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塑料 裂解炉 控制系统 设计

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塑料裂解炉控制系统设计,塑料,裂解炉,控制系统,设计

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塑料裂解炉电气系统设计机电082班：王宇 指导教师：张强（陕西科技大学职业技术学院 陕西 西安 710021）摘要：裂解炉是一种废塑料再生利用成套技术中的关键设备，用于废塑料热裂解工艺的规模化生产。设计中采用的是一种滚筒式三段连续进料裂解的塑料热裂解炉，采用PLC对整个系统的各项参数进行控制。需要检测控制的主要参数为料位和碳渣位，裂解炉各监测点的温度值，裂解气压力值和电机的速度反馈。采用PID控制来实现对于温度模拟量的控制，从而实现对各变频电机的调速来稳定各监测点的温度值。整个系统的参数设置和显示以及对系统的实时调节均采用触摸屏来实现。关键词：裂解炉，塑料，PLC，触摸屏，PID Plastic Cracking Furnace Control System DesignABSTRACT：Plastic cracking furnace is a waste plastic recycling of key equipment in complete sets of technology for large-scale production of waste plastics pyrolysis process. Used in the design is a drum type continuous feeding cracker of plastic thermal cracking furnace, and using PLC to control the parameters of the whole system. The material height and a high degree of carbon residue, temperature of the cracking furnace monitoring points, cracked gas pressure and the feedback of the motor speed are the main detection and control parameters. Using PID control the temperature analog quantity, and through the control of variable frequency motor speed to stabilize the temperature for each monitoring point. In order to achieve the parameter setting and display of the entire system and the real-time adjustment of the system used the touch screen technology in this design.KEYWORDS: cracking furnace, plastics, PLC, touch screen, PID1废塑料的回收利用 目前，塑料废物的回收再利用受到不同种类的塑料不能混合在一起的限制，再循环塑料的质量也可能较差。而新技术的整个过程非常简单，把塑料碎片扔进一个熔炉，加热，就可以把塑料转化成直径几微米的纯碳球，而这些微型碳球可传导热和电而且从轮胎到电池再到润滑剂，它可能应用广泛。只要在炉内充满惰性气体而不是空气，塑料中的氢元素还会变成氢气，之后把氢气收集起来用作氢燃料。2 塑料热裂解装置2.1塑料裂解炉的原理塑料裂解炉的原理涉及一种将废弃塑料裂解成柴油和汽油的裂解装置。主要是为解决现有的废塑料裂解炉生产不能连续进行，生产效率低，使用寿命短的问题而设计的。在工厂里热裂解技术生产乙烯。烃和蒸汽混合物在裂解炉中进行热裂解，形成富含乙烯和其它烯烃的复杂混合物，也生产出粗裂解汽油和燃料油。废旧塑料裂解所使用的反应器主要有挤出式、搅拌式和流化床等3种。2.2塑料裂解炉的工作流程 塑料裂解炉的工作流程:先将不用的废旧塑料清洗、破碎，然后通过进料段放入裂解炉内进行热裂解。最后将裂解气和碳渣从出渣段排出。排出的碳渣可以加工成工业原料，也可以通过化学脱色，精馏最后加工成汽油、柴油和煤油等。3控制系统硬件设计 控制器选用西门子S7-200型PLC，人机界面采用维纶触摸屏MT8000。检测元件有12个热电偶、2个压力传感器，8个料位开关；对于电机的速度调节采用ABB变频器，变频器数量为4个。其中变频器的型号为ACS355，变频的辅助元器件有：隔离开关，电涌保护器，熔断器，交流接触器，输入电抗器，输入滤波器和制动电阻等。根据的I/O口分配选择plc的型号为s7-200中的CPU226CN，根据所驱动元器件的功率选择三相电机的型号。对于整个控制系统，还需要用到很多保护元器件：热继电器，断路器，隔离安全栅，隔离变压器，散热风扇和开关电源等。详细的元器件的型号见元器件列表。4控制程序的设计4.1裂解炉控制要求裂解炉用于进行废塑料的热裂解反应。总体方案采用可连续生产的三段式螺旋结构，第一段是进料段，用于将塑料颗粒送入裂解反应区；第二段是裂解段，是实现裂解反应，产生气体、油及残渣；第三段是排渣段，排出裂解产生的炭渣。裂解产生的气体送往冷凝装置。根据裂解工艺要求，物料的裂解温度控制在500550。裂解炉采用高温空气加热裂解段炉体，物料与炉体接触，对物料实现传导加热。物料在裂解段的温度取决于以下因素：与物料接触的炉体温度、物料在裂解段的通过速度、热量在物料中的交换效率；在裂解炉运转过程中，必须控制炉体温度，保证炉体温度达到要求。炉体温度的控制变量为引风量和风温。塑料裂解后生成的可燃气体，要保证裂解炉的密封要求。为达到该要求，裂解炉进料段和排渣段的螺旋采用变螺距结构，使物料在输送过程中受压缩实现密封。在运行过程中，需监视料位和渣位的上下限。4.2系统控制方法 （1）温度控制方案：需要监控的温度主要是炉筒壁和物料裂解的温度值，设计中采用PID算法对温度值进行控制，控制过程主要是通过采集的温度值与给定值的消除余差的方式来实现对引风机、进料电机和裂解电机的转速控制，从而实现对温度的调节。 （2）安全监控：需要进行安全监控的主要有物料和碳渣的上下限、进料段的温度值、热风道入口温度值和裂解气的压力值。对于物料和碳渣的高度监控主要采用8个料位开关进行检测，保证料位和碳渣维持在安全范围。对于进料段的温度值采用1个热电偶对进料段末端筒壁内侧进行温度监控，保证物料在进料段的安全（进入裂解段钱，不能出现溶解现象）。对于热风道入口温度值的检测采用两个热电偶采集相应数据，当温度值异常过高时停止引风机并启动水冷装置。对于裂解气的压力值在收集处采用两个压力传感器进行检测，但裂解气压力过高时报警。4.3控制系统的程序组成 控制系统的程序组成：主程序OB1、模块初始化检查程序SBR0、温度处理程序SBR1、压力处理程序SBR5、转速反馈处理程序SBR6、安全监控程序SBR7。其中温度处理程序还包含子程序，温度模拟量采集程序SBR2、温度数据比较程序SBR3、温度转换实际值程序SBR4。主程序的设计流程如下图所示。调用子程序6进行转速反馈处理主程序结束主程序开始调用子程序0模块初始化检查调用子程序1进行温度处理调用子程序5进行压力处理调用子程序7进行安全监控 图4-1 主程序流程控制程序的设计重点为温度的采集和处理以及相应的控制方法。温度数据的采集主要采用一种填表的方式，在5S周期内每个热电偶采集10个数据，将10个数据去掉最大和最小后求平均值，然后根据公式将其转换为实际温度值。温度的控制主要采用PID控制，将采集量作为过程变量，然后设置给定值，输出电信号控制相应的变频器对电机进行调速。5触摸屏设计本设计中采用维纶触摸屏MT8000，触摸屏程序的编写采用eb8000编程软件。利用eb8000编程软件总计设计8个操作界面。界面及其功能如下。（a）主菜单：在此界面包含系统上电、裂解炉停机、引风机停机、系统急停按钮，及其相应的信号指示，通过此界面可以进入任意一个子菜单进行操作。（b）手动模式：通过此界面可以手动启动变频器和电机，可以显示各电机和变频器的启动信号（c）参数设置模式：对个温度PID控制的各参数进行设置（d）故障诊断：显示故障的事件和原因以及相应的报警信号。（e）温度监控：显示各热电偶所检测到的温度值。（f）物料温度趋势：显示物料温度的变化曲线和当前温度值。（g）炉壁温度趋势：显示炉壁温度的变化曲线和当前温度值。（h）转速和压力显示：显示当前裂解气压力和各变频电机转速值。6小结塑料裂解炉是是废塑料再生设备，用于塑料裂解回收的规模化生产。在其控制系统的设计中主要涉及到信号的采集和处理以及PLC控制器对相关信号做出的控制。其中信号采集的难点主要是温度信号，当然这也是整个裂解炉的核心控制部分，温度的控制采用比较常见的PID控制，结合比例、积分和微分3种方法对温度采集量进行控制，从而使所需要的检测位置保持在设定范围。而其他安全监控通过相对的传感器检测信号，然后PLC做出相应的控制过程。设计中采用维纶触摸屏作为操作界面，可以显示实时数据，参数设置和系统的动态调节