【正文】 到一定溫度后由于化 學(xué)長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 反應(yīng)的放熱，如果不及時移去反應(yīng)熱，將使反應(yīng)劇烈超出正常范圍，易引起“爆聚”或產(chǎn)生安全閥跳；加入過量冷水又將使反應(yīng)激落，甚至造成“僵釜”現(xiàn)象，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，嚴(yán)重時還會危及工作人員的生命安全。不同生產(chǎn)工藝要求下的溫度控制方案也有所不同。反應(yīng)釜內(nèi)的特征參量一般為溫度、壓力、濃度等，對這些參數(shù)控制的好壞直接影響生產(chǎn)物的質(zhì)量。 連續(xù)攪拌反應(yīng)釜（ Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR）是一種復(fù)雜的非線性化學(xué)反應(yīng)器，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于化工、發(fā)酵、石油生產(chǎn)、生物制藥等工業(yè)生產(chǎn)過程中，成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要化工設(shè)備之一。就結(jié)構(gòu)形式看，有釜式、管式、塔式、固定床、流化床反應(yīng)器等；按傳熱情況看，分為絕熱式和非絕熱式反應(yīng)器。 作者簽名： 日 期： 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 目 錄 第 1 章 概 述 ................................................... 1 課題研究背景及意義 ........................................ 1 反應(yīng)器概述 .............................................. 1 溫度控制概述 ........................................... 1 本設(shè)計的主要工作 .......................................... 2 第 2 章 控制方案選擇 .............................................. 3 工藝流程概述 .............................................. 3 工藝過程分析 .............................................. 4 控制方案設(shè)計 .............................................. 4 PID 分程控制方案 ........................................... 5 PID 控制原理 ............................................ 5 數(shù)字 PID 控制算法 ....................................... 7 數(shù)字 PID 控制器參數(shù)整定 ................................. 9 分程控制系統(tǒng)原理 ...................................... 11 串級控制方案 ............................................. 12 串級控制系統(tǒng)原理 ...................................... 12 串級控制系統(tǒng)特點(diǎn) ...................................... 13 串級控制方案綜述 ...................................... 15 串級 PID 分程控制方案的實(shí)施 ............................... 15 串級 PID 分程控制方案控制流程圖 ........................ 15 串級 PID 分程控制方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ...................... 16 控制過程分析 .......................................... 17 第 3 章 硬件設(shè)備選型 ............................................ 18 PLC 選型 .................................................. 18 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） V I/O 選擇 ............................................... 18 PLC 型號選擇 ........................................... 19 結(jié)構(gòu)選擇 .............................................. 20 模擬量擴(kuò)展模塊選擇 .................................... 21 調(diào)節(jié)閥選型 ............................................... 21 調(diào)節(jié)閥類型確定 ........................................ 22 調(diào)節(jié)閥流量特性選擇 .................................... 22 調(diào)節(jié)閥口徑選擇 ........................................ 25 作用方式選擇 .......................................... 25 調(diào)節(jié)閥型號選擇 ........................................ 26 閥門定 位器選型 ........................................... 27 檢測變送器選型 ........................................... 28 溫度傳感器選型 ........................................ 29 溫度變送器選型 ........................................ 30 壓力傳感器選型 ........................................ 31 壓力變送器選型 ........................................ 31 報警裝置選型 .......................................... 32 系統(tǒng)硬件連接 ............................................. 33 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................ 36 控制流程圖設(shè)計 ........................................... 36 主程序流程圖設(shè)計 ...................................... 36 保溫子程序流程圖設(shè)計 .................................. 39 報警子程序流程圖設(shè)計 .................................. 40 控制梯形圖設(shè)計 ........................................... 41 第 5 章 監(jiān)控界面設(shè) 計 ............................................ 43 系統(tǒng)仿真設(shè)計 ............................................. 43 總 結(jié) .......................................................... 46 致 謝 .......................................................... 47 參考文獻(xiàn) ........................................................ 48 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） VI 附錄 1：攪拌釜微機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖 .............................. 49 附錄 2：攪拌釜微機(jī)控制系統(tǒng)梯形圖程序 ............................ 49 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 概 述 課題研究背景及意義 反應(yīng)器概述 反應(yīng)器，是任何化學(xué)品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，主要給化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)提供場所，決定了化工產(chǎn)品的品質(zhì)、品 種和生產(chǎn)能力。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 關(guān)鍵詞： 溫度 反應(yīng)器 串級 PID 西門子 S7200PLC 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract In the industrial process, temperature is one of the most mon control parameters, reactor temperature control system is a typical temperature control system. The temperature control effect will influence the production efficiency and product quality, if it is not controlled properly, process equipment will be damaged, even personal safety will be threatened. Thus the reactor temperature control is essential. Continuous stirred tank reactor is the key equipment in chemical production, it is a plicated control object with a large time delay, nonlinearity,timevarying characteristics and drastic changes and large amplitude disturbance. Combined with the control requirements, in this paper I design the cascade PID control scheme after a careful analysis of the production hardware and software selection are done following the selection of control scheme. As to hardware, the S7200 PLC of Siemens is chosen, and the corresponding software STEP7 is chosen for work for the simulation. Keywords： temperature cascade PID Siemens S7200 PLC 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） III 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。硬件上選用西門子公司的 S7200 PLC，并用相應(yīng) 的 STEP7軟件編程。結(jié)合控制要求，通過分析工藝流程，本論文設(shè)計了串級 PID 分程控制方案。因此反應(yīng)器溫度的控制至關(guān)重要。長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 在工業(yè)過程中，溫度是最常見的控制參數(shù)之一，反應(yīng)器溫度控制是典型的溫度控制系統(tǒng)。對溫度的控制效果將影響生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，如果控制不當(dāng)，將損害工藝設(shè)備，甚至對人身安全造成威脅。 連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器是化學(xué)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，是一個具有大時滯、非