【正文】 （ 3）梯形圖 中 繼電器 只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而 并 不出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。根據(jù)反復(fù)的試 湊 ，調(diào)出比較好的結(jié)果是 P=120， I= ， D=。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。 Kp —— 比例系數(shù) P。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng)，控制及時(shí)，但不能消除余差。傳遞洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 給 FB 的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中。用于循環(huán)程序處理的組織塊 OB1 的優(yōu)先級(jí)最高。 STEP7 編程軟件允許結(jié)構(gòu)化用戶程序，可以將程序分解為單個(gè)的自成體系的程序部分。當(dāng)電源關(guān)斷后和 CPU 復(fù)位時(shí)，保存在他們上面的數(shù)據(jù)將被保留。連 接表可用來定義網(wǎng)絡(luò)中可編程模板之間的通訊連接。利 用STEP7 可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。精餾溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由下位機(jī) PLC 和上位工控機(jī)的編程為主。SW4 沒有使用， SW5 用于選擇斷線檢測(cè)方向， SW6 用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測(cè)， SW7 用于 選擇測(cè)量單位， SW8 用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償，見表32。本論文才用的是 K型熱電 偶。檔次最高的應(yīng)屬 CPU226， CPU226集成了 24 點(diǎn)輸入／ 16 點(diǎn)輸出，共有 40 個(gè)數(shù)字量 I/O。其控制規(guī)模可以從幾點(diǎn)上到幾百點(diǎn)。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入（出）刷新階段。 PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。其作用是存放用戶程序，其特點(diǎn)具有易失性 。為了便于運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)的對(duì)比和故障后問題的分析判斷，要將相關(guān)數(shù)據(jù)形成歷史趨勢(shì)。通常，在精餾計(jì)算中，先求得理論板數(shù)，然后利用塔板效率予以修正，即求得實(shí)際板數(shù)。 x1， x2——分別為純組份 1 和組份 2 在進(jìn)料中的摩爾分率。一個(gè)完整的精餾塔應(yīng)包括精餾段和提餾段。進(jìn)、出第 n 板的物流有四種： 1．由第 n1 板溢流下來的液體量為 ln1，其組成為 n1， 溫度為 tn1。通常，將低沸點(diǎn)的組分稱為易揮 發(fā)組分，高的稱為難揮發(fā)組分。通過 MPI方式與 PLC進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)不間斷的數(shù)字信息傳輸。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 論文技術(shù)路線 1． PLC技術(shù) PLC技術(shù)可編程控制器（ Programmable Logical Controller）簡(jiǎn)稱 PLC，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù) 和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。該控溫系統(tǒng)具有控溫精度高和硬件簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前 提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。維持正常的塔釜溫度，可以避免輕組分流失，提高物料的回收率，也可減少殘余物料的污染作用。 （ 3）按照溫差間接控制。因此，絕大多數(shù)精餾塔在當(dāng)塔壓恒定時(shí)采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)。 精餾過程的基本自動(dòng)控制 1． 被控變量和操縱變量的配對(duì)選擇 精餾過程有多個(gè)被控變量和多個(gè)操縱變量，合理選擇它們的配對(duì)，能有效地減少系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，并能使精餾塔的平穩(wěn)操作。 （ 4） 正常傳熱 臨界溫度限：主要是指再沸器兩側(cè)的溫差限度，當(dāng)這一溫差高于臨界溫差時(shí)，給熱系數(shù)會(huì)急劇下降，傳熱量也會(huì)隨之下降，不能保證塔的正常傳熱需求。常用的精餾過程的約束條件有以下幾點(diǎn)： （ 1） 液泛限：是指精餾過程中上升蒸汽速度的最大限。通常，滿足一端的產(chǎn)品質(zhì)量，即塔頂（或塔釜）產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定純度，而另一端產(chǎn)品的純度維持在規(guī)定范圍內(nèi)即可。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 自動(dòng)化技術(shù)在精餾塔控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。同時(shí)，還創(chuàng)建了使小球浮動(dòng)萊強(qiáng)化傳質(zhì)的湍球塔 [1]。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，煉油裝置的年處理能力也達(dá) 1000 萬噸，年產(chǎn) 60～ 90 萬噸的乙烯工廠、 60 萬噸的甲醇工廠、45 萬噸的氯乙烯工廠、 34 萬噸的低密度聚乙烯工廠、 萬噸的苯乙烯工廠以及 萬噸的異丙苯工廠，也將相繼興建。 2． 階段 II (50～ 70年代 )： 浮閥塔板的開發(fā) FRI的成立系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法 ， 1955年 Monsanto公司的 Bolles發(fā)表了著名的 “ 泡罩塔板設(shè)計(jì)手冊(cè) ” ，首先提出了科學(xué)的、規(guī)范化塔板設(shè)計(jì)技術(shù)，該方法到目前為止仍然廣泛流行。 精餾塔的發(fā)展過程 塔設(shè)備的廣泛應(yīng)用是伴隨著十九世紀(jì)初期迅猛發(fā)展的煉油工業(yè)，并且隨著煉油和石化企業(yè)的不斷發(fā)展而成為主導(dǎo)的工業(yè)單元操作過程。針對(duì)以上情況 ， 開發(fā) 了一種以西門子 S7200 PLC為核心的精餾塔溫度控制系統(tǒng)。 精餾塔溫度控制系統(tǒng)主要由 PLC控制程序和 WINCC人機(jī)監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與監(jiān)控。用 WINCC上位機(jī)和西門子 S7200 PLC下位機(jī)組成一個(gè)穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)， 以 達(dá)到溫度控制的目的， 初始時(shí)給系統(tǒng)一個(gè)設(shè)定值， 一旦溫度 偏離 設(shè)定值， 熱電偶采集到后把溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳遞到 PLC中 ， PLC會(huì) 發(fā)出信號(hào) 使 精餾塔 內(nèi)電阻加熱絲 ，使其增加或減小 功率 ，使溫度達(dá)到設(shè)定值。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 PLC 的 工業(yè)精餾控制系統(tǒng) 摘 要 精餾是石油、輕工、化工等生產(chǎn)過程中，常常需要將原料、中間產(chǎn)物或粗產(chǎn)品中的組成部分進(jìn)行分離，最常用的方法。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證了 PLC應(yīng)用于精餾塔溫度控制系統(tǒng)的可行性 及精確性。在精餾塔產(chǎn)品的分餾過程中 ， 溫度是一個(gè)最為關(guān) 鍵的控制量。該控溫系統(tǒng)具有控溫精度高和硬件簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。 1． 階段 I: 20~50年代 ： 1920年，有溢流的泡罩塔板開始應(yīng)用于煉油工業(yè)，開創(chuàng)了一個(gè)新的煉油時(shí)代。 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。在大型裝置中，塔設(shè)備的單臺(tái)規(guī)模也隨之增大。 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。 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。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)。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。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。 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。 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。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。 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）。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。 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。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。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)。 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。 2．由第 n 板上升的蒸汽 量為 Vn，組成為 yn，溫度為 tn。 洛陽理工學(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， ℃ 。 精餾操作涉及氣、液兩相間的傳熱和傳質(zhì)過程。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]。控制系統(tǒng)也要有較高的傳輸速率和刷新頻率，來確保數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)性。 （ 2）只讀存儲(chǔ)器 ROM。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。 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。 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?？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。 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。 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。本設(shè)計(jì)的控制器是由西門子 公司的 S7200 系列的 PLC。圖 41 為創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的基本步驟。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。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。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。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。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)。 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)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 系。 iT —— 積分系數(shù) I。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 。 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。 （ 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。 （ 2） 梯形圖的繼電器有常開和常閉觸點(diǎn)，它可以是 PLC 輸入點(diǎn)連接外部的開關(guān)觸點(diǎn)，也可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的觸點(diǎn)。 （ 3）整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 先置微分時(shí)間 TD=0，逐漸加大 TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試 驗(yàn) 至獲得滿意的控制效果和 PID 控制參數(shù) 。 2． PID 參數(shù)設(shè)定 PID 參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例 系數(shù) P、積分時(shí)間 Ti洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 和和微分時(shí)間 Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求 。 1． PID 控制算法 R ( t ) E ( t )U ( t ) C ( t )P I D 控 制 環(huán) 節(jié) 被 控 對(duì) 象反 饋 環(huán) 節(jié)+ 圖 43 閉環(huán)控制系統(tǒng) 如圖 41 所示， PID 控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定態(tài)偏差 e 和輸入量 r、輸出量 c 的關(guān)系 : c(t)r(t)=e(t) （式 41） 控制器的輸出為 : ?????? ??? ? t diP dt tdeTdtteTteKtu 0 )()(1)()( （式 42） 上式中 , )(tu —— PID 回路的輸出 。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲(chǔ)器 (背景數(shù)據(jù)塊 )。組織塊決定各個(gè)程序部分執(zhí)行的順序。 FBD 是 STEP7 編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達(dá)邏輯。 可以通過在線連接下載各個(gè)塊或整個(gè)用戶程序到 RAM。一旦存儲(chǔ)并退出硬件組態(tài)，對(duì)于在組態(tài)中生成的每一個(gè)可編程模板，都會(huì)自動(dòng)生成 S7/M7 程序及空的連接表。該軟件提供了在線和離線編程的功能 ， 可以對(duì) PLC 在線上載或下載。 表 33 I/O 分配表 地址 名稱 功能 啟動(dòng)按扭 按下開關(guān)，設(shè)備開始運(yùn)行 開關(guān)按鈕 按下開關(guān)，設(shè)備停止運(yùn)行 保護(hù)按鈕 按下開關(guān)，終止加熱 運(yùn)行燈 燈亮表示設(shè)備處于運(yùn)