【正文】 壓力報警原理圖如圖 34所示： A / D 轉 換P L C控 制 信 號報 警裝 置反 應 釜 壓 力壓 力 測 量 變送 器給 定 壓 力上 限 圖 34 壓力報警原理圖 本設計采用成都維克安科技有限公司的氣體壓力報警器（全不銹鋼材質 120 分貝報警器）。反應壓力的改變實質上是溫度變化的前奏，而壓力的變化及其測量變送都要比溫度的變化和測量快 ，反應壓力作為安全報警，不僅可以作為對反應器安全的判斷指標，而且它的測量變送快的特點，使得采取安全措施的時間留有一定的裕度。反應壓力隨反應溫度變化，反應溫度下降，反應壓力也下降；反應溫度上升，反應壓力也上升，反應劇烈進行時溫度繼續(xù)升高，壓力還會急劇升高。它與工業(yè)生產密不可分，分為機械式報警裝置和電子報警裝置，經常應用于系統故障、安全防范、交通運輸、醫(yī)療救護、應急救災、感應檢測等領域。標準信號輸出，抗干擾能力強，適用于遠距離傳輸。傳感器經計算機自動測試并用激光調阻工藝進行全溫度范圍的零點和滿量程補償，使其具有優(yōu)良的溫度特性和良好的靈敏度線性。 本系統選擇 杭州潤辰科技有限公司配套壓力傳感器使用的 PRC906 高溫型壓長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 32 力變送器。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數轉變成標準的電信號（如 420mADC 等）， 以供給指示報警儀、記錄儀、調節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調節(jié)。 本系統選擇北京坤銳測控技術有限公司的SBWR 系列熱電偶、熱電阻溫度變送器。其優(yōu)點是 : 316L 不銹鋼隔離膜片、全不銹鋼結構，高精度、高輸出、高可靠、耐腐蝕性優(yōu)良，外型結構多樣化。 。 ，應該確定量程留有余地?，F代工業(yè)中壓力檢測儀表由于測量的條件和精度不同分為四類：彈性式壓力表、液柱式壓力表、電氣式壓力表和活塞式壓力表。 熱 電 阻或 熱 電 阻測 量 單 元信 號 處 理和 轉 換 單 元顯 示 單 元現 場 總 線輸 出 信 號長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 31 壓力傳感器選型 在現代工業(yè)生產過程中，壓力的檢測和控制是保證工藝要求、生產設備和人身安全的必要條件。它具有以下優(yōu)點：工作環(huán)境溫度寬；高精度冷端補償電路，全溫度范圍絕對誤差177。并將信號送顯示儀表或調解器實現對溫度的顯示或自動控制。 溫度變送器選型 溫 度變送器由基準單元、 R/V 轉換單元、線性電路、反接保護、限流保護、 V/I轉換單元等組成。它采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯 F46，適用于石油化工各種腐蝕性介質中測溫，是反應釜等惡劣環(huán)境下的專用測溫儀表，防腐效果和使用壽命經國內諸多企業(yè)長期使用事實驗證。 1℃知，若所選量程范圍為 50～ 150℃，則其精度等級為 %。在 50℃ ~150℃范圍內，銅電阻值與溫度的線性關系可用下式 36 表示： ? ?tRRt ??? 10 (式 36) 式中， tR 與 0R 分別為 t(單位為℃ )與 0℃時的電阻值； ? 為銅電阻溫度系數， ???? ℃1。其中銅電阻由于銅易于加工提純，價格便宜，而且電阻與溫度幾乎呈線性關系。 熱電阻溫度計是利用導體或半導體的電阻值隨溫度而變化的性質來測量溫度的。 當測量低于 150℃的溫度時，由于熱電偶輸出的熱電動勢很小，故本系統采用熱電阻 溫度傳感器。 接觸式測溫儀器目前在工業(yè)生產和科學研究領域得到廣泛應用的主要是熱電偶和熱敏電阻溫度計。 測量溫度的方 法很多，從測量體與被測介質接觸與否來分，有接觸式測溫和非接觸式測溫兩類。 溫度傳感器選型 溫度是工業(yè)生產過程中最常見、最基本的參數之一。被檢測參數性質的不同 ，準確度要求、響應速度要求的不同以及對控制性能要求的不同都影響檢測、變送器的選擇，要從工藝的合理性、經濟性加以綜合考慮。對被控參數迅速、準確地測量是實現高性能控制的重要前提。其規(guī)格參數為：輸入信號 4～ 12mA， 12～ 20mA；輸出信號 20～ 100kPa；氣源壓力 140kPa；行程范圍 直行程 10～ 100mm；耗氣量 450L/h。本系統的分程控制是調節(jié)閥異向動作的分程控制，如圖 32所示： 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 28 圖 32 調節(jié)閥異向動作圖 根據各調節(jié)閥的動作方向可知，熱水閥 S6 為氣開型閥門，對應的閥門定位器應選擇輸入信號為 12～ 20mA，冷水閥 V V8 為氣關型閥門，對應的閥門定位器應選擇輸入信號為 4～ 12mA。 分程控制是通過閥門定位器或電 氣閥門定位器來實現的。反作用閥門定位器的輸入信號增加時，輸出信號減小，因此，增益為負。 按閥門定位器輸出和輸入信號的增益符號分為正作用閥門定位器和反作用閥門定位器。智能電氣閥門定位器它將控制室輸出的電流信號轉換成驅動調節(jié)閥的氣信號，根據調節(jié)閥工作時閥桿摩擦力，抵消介質壓力波動而產生的不平衡力，使閥門開度對應于控制室輸出的電流信號。氣動閥門定位器的輸入信號是標準氣信號，例如， 20100kPa 氣信號，其輸出信號也是標準的氣信號。 閥門定位器按其結構形式和工作原理可以分成氣動閥門定位器、電 氣閥門定位器和智能式閥門定位器。本文中選用的各調節(jié)閥的具體特性和選型如表 35 所示： 表 35 調節(jié)閥選型一覽表 閥門編號 作用方式 流量特性 公稱通徑（ mm） 額定流量系數 彈簧壓力范圍（ Pa） 供氣壓力（ M Pa） 產品型號 S6 氣開型 對數型 20 20100 ZMAP 標準型 V7 氣關型 對數型 20 20100 ZMAP 標準型 V8 氣關型 對數型 20 20100 ZMAP 標準型 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 27 閥門定位器選型 閥門定位器是調節(jié)閥的主要附件，通常與氣動調節(jié)閥配套使用，它接受調節(jié)器的輸出信號，然后以它的輸出信號去控制氣動調節(jié)閥，當調節(jié)閥動作后，閥桿的位移又通過機械裝置反饋到閥門定位器，閥位狀況通過電信號傳給上位系統。它適應與對泄漏量要求嚴格、閥前后壓差低及有一定粘度和少量纖維介質的場合， ZMAP 標準型使用溫度為： 17℃到 230℃； ZMAPG散熱型使用溫度為： 230℃到 450℃； ZMAPD 低溫型使用溫度為： 196℃到 60℃。 ZMAP 氣動薄膜單座調節(jié)閥由氣動薄膜多彈簧執(zhí)行機構和單座閥組成。 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 26 在本系統中，考慮到以上安全生產情況的需要：當熱水閥 S6 輸入信號為零或調節(jié)失靈時，應防止蒸汽進入反應器誘發(fā)反應進行使溫度不斷升高產生危險，所以應選用氣開形式；而當冷水閥 V V8 輸入信號為零或調節(jié)失靈時，為保證生產安全應使閥處于打開狀態(tài)以阻止反應器內溫度的上升，所以應選用氣關形式。所謂氣開式，即當氣動執(zhí)行器輸入壓力p 時，閥開始打開，也就是說有信號壓力時閥開，無信號壓力時閥關。 應選擇單座閥 gD =20mm， gd =12mm。 由流通能力的公式 35為： pqC V ?? ? （式 35） 式 35中， Vq 為流體的體積流量； ? 為流體重度； p? 為調節(jié)閥前后壓差。 調節(jié)閥的 gD 和 gd 是根據計算出來的流通能力 C來選擇的。 對通過調節(jié)閥的流體流量的控制，是通過改變其閥芯與閥座之間的流通及截面積大小，即改變其阻力大小來達到的。 12302 04 06 02 04 06 08 01 0 08 0 1 0 0l / L ( % )q/qmax(%)4長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 25 調節(jié)閥口徑選擇 在 過程控制系統中，調節(jié)閥的 gD （公稱直徑）、 gd （閥座直徑）必須很好地選擇，在正常工況下要求調節(jié)閥開度處于 15％～ 85％之間。所以當過程特性為非線性時，應選用對數 流量特性的調節(jié)閥，否則就使用直線特性的調節(jié)閥。它們的理想流量 特性曲線如圖 31 所示 : 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 24 圖 31 理想流量特性曲線 1快開 2直線 3拋物線 4對數 工作流量特性，就是在實際工程使用中，調節(jié)閥兩端的壓力差 ??p 常數，此時調節(jié)閥的相對開度和相對流量的關系。 ：是指單位相對行程的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量的平方根成正比關系。其數學表達式 33為： ? ?? ?m axm ax q qKLld qqd ? （式 33） 對數流量特性在控制系統中是有利的。 ：是指調節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關 系，即單位位移變化多引起的流量變化是一個常數，其數學表達式 32 為： ? ?? ? KLld qqd ?max (式 32) 式 32中 K為常數，即執(zhí)行器的放大系數。不同的閥芯曲面可以得到不同的理想流量特性。理想流量特性，就是在閥前后壓差為一定的情況下（ ??p 常數）得到的流量特性。 執(zhí)行器的流量特性是指被控介質流過閥門的相對流量與閥門的相對開度之間的關系，得式 31為： 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 23 ??????? Llfqqmax (式 31) 式 31中maxqq 為相對流量，即執(zhí)行器某一開度流量與全開流量之比； Ll 為相對開度，即執(zhí)行器某一開度行程與全開行程之比。 調節(jié)閥流量特性選擇 在 過程控制工程中，執(zhí)行器的流量特性將直接影響系統的穩(wěn)定性和控制質量。氣動執(zhí)行器具有結構簡單，動作可靠，性能穩(wěn)定，維修方便，價格便宜，適用于防火防爆場合等特點，它不僅能與 QDZ 儀表配用，而且通過電 氣轉換器或閥門定位器與 DDZ 儀表配用，廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、輕 紡等工業(yè)部門。 ⒊選擇合適的調節(jié)閥開、關形式。 ⒉選擇合適的流量特性： 調節(jié)閥流量特性的選擇一般分為兩步進行。在過程控制中，使用最多的是氣動執(zhí)行器，其次是電動執(zhí)行器，較少采用液動執(zhí)行器。實踐證明，在過程控制系統設計中，若調節(jié)閥特性選用不當，閥門動作不靈活，口徑大小不合適，都會嚴重影響控制質量。 ：當實際應用變化時， PLC 可以相應地進行擴展，并可非常容易的調整用戶程序。 。它只能提供 2路模擬量輸出點數，因此選用 2 個 EM232 CN 模擬量輸出模塊。 5V）并且可以提供 4路模擬量輸入。 EM231 CN 模擬量輸入模塊有 5 檔量程（ DC 010V、 05V、 020mA、177。模擬量 I/O 模塊的主要任務是實現 A/D 轉換（模擬量輸入）和D/A 轉換（模擬量輸出）。 模擬量擴展模塊選擇 本文中系統有 3 個模擬量輸入， 3個模擬量輸出，而所選 S7200 PLC 的 CPU只能處理數字量，因此需配合使用模擬量擴展模塊。但模塊式具有功能擴展靈活，在 I/O 點數、輸入點數與輸出點數的比例、 I/O 模塊的種類等方面選擇余地大，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點。整體式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸整體。模塊插在模塊插座上，模塊插座則焊在機架中的總線連接板上，有不同槽數 的機架供用戶選用，如果一個機架容納不下選用的模塊，可以增設一個或數個擴展機架，各機架之間用接口模塊和電纜相連。 結構選擇 根據硬件結構的不同，可以將 PLC 分為整體式、模塊式和混合式。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 6 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器 。可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數字量 I/O點或 35 路模擬量 I/O 點。 本文根據 I/O 點數和性價比綜合考慮可選擇 CPU224CN。 各種機型配置一覽表見表 32。 S7200CN 系列可編程控制器可以分為 4個不同的基本型號 8種 CPU。 S7200 系列可編程控制器 (簡稱 PLC)是西門子公司 1995 年底推出的新一代微型 PLC，由于其性能價格比極高，目前已經在各個領域得到廣泛的應肉用。 系統所需的輸入輸出量可見表 31。 由于模擬量的輸入是溫度測量變送裝置或壓力測量變送裝置傳遞來的 420mA直流電流信號，模擬量的輸出信號控制直流電流輸入的氣動調節(jié)閥，所以應選用直流電流形式的模擬量輸入輸出模塊，其量程均為 420mA，考慮到精度要求和成本應選