它是依據(jù)精餾原理對(duì)液體進(jìn)行分離，即在一定壓力下，利用互溶液體混合物各組分 的沸點(diǎn)或飽和蒸汽壓不同，使輕組份（即沸點(diǎn)較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化。采用 溫差作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接變量，是為了消除塔壓波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。提餾段溫度控制的操縱變量可選擇再沸器加熱蒸汽量或塔釜采出量。 精餾段和提餾段的溫度控制以產(chǎn)品的質(zhì)量為控制目標(biāo)，根據(jù)溫度檢測(cè)點(diǎn)的位置不同，有塔頂（ 或塔釜）溫度控制、靈敏板溫度控制和中溫控制等類型。利用成分分析器，例如：紅外分析器、色譜儀、密度計(jì)、干點(diǎn)和閃點(diǎn)以及初餾點(diǎn)分析器等，分析出塔頂（或塔釜）的產(chǎn)品成分并作為被控變量，用回流量（或再沸器加熱量）作為控制手段組成成分控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)按產(chǎn)品成分的直接控制。 被控變量和操縱變量配對(duì)選擇有三條準(zhǔn)則：（ 1）當(dāng) 只需要控制塔的一端產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)選用物料平衡方式控制該端產(chǎn)品的質(zhì)量。 4． 控制能耗和經(jīng)濟(jì)效益 石油化工的能耗約占全國(guó)工業(yè)總能耗的 15%，而精餾過程的能耗要占整個(gè)石油化工行業(yè)總能耗的 40%，因此，必須要做好精餾過程的節(jié)能。同時(shí)，為了保證精餾過程中的 需要，也要有合適的回流溫度。通常在塔頂與塔釜間裝有測(cè)量壓差的儀表，有的還裝有報(bào)警裝 置。當(dāng)蒸汽上升速度過高時(shí) ， 造成霧沫夾帶十分嚴(yán)重，出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，破壞正常操作。 2． 控制精餾塔的物料平衡 控制精餾塔的物料平衡，就是為了保證塔的平穩(wěn)操作，保證進(jìn)出物料平衡，即塔頂、塔釜采出量應(yīng)和進(jìn)料量相平衡，而且兩個(gè)采出量變化要緩慢，保證上下工序之間的協(xié)調(diào)工作。但是，產(chǎn)品組分含量并非越純?cè)胶?，原因是純度越高，?duì)控制系統(tǒng)的控制精度要求就越高，操作成本的提高和產(chǎn)品的價(jià)格并不成比例增加，因此純度要求應(yīng)與使用要求適應(yīng)。 精餾過程的控制目標(biāo) 精餾過程的控制目標(biāo)是在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，保證總收益最大、成本最小，也就是使塔 的回收率最高、能耗最低。 自動(dòng)化技術(shù)概況 自動(dòng)化控制技術(shù)是綜合運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對(duì)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化達(dá)到增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全的一種綜合性技術(shù)，現(xiàn)已成為衡量化學(xué)工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志是之一。近年來，參考國(guó)外塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，加強(qiáng)了對(duì)篩板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮動(dòng)噴射塔等新塔型。 我國(guó)塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。 4． 階段 IV (80末 至今 )： 新型高性能塔板的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用塔板設(shè)計(jì)、開發(fā)更趨于科 學(xué)化的方向 這一時(shí)期，新型填料也有了較多的發(fā)展。在大型裝置中，塔設(shè)備的單臺(tái)規(guī)模也隨之增大。計(jì)算機(jī)應(yīng)用輔助餾塔放大效應(yīng)的 研究 ， 計(jì)算塔板效率精餾過程設(shè)計(jì)。 大孔篩板的研究這批新型塔盤的出現(xiàn)，不僅為創(chuàng)建綜合性能更好的塔型打開了思路，而且為接著發(fā)生的設(shè)備大型化后選擇塔型指出了方向。工業(yè)規(guī)模的填料塔始于 1881年的蒸餾操作中，