【正文】 程只讀存儲(chǔ)器 EEPROM。 （ 2）只讀存儲(chǔ)器 ROM。 PLC 的優(yōu)點(diǎn)： 1． 可靠性高抗干擾能力強(qiáng) 2． 配套齊全功能完善實(shí)用性強(qiáng) 3． 易學(xué)易用深受工程技術(shù)人員歡迎 4． 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維修方便，容易改造 5． 體積小，重量輕，能耗低 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域： 1． 開關(guān)量的邏輯控制 2． 模擬量 的控制 3． 運(yùn)動(dòng)控制 4． 過程控制 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 5． 數(shù)據(jù)處理 6． 通訊及聯(lián)網(wǎng) PLC的硬件結(jié)構(gòu) 1． CPU模塊由 CPU和存儲(chǔ)器組成 存儲(chǔ)器又包括： （ 1）隨機(jī)存儲(chǔ)器（讀 /寫存儲(chǔ)器） RAM。 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。 W i n c c 上 位 機(jī)S 7 2 0 0 P L CM P I 通 訊P R O F I B U S 總 線溫度 圖 23 系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu) 圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3 章 精餾系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件配置 溫度控制系統(tǒng)的主要硬件組成：帶有 WINCC 和有 STEP7Micro 軟件的計(jì)算機(jī)、 PLC、 PROFIBUS 數(shù)據(jù)線、塔內(nèi)加熱絲。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。 精餾塔再沸器回 流 罐冷 凝 器M塔 頂 產(chǎn) 品塔 底 產(chǎn) 品原 料 圖 22 精餾系統(tǒng)的工藝流程圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 精餾塔的控制系統(tǒng)要求具有實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，還要具有歷史數(shù)據(jù)的記錄。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。按照下式可以得到總板效率 ET，其中NP 為實(shí)際塔板數(shù)。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]。理論板僅用作衡量實(shí)際板分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。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。引入理論板的概念，可使問題簡(jiǎn)化 。 精餾操作涉及氣、液兩相間的傳熱和傳質(zhì)過程。 M1， M2——分別為純組份 1 和組份 2 的摩爾質(zhì)量， kg/kmol。 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． ℃ ）。 Cpm——進(jìn)料液體在平均溫度（ tF + tBP） /2 下的比熱， J/（ mol ℃ ）。 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， ℃ 。加料板以下（包括加料板）的塔，即塔的下半部完成了下降液體中難揮發(fā)組分的提濃，除去了易揮發(fā)組分，因而稱為提餾段。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）。 4．由第 n+1 板上升的蒸汽量為 Vn+1，組成為 yn+1，溫度為 tn+1。 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） 12 圖 21 第 N 板質(zhì)量和熱量衡算圖 塔板的形式有多種，最簡(jiǎn)單的一種是板上有許多小孔（稱篩板塔），每層板上都裝有降液管，來自下一層（ n+1 層）的蒸汽通過板上的小孔上升，而上一層（ n1 層）來的液體通過降液管流到第 n 板上，在第 n 板上汽液兩相密切接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。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。 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。 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。精餾是分離液體混合物的典型單元操作，它是通過加熱造成氣、液兩相物系，利用物系 中各組分揮發(fā)度不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離的目的。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?；旌衔锟煞譃榉蔷辔锵岛途辔锵?。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)。 3． 組態(tài)軟件技術(shù) 組態(tài)軟件技術(shù)監(jiān)控軟件選取西門子 公司的 SIMATIC 件。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。由于它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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。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。 4． 進(jìn)行精餾溫度控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)的研究。 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)。要求當(dāng)物料進(jìn)入精餾塔時(shí)，塔釜的溫度可控并且溫度恒定，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。 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。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)。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。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。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。同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有千差萬別，這需要深入分析特性，結(jié)合具體塔的特點(diǎn)， 進(jìn)行自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)和研究。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。靈敏板是當(dāng)外界條件或負(fù)荷改變時(shí)精餾塔內(nèi)溫度變化最靈敏的一塊塔板。 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）。精餾塔塔釜溫度控制的穩(wěn)定與否直接決定了精餾塔的分離質(zhì)量和分離效果，控制精餾塔的塔釜溫度是保證產(chǎn)品高效分離，進(jìn)一步得到高純度產(chǎn)品的重要手段。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?？梢栽谒敚ɑ蛩└浇囊粔K塔板上檢測(cè)出該板溫度，再在靈敏板上也檢測(cè)出溫度，由于壓力波動(dòng)對(duì)每塊塔板的溫度影響是基本相同的，只要將上述檢測(cè)到的兩個(gè)溫度相減，壓力的影響就消除了 [3]。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。控制策略與精餾段溫度控制類似。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。也可將塔釜采洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 出量作為操縱變量。 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。由于石油化工過程中精餾產(chǎn)品大多數(shù)是碳?xì)浠衔锏耐滴?，在一定塔壓下，溫度與成分之間仍有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，誤差較小。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。（ 3）當(dāng)塔兩端產(chǎn)品均需按質(zhì)量控制時(shí)，一般對(duì)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(duì)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。 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。 此外，精餾過程必須從經(jīng)濟(jì)效益來衡量，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，能量消耗盡可能要 小，經(jīng)濟(jì)效益要盡可能的大 [2]。 4． 控制能耗和經(jīng)濟(jì)效益 石油化工的能耗約占全國工業(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。例如：可設(shè)置進(jìn)料的溫度控制、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 加熱劑和冷卻劑的壓力控制、進(jìn)料量的均勻控制系統(tǒng)等。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。就是說塔的操作壓力不能過大，否則會(huì)影響塔內(nèi)汽液平衡，容器的安全無法保證，嚴(yán)重越限時(shí)甚至?xí)绊懙桨踩a(chǎn)。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)上升蒸汽速度過低時(shí)，不能托起上層的液相，會(huì)造成漏液現(xiàn)象，精餾操作不能正常進(jìn)行，塔板效率下降。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?？刂撇僮鞣霞s束條件為了保證正常操作，滿足穩(wěn)定和安全運(yùn)行，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值作為約束條件。 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。由于目前被測(cè)物料種類繁多，還不能相應(yīng)地生產(chǎn)處多鐘測(cè)量滯后小而又精確的分析儀表。但是，產(chǎn)品組分含量并非越純?cè)胶茫蚴羌兌仍礁?，?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)。 1． 控制產(chǎn)品質(zhì)量 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量，是指塔頂或塔釜產(chǎn)品的純度要符合要求。 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。 近 20年來，有關(guān)精餾過程的自動(dòng)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(cè)控制、推理控制和魯棒控制算法，進(jìn)行精餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；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(jì)，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。 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。其他如大孔徑篩板、雙孔徑篩板、穿流式可調(diào)開孔率篩板、浮閥－篩板復(fù)合塔盤，以及噴杯塔盤、角鋼塔盤、旋流塔盤、噴旋塔盤、旋葉塔盤等多種塔型和金屬鞍環(huán)填料的流體力學(xué)性能、傳質(zhì)性能和幾何結(jié)構(gòu)等方面的試驗(yàn)工作，也在進(jìn)行，有些已取得了一定的成果或用于生產(chǎn)。近年來，參考國外塔設(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。隨著這些裝置引進(jìn)的新型塔設(shè)備，不僅在操作、使用這些設(shè)備方面提供了大量的第一手資料，還帶動(dòng)了塔設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)工作，加速了這方面的技術(shù)開發(fā)。 我國塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)漫長的過程。屬于規(guī)整填料的有：蘇采爾填料（ Sulzer packing）、重疊式絲網(wǎng)波紋板填料、重疊式金屬波形板填料、格利希柵格填料（ Glitsch grid）、格子填料、拉伸金屬板網(wǎng)填料、塑料蜂窩填料、 Z 形格子填料、 Perform 噴射式填料和脈沖填料（ Impulse packing）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(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。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