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正文內(nèi)容

plc在制氮機(jī)上的應(yīng)用畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-10-02 17:41 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 sa制氮機(jī)相比價(jià)格要凌駕逾越 15%以上 。 167。 32 系統(tǒng)構(gòu)成 PSA 制氧系統(tǒng)主要由空氣壓 縮機(jī)、空氣凈化系統(tǒng),空氣儲罐、切換閥、吸附器和氧氣緩沖罐等組成。 原料空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后,經(jīng)過除塵、除油 、干燥后,進(jìn)入空氣儲罐,再經(jīng)過左進(jìn)氣閥進(jìn)入左吸附塔。此時(shí)塔壓力升高,壓縮空氣中的氮分子被沸石分子篩吸附,未被吸附的氧氣則穿過吸附床層,經(jīng)過出氣閥進(jìn)入氧氣緩沖罐。這個(gè)過程稱為吸附,持續(xù)時(shí)間為幾十秒。吸附過程結(jié)束后,左吸附塔與右吸附塔通過均壓閥連通,使兩塔壓力達(dá)到均衡,這個(gè)過程稱之為均壓,持續(xù)時(shí)間約為 3~5秒。均壓結(jié)束后,壓縮空氣又經(jīng)過右進(jìn)氣閥,進(jìn)入右吸附塔,重復(fù)上述吸附過程。同時(shí)左吸附塔中被分子篩吸附的氧氣通過左排空閥解壓釋放至大氣當(dāng)中,此過程稱為解吸,吸附飽和的分子篩從而得到再生。同樣,左塔吸附時(shí)右塔同時(shí)也 在解吸。右塔吸附結(jié)束后,同樣進(jìn)入均壓過程,然后再切換到左塔吸附,如此循環(huán)交替,連續(xù)生產(chǎn)氧氣。 上述基本工藝步驟都是由 PLC 和自動切換閥來實(shí)現(xiàn)自動控制。 167。 33 工作原理 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xiii PSA 制氮機(jī)是根據(jù)變壓吸附原理,采用高品質(zhì)的碳分子篩作為吸附劑,在一定的壓力下,從空氣中制取氮?dú)狻? 經(jīng)過純化干燥的壓縮空氣,在吸附器中進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附。由于空氣的動力學(xué)效應(yīng),氧在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于氮,氧被碳分子篩優(yōu)先吸附,氮在氣相中被富集起來,形成成品氮?dú)?。然后?jīng)減壓至常壓,吸附劑脫附所吸附的氧氣等雜質(zhì),實(shí)現(xiàn)再生。一 般在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)吸附塔 A 和 B,一塔吸附產(chǎn)氮,另一塔脫附再生,通過控制裝置控制氣動閥的啟閉,使兩塔交替循環(huán),以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮?dú)庵康摹? 一、基礎(chǔ)知識 1.氣體知識 氮?dú)庾鳛榭諝庵泻孔钬S富的氣體,取之不竭,用之不盡。它無色、無味,透明,屬于亞惰性氣體,不維持生命。高純氮?dú)獬W鳛楸Wo(hù)性氣體,用于隔絕氧氣或空氣的場所。氮?dú)猓?N2)在空氣中的含量為 %(空氣中各種氣體的容積組分為: N2: %、 O2: %、氬氣: %、 CO2: %、其它還有 H CH N2O、 O SO NO2 等,但含量極少),分子量為 28,沸點(diǎn): ℃ ,冷凝點(diǎn): 210℃ 。 2.壓力知識 變壓吸附( PSA)制氮工藝是加壓吸附、常壓解吸,必須使用壓縮空氣?,F(xiàn)使用的吸附劑 —— 碳分子篩最佳吸附壓力為 ~,整個(gè)制氮系統(tǒng)中氣體均是帶壓的,具有沖擊能量。 二、 PSA 制氮工作原理: 變壓吸附制氮機(jī)是以碳分子篩為吸附劑,利用加壓吸附,降壓解吸的原理從空氣中吸附和釋放氧氣,從而分離出氮?dú)獾淖詣踊O(shè)備。碳分子篩是一種以煤為主要原料,經(jīng)過研磨、氧化、成型、碳化并經(jīng) 過特殊的孔型處理工藝加工而成的,表面和內(nèi)部布滿微孔的柱形顆粒狀吸附劑,呈黑色,其孔型分布如下圖所示: 焦作大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xiv 碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠?qū)崿F(xiàn) O N2的動力學(xué)分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴(kuò)散至分子篩的微孔之中,而不會排斥混合氣(空氣)中的任何一種氣體。碳分子篩對 O N2 的分離作用是基于這兩種氣體的動力學(xué)直徑的微小差別, O2 分子的動力學(xué)直徑較小,因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴(kuò)散速率, N2 分子的動力學(xué)直徑較大,因而擴(kuò)散速率較慢。壓縮空氣中的水和 CO2 的擴(kuò)散同氧相差不大,而氬擴(kuò)散較慢。最終從吸 附塔富集出來的是N2和 Ar 的混合氣。 碳分子篩對 O N2的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動態(tài)吸附曲線直觀表現(xiàn)出來: 由這兩個(gè)吸附曲線可以看出,吸附壓力的增加,可使 O N2的吸附量同時(shí)增大,且 O2 的吸附量增加幅度要大一些。變壓吸附周期短, O N2 的吸附量遠(yuǎn)沒有達(dá)到平衡(最大值),所以 O N2擴(kuò)散速率的差別使 O2 的吸附量在短時(shí)間內(nèi)大大超過 N2 的吸附量。 變壓吸附制氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性,采用加壓吸附,減壓解吸的循環(huán)周期,使壓縮空氣交替進(jìn)入吸附塔(也可以單塔完成)來實(shí)現(xiàn)空氣分離 ,從而連續(xù)產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品氮?dú)狻? 167。 34 控制過程 PSA 制氮系統(tǒng)的工藝流程圖如圖 1 所示。 圖 1 中空氣壓縮機(jī)用來提供足夠的氣量和相對恒定的輸入壓力( ~)的原料氣。經(jīng)冷干機(jī)除水、除油、除固態(tài)粒子等凈化處理后,為了能連續(xù)不斷的輸出恒定的氮?dú)?。系統(tǒng)設(shè)置 A、 B 兩個(gè)吸附塔進(jìn)行交替工作,由氣源系統(tǒng)來的純凈壓縮空氣,經(jīng)電磁氣動控制閥 Y Y2由吸附塔 A 下部進(jìn)入塔體。焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xv 經(jīng)吸附塔中碳分子篩床層吸附,并逐步向上推進(jìn)。在此過程中,空氣中的氧分子被吸附在碳分子篩微孔中,而氮被濃縮在氣相中,由塔上部流出,經(jīng) 電磁氣動控制閥 Y Y8進(jìn)入氮?dú)鈨?,此過程即為 A塔吸附制氮。與此同時(shí), B吸附塔中吸附的氧分子經(jīng)由電磁氣動控制閥 Y5 排空,即 B 塔解吸至常壓。 A、 B 兩塔交替進(jìn)行連續(xù)供氮。當(dāng) A 塔中碳分子篩對氧的吸附量將達(dá)到平衡時(shí),則該塔立即停止吸附,此時(shí) Y Y Y Y8 均處于關(guān)閉狀態(tài),而 Y Y Y Y7 同時(shí)處于開啟狀態(tài)。實(shí)行 A、 B兩吸附塔均壓,均壓后即切換進(jìn)入 B塔吸附、 A塔解吸狀態(tài)。此時(shí)壓縮空氣經(jīng)電氣控制閥 Y Y3進(jìn)入 B 吸附塔下部,經(jīng) B塔中碳分子篩床層吸附。分離出來的氮?dú)饨?jīng) Y Y8 進(jìn)入氮?dú)鈨?,?B塔吸附制氮。這樣 A、 B 兩塔交替吸附、解吸,即形成連續(xù)不斷的向氮?dú)鈨掭斔偷獨(dú)?。以上Y1— Y8 電氣控制閥的動作順序、切換時(shí)間等全部由 PLC 控制,使二塔連續(xù)不斷供應(yīng)合格氮?dú)狻? 在正常工作時(shí)自動循環(huán)過程如下: 按程序啟動鍵→冷干機(jī)啟動→延時(shí) X 秒→空掛機(jī)啟動→延時(shí) X 秒→進(jìn)入吸附 A→延時(shí) X秒→均壓 A=B→延時(shí) X秒→吸附 B延時(shí) X 秒→均壓 B=A→延時(shí) X秒→再次進(jìn)入吸附 A,如此自動循環(huán),按停止鍵。系統(tǒng)全部停止工作。 在制氮機(jī)工作過程的各個(gè)階段。閥 Y1— Y8的工作狀態(tài)如表 2所示: 表 2系統(tǒng)手動、自動操作時(shí)電磁閥工作狀態(tài)表 閥號 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 吸附 A + + + + + 均壓 A=B + + + + 吸附 B + + + + + 均壓 B=A + + + + 注:① +表示該閥處于開啟狀態(tài);②在均壓 A=B,均壓 B=A時(shí) 要比 Y?Y 滯后焦作大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xvi X秒開啟 。③ 上延時(shí) X秒均應(yīng)在 099 9 秒 任 意設(shè)置調(diào) 控制要求有手動和自動兩種工作方式,并要求在手動方式時(shí)能進(jìn)行 Y1— Y8閥的檢查。 在手動能獨(dú)立起動、停止空壓機(jī)和冷干機(jī);能顯示吸附 A、均壓 A=B、吸附B、均壓 B=A 四個(gè)階段 Y1— Y8 的開啟情況;各 項(xiàng)操作均應(yīng)有指示燈顯示。自動工作時(shí),應(yīng)該能按照自動工藝流程要求工作。并能在模擬工藝流程圖中顯示相應(yīng)工作狀態(tài)。同時(shí)對自動運(yùn)行過程中的各延時(shí)時(shí)間均要能任意調(diào)節(jié),并能實(shí)時(shí)顯示和查詢當(dāng)前延時(shí)設(shè)定值。 167。 41 PLC 可編程控制器部分 2 1 輸人/輸出點(diǎn)數(shù)的確定與 PLC 的選擇 根據(jù)工藝流程和控制要求分析. PSA制氮機(jī)的輸入信號有 19 個(gè).分別是手動操作按鈕、自動操作按鈕、自動起動按鈕、停止按鈕 空壓機(jī)起動按鈕、冷干機(jī)起動按鈕、吸附 A按鈕、均壓 A=B 按鈕、吸附 B 按鈕、均壓 B=A 按鈕、鬮檢測按鈕、 Y 一 Y 閥檢 測按鈕 (8個(gè) );閥檢測按鈕只有在手動方式下起作用,而 Y.一Ye閻檢測按鈕只有在閥檢測按鈕按下后有閥檢測指示后才起作用。輸出信號也是 19 個(gè).分別是 Y 一 Y 日閥輸出 (8個(gè) )、手動狀態(tài)指示 自動狀態(tài)指示、自動Y8 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xvii 起動指示、停止指示、空壓機(jī)工作指示、冷干機(jī)工作指示、吸附 A 指示、均壓A=B 指示、吸附 B 指示、均壓 B=A 指示.閥檢測指示。即在每一個(gè)輸入信號旁邊均有相應(yīng)的指示。電磁閥 Y 一 的工作電壓為直流 24v,功率 8W。根據(jù)一般的設(shè)計(jì)方法,至少要選帶 19 點(diǎn)輸入點(diǎn)和 19 點(diǎn)輸出點(diǎn)的 PLC,或采用主機(jī)加擴(kuò)展的方式用了 外加 L16T 作為擴(kuò)展單元.并用 CL02DS 作為參數(shù)設(shè)定和監(jiān)控單元。 SM 一 16T具有 10 個(gè)輸入點(diǎn)和 6個(gè)輸出點(diǎn),采用直流 24V 匯點(diǎn)輸入方式,直流 24V晶體管(NPN 型 )輸出方式。 SM 一 16T 本身的工作電壓為交流 220V,并帶有 RS 一 485和 RS 一 232 通訊接 I: Z1.可實(shí)現(xiàn) CCM 協(xié)議、無協(xié) }義通訊。 RS232 接 I: Zl又兼作編程 I: Zl。程序的存放采用 FlashROM,無需后備電池; L 一 16T 有 16個(gè)輸出點(diǎn),采用直流 24V晶體管 (NPN 型 )輸出方式, L一 16T 與 SM 一 16T之間通過 RS 一 485 進(jìn)行通訊;通過 CL 一 02DS 液晶式顯示設(shè)定單元可進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)控,它與 SM一 16T 之間通過 RS一 232 進(jìn)行通訊 22 輸入/輸出點(diǎn)的編號分配和輸入/輸出接線圖 412 PLC 選型和性能指標(biāo) 根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、采集數(shù)據(jù)的類型和大小、 I/O 點(diǎn)數(shù)、以及設(shè)置數(shù)據(jù)需要得內(nèi)存大小,本文中所選用的 PLC 是西門子公司的產(chǎn)品 S7200 系列, CPU的型號是 CPU226。 CPU226 集成了 24 點(diǎn)輸入和 16 點(diǎn)輸出,共有 40個(gè)數(shù)字量 I/O點(diǎn)??蛇B接 7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。CPU226 有 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間, 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速脈沖輸出,具有PID控制器。 CPU226 配有 2個(gè) RS485通信編程口,具有 PPI 通信、 MPI通信和自由方式通信能力,用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。 413 PLC 內(nèi)部分配 CPU226I/O 接口及內(nèi)部寄存器分配如表 1和表 2。 表 1 內(nèi)部存儲器使用 焦作大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xviii 觸摸屏 PID 參數(shù)設(shè)定置 VW10 風(fēng)機(jī)組啟動位 M0. 0 觸摸屏 PID 參數(shù)增益 VW12 手動、自動轉(zhuǎn)換 M0. 1 觸摸屏 PID 參數(shù)采樣時(shí)間 VW14 電機(jī)急停 M0. 2 觸摸屏 PID 參數(shù)積分時(shí)間 VW16 自動 空壓 機(jī)組 1 啟動位 M1. 0 觸摸屏 PID 參數(shù)微分時(shí)間 VW18 自動 空壓 機(jī)組 2 啟動位 M1. 1 PID 反饋量( PVn) VD100 手動 空壓 機(jī)組 1 啟動位 M1. 2 PID 給定置( SPn) VD104 手動 空壓 機(jī)組 2 啟動位 M1. 3 PID 輸出置( Yn) VD108 防 止 空壓 機(jī)組 1 頻繁啟動位 M1. 4 PID 增益( KC) VD112 防止 空壓 機(jī)組 2 頻繁啟動位 M1. 5 PID 采樣時(shí)間( T) VD116 壓力下限位 M2. 0 PID 積分時(shí)間( TI) VD120 空壓 機(jī)組 1 軸溫報(bào)警位 M20. 0 PID 微分時(shí)間( TD) VD124 空壓 機(jī)組 1 軸溫?cái)嚯娗袚Q位 M20. 1 模擬輸入壓力值存儲 VD128 空壓 機(jī)組 1 定溫報(bào)警位 M20. 2 壓力下限存儲 VD132 空壓 機(jī)組 1 定溫?cái)嚯娗袚Q位 M20. 3 空壓 機(jī)組 1軸承溫度 VD1 空壓 機(jī)組 2 軸溫報(bào)警 M20焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xix 80 位 . 4 空壓 機(jī)組 1定子溫度 VD184 空壓 機(jī)組 2 軸溫?cái)嚯娗袚Q位 M20. 5 空壓 機(jī)組 2軸承溫度 VD188 空壓 機(jī)組 2 定溫報(bào)警位 M20. 6 空壓 機(jī)組 2定子溫度 VD192 空壓 機(jī)組 2 定溫?cái)嚯娗袚Q位 M20. 7 手動報(bào)警 VD196 414 輸入輸出外部接線 CPU226 接線規(guī)則如下: ( 1) DC輸入端中 1M、 ~ 為第 1組, 2M、 ~ 2組組成, 1M、 2M 分別為各級公共端。 DC24V 的負(fù)極接公共端 1N 或 2M。輸入開關(guān)的一端接天 DC24V 的正極,輸入開關(guān)的另一端連接到 CPU226 各輸入端。 DC 輸出端中 1M、 1L+、 ~ 為第 1 組, 2M、 2L+、 ~ 為第 2 組組成。1L+、 2L+分別為公共端。第 1 組 DC24V 的負(fù)極接 1M端,正極接 1L+端。輸出負(fù)載的一端接到 1M端,輸出負(fù)載的另一端接到 CPU226 各輸出端。第 2組的接線與第 1組相似。接繼電器輸出端的 1L端。負(fù)載的另一端分別接到 CPU226 各繼電器輸出端子。第 2 組的接線與第 1組相似。根據(jù)接線規(guī)則, PLC 輸入 /輸出接線和變頻器接線
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