【正文】 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 讀 入 溫 度 并 轉(zhuǎn) 換把 實(shí) 際 溫 度 存 儲調(diào) 用 PID指 令時 間 寄 存 器 加 10S設(shè) 定 下 一 周 期 加 熱 時 間返 回 圖 45 子 程序流程圖 程序 梯形圖是一種使用最多的 PLC 圖形編程語言。其離散化的規(guī)律如表 41 所示： 表 41 模擬與離散形式 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ? nini ieTTie 00 )()( 所以 PID 輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程 ? ?000)()()()1()()()()(unununuuneneTTieTTneKnudiPnidiP??????????? ????? ?? （式 44） 式 44 中， )()( neKnu PP ? 稱為比例項(xiàng)； ???niipi ieTTKnu0 )()( 稱為積分項(xiàng)； ? ?)1()()( ??? neneTTKnu dpd 稱為微分 項(xiàng)； 上式中，積分項(xiàng) ??ni e1 i)( 是包括第一個采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積值。 STEP7 的調(diào)用結(jié)構(gòu)如下圖 4 2 所示： D B 1D B 2F C 1F C 1F B 1 S F C 1D B 1C B1操作系統(tǒng)嵌 套 深 度循 環(huán) 開 始背 景 D B 1背 景 D B 2 背 景 D B 1 圖 42 STEP7 的調(diào)用結(jié)構(gòu) PID 控制算法描述 模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是 PID 控制， PID 在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有 60 多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。 在 S7 用戶程序中可以使用 如下幾種不同類型的塊： 組織塊 (OB)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口。打開一個空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序 [ 11]。 STEP7 編程軟件是一個用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。80mV范圍 )，所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型，且最好使用帶屏蔽的熱電偶傳感器。 S7200 有四種 CPU，其性能差異很大。 1. 輸入階段 在輸入刷新階段， CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 寄存器。如下面是本次系統(tǒng)的硬件 構(gòu)造 圖。 所謂理論板，是指在其上氣、液兩相都充分混合 ，且傳熱和傳質(zhì)過程阻力為零的理想化塔板。 因此，當(dāng)組成為 xn1 的液體及組成為 yn+1 的蒸汽同時進(jìn)入第 n 板，由于存在溫度差和濃度差，汽液兩相在第 n 板上密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的結(jié)果會使離開第 n 板的汽液兩相平衡（如果為理論板，則離開第 n 板的汽液兩相成平衡），若汽液兩相在板上的接觸時間長，接觸比較充 分，那么離開該板的汽液兩相相互平衡，通常稱這種板為理論板（ yn， xn 成平衡）。非均相物系的分離主要依靠質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動與流體流動原理實(shí)現(xiàn)分離。 論文的主要工作包括： 1． 進(jìn)行精餾溫度控制系統(tǒng)的總體方案的制定。以往調(diào)節(jié)只是采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器單一回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)反應(yīng)慢，時間滯后，對精餾操作而言，產(chǎn)品的純度很難保證。采用塔頂溫度作為被控變量，能夠直接反映產(chǎn)品質(zhì)量，但因鄰近塔頂處塔板之間的溫度差很小，該控制方案對溫度檢測裝置提出較高要求，因此，采用塔頂溫度控制塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的控制方案很少采用，主要用于石油產(chǎn)品按沸點(diǎn)的粗級切割餾分處理。控制塔內(nèi)壓力穩(wěn)定，對精餾過程的平衡操作是十分必要的。所以，質(zhì)量控制系統(tǒng)目前并不多見，而是通過能間接控制質(zhì)量的溫度控制系統(tǒng)來代替。 目前，我國常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和 舌形塔等，填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。 3． 階段 III (70～ 90年代 )： 大型液體分布器的基礎(chǔ)研究 ， 使得填料塔的放大研究成功，在減壓塔中應(yīng)用獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?？稍谒O(shè)備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。 而精餾系統(tǒng)又是石化工業(yè)的重中之重。熱電偶作為溫度的采 集元件，采集的信號經(jīng)過 EM231的處理后就可把數(shù)據(jù)送入 PLC中進(jìn)行處理。在 20世紀(jì) 80年代初期 ， 國外開發(fā)了一種超重力精餾分離傳質(zhì)機(jī)器一 Higee。工業(yè)規(guī)模的填料塔始于 1881年的蒸餾操作中， 1904年才用于煉油工業(yè)，當(dāng)時的填料是碎磚瓦、小石塊和管子縮節(jié)等。 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、開發(fā)更趨于科學(xué)化的方向 這一時期，新型填料也有了較多的發(fā)展。 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。通常在塔頂與塔釜間裝有測量壓差的儀表，有的還裝有報警裝置。利用成分分析器，例如：紅外分析器、色譜儀、密度計、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。它 是依據(jù)精餾原理對液體進(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。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。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。 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． ℃ ）。塔底的控溫精度對分餾的效果有最直接的影響，塔 底溫度高、塔頂溫度低時，過多的原料會以氣體的形式蒸發(fā)，當(dāng)塔底的溫度過低時，會形成過多的釜?dú)?，物料損耗大。 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的編程語言 其編程語言包括梯形圖、指令表（ S7200中的編程語言）、順序功能圖（ S7200和 S7300中的編程語言）等 [6]。 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 求CPU自 診 斷改 寫 輸 出 圖 32 PLC 的 RUN 工作模式 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 （ 2） PLC的 STOP工作模式： 讀 取 輸 入處 理 通 信 請 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。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(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。在加熱時間內(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。在生成一個項(xiàng)目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。它的指令語法與一個繼 電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號通過各個觸點(diǎn)復(fù)合元件以及輸出線圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。功能塊 (FB)屬于用戶自己編程的塊。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 （ 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％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。 1．溫度控制模塊程序 溫 度 設(shè) 計 模 塊V D 3 0 4 設(shè) 定 值 ， V D 3 0 8 回 差 ， V D 3 0 0 測 量 值 ， V D 3 1 2 顯 示 輸 出 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 = = BV B 0E NA L W 03 2 0 06 4 0 01 0 0 . 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。 表 42 溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 被控變量 規(guī)律的選擇 比例度 積分時間（分鐘） 微分時間（分鐘） 溫度 滯后較大 20~60 3~10 ~3 實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為 “ 先比例，再積分，最后微分 ” 。 在微分控制 (D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。功能是 “ 無存儲區(qū) ” 的邏輯塊。用于 S7200的編程語言有：梯形圖 (LAD)，語句表 (STL)和功能塊圖 (FBD)。這些數(shù)據(jù)包括： 硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)以及為可編程模板編制的程序。 K 型傳感器負(fù)責(zé)檢測塔內(nèi)的溫度，把溫度信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電壓信號，經(jīng)過 PLC 模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。 熱電偶 熱電偶是一種感溫元件，直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱 動勢信號。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為 I/O刷新階段。 （ 3）可以電擦出可編程只讀存儲器 EEPROM。按照下式可以得到總板效率 ET，其中NP 為實(shí)際塔板數(shù)。 Cpm——進(jìn)料液體在平均溫度（ tF + tBP） /2 下的比熱， J/（ mol ℃ ）。 精餾分離是根據(jù)溶液中各組分揮發(fā)度（或沸點(diǎn)）的差異，使各組分得以分離。由于它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力和它的高可靠性，使它的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)被稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱（即 PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）之一。國外新型板式塔的發(fā)展是將 MD塔板懸掛 降液管技術(shù)移植到常規(guī)板式塔上，增加了塔板的鼓泡面積，提高了塔設(shè)備的處理能力?？梢栽谒敚ɑ蛩└浇囊粔K塔板上檢測出該板溫度，再在靈敏板上也檢測出溫度，由于壓力波動對每塊塔板的溫度影響是基本相同的，只要將上述檢測到的兩個溫度相減，壓力的影響就消除了 [3]。（ 3）當(dāng)塔兩端產(chǎn)品均需按質(zhì)量控制時，一般對含純產(chǎn)品較少、雜質(zhì)較多的一端采用物料平衡方式控制其質(zhì)量，對含純產(chǎn)品較多、雜質(zhì)較少的一端 采用能量平衡方式控制其質(zhì)量。當(dāng)上升蒸汽速度過低時，不能托起上層的液相，會造成漏液現(xiàn)象，精餾操作不能正常進(jìn)行，塔板效率下降。 近 20年來，有關(guān)精餾過程的自動化控制技術(shù)的研究熱點(diǎn)大致包括：開發(fā)和應(yīng)用線性多變量控制技術(shù)、自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、推理控制和魯棒控制算法，進(jìn)行精餾塔自動控制系統(tǒng)設(shè)計；將非線性控制技術(shù)應(yīng)用于精餾塔的控制；將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等智能控制方法應(yīng)用于精餾塔；考慮精餾過程的節(jié)能設(shè)計，應(yīng)用先進(jìn)控制與優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)精餾塔的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行。近年來，由于出現(xiàn)了世界性的能源危機(jī)，暴露出設(shè)備大型化帶來的不容忽視的問題：大型設(shè)備必須保證在全負(fù)荷下長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，否則經(jīng)濟(jì)損失將是非常巨大的。 泡罩塔是 1813年 Cellier提出的，它在化工生產(chǎn)中一直占有重要的地位。 國外精餾系統(tǒng)發(fā)展的相當(dāng)先進(jìn)。精餾是化工過程中的核心組成部分，而對于精餾過程控制來說溫度的控制是重中之重，劇烈的溫度變化會導(dǎo)致分離組分離提純度降低，對精餾的效率影響極大，甚至導(dǎo)致精餾塔無法正常運(yùn)行以及設(shè)備的損壞。精餾技術(shù)的任何進(jìn)步，都會極大刺激化學(xué)加工工業(yè)的技術(shù)發(fā)展，同樣在石油、化學(xué)加工工業(yè)發(fā)展的每一個歷史階段都會對精餾設(shè)備技術(shù)提出更高的要求。 從精餾設(shè)備的歷史發(fā)展來看，精餾技術(shù)與石油、化學(xué)加工工業(yè)的發(fā)展是相輔相成、相互刺激、共同進(jìn)步的發(fā)展關(guān)系。新型高性能浮閥塔板的開發(fā)及應(yīng)用 。對多降液管塔盤、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤等，也都作了較多的研究，并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。為此，必須對冷凝液罐（回流罐）與塔釜液位進(jìn)行控制，使