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塑料 裂解炉 控制系统 设计

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39塑料裂解炉控制系统设计1概述1.1 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。在高度发展的今天，人类的使用材料，由最开始的青铜时代到铁器时代，一直延伸到现在，使用材料一直不断的变化着。但是各种材料的变化，使用程度，推广程度，都与这个时代的命脉息息相关。而在现在这个时代，随着现代化的加剧，进一步加深工业化，自动化的过程，已经由金属材料逐渐由其他的材料代替，其他的材料的比重不断增加。经过几十年的发展，注塑工业的发展十分迅速，各种类型的注塑机都与之产生，以便满足不同的要求，不同的生产工艺。顾名思义，塑料是一类具有可塑性的合成高分子材料。它与合成橡胶、合成纤维形成了当今日常生活不可缺少的三大合成材料。具体地说，塑料是以天然或合成树脂为主要成分，加入各种添加剂，在一定温度和压力等条件下可以塑制成一定形状，在常温下保持形状不变的材料。 说道塑料的应用前景，就不得不谈塑料的组成。单纯的树脂，如聚乙烯、聚苯乙烯等，称为单一组分塑料。有些塑料除了合成树脂之外，还含有其他辅助材料，如增塑剂、稳定剂、着色剂、各种填料等，称为多组分塑料。 合成树脂是指以煤、电石、石油、天然气以及一些农副产品为主要原料，先制得具有一定合成条件的单体)，进而通过化学、物理等方法合成的高分子。这类化合物的特性类似天然树脂(如松香、琥珀、虫胶等)，但性能又比天然树脂更加优越。 随着中国塑料工业的发展，近几年来中国塑料机械工业的年增长率都在30%左右，利润率增长也远高于工业总产值的增长，是中国机械行业中增长最快的产业之一。目前中国生产的塑料加工机械已可以满足国内的基本需要，但与世界先进水平相比，中国塑料加工机械在质量稳定性、自动化程度等方面还有一定差距。据不完全统计，2002年中国塑机业产值大约为100亿元左右，而同期国内巿场需求大约在200亿元，还有很大的巿场空间。注塑机：注塑机是中国产量和应用量最大的塑机品种，也是中国塑机出口的主力。上个世纪五十年代后期，中国生产出了第一台注塑机，不过由于当时设备的技术含量较低，只能用通用塑料来生产技术要求较低的日用品，如塑料盒、塑料桶、塑料盆等。 1.2塑料裂解的发展前景2011年我国国内废塑料回收量已高达1500万吨，进口废塑料也达到900万吨。废塑料行业规模较大，但大中型废塑料回收再生企业数量仍不多，从事塑料回收再生加工的多以小企业为主，目前至少有2万多家，大多分布在城乡结合处及周边。从各地政府今年的动作来看，吴凌云认为未来废塑料行业的发展趋势将是：由低质量、高能耗向高质量、低能耗、多品种、精细分类、高技术的方向发展，再生塑料回收再利用加工交易市场将逐步走向规范经营，提高产业聚集度，进行规模化发展。技术创新能力的提升将推动通用塑料制造业的发展，科技创新和制度管理创新将大大激发市场活力；国有股份制改造，民营经济崛起，通过新的资本运行和资源配置的调整将形成企业发展的动力；内需对塑料经济增长的作用在加大，为中国通用塑料发展新增了市场空间；国家关于农业发展的决定，加强城市化进程、振兴东北老工业基地、开发西部地区等战略，促使塑料工业将随着整个工业的战略转移，未来逐步由两个三角洲地区向中部地区发展，同时实现区域性战略转变；随着社会主义新农村建设、城市化进程的加快，中国城市化率的提高，对塑料管道、异型材、人造革、合成革等一系列塑料制品的快速需求增长的拉动作用，推动通用塑料的大发展。 2011年国内塑料市场供需基本平衡，市场在基本需求的情况下，宏观经济面对市场的影响就显得更为重要。2011年也将是全球经济形势比较复杂、不确定因素较多、变数也较多的一年，国内的通用塑料市场价格振荡幅度可能超过2010年，市场的底部会随原油的上涨逐步提。 总而言之，中国通用塑料前景在国家宏观经济政策强力推动下，发展势头看好。通用塑料工业发展重点是在促进发展方式转变上下功夫，真正把保持通用塑料平稳较快发展和加快发展方式转变有机统一起来；要推进企业节能减排，要增强品牌企业实力，提高产业集中度；要增强自主创新能力，推进关键技术创新与产业化发展；要加快实施技术改造，提高通用塑料工业总体科技水平。裂解炉产品技术工艺师指裂解炉产品的加工制造方法。包括从原料投入到产品包装全过程的原料配方、工艺路线、工艺流程、工艺流程图、工艺步骤、工艺指标、操作要点、工艺控制等。它不包括该裂解炉产品的设备技术和安装技术。1.3本课题的目的和意义塑料裂解炉是一种废塑料再生利用成套技术中的关键设备，用与废塑料热裂解工艺的规模化生产。本课题的任务是研究一种滚筒式塑料热裂解炉，重点完成裂解炉的控制系统设计。裂解炉控制系统的设计不仅需要一定的塑料热裂解工艺的知识，更重要的是需综合运用机械、传感检测、电气及自动控制、计算机等技术。通过本课题的训练，可以培养学生综合运用所学知识解决工程问题的能力，理论联系实际的工作作风，为今后从事实际工作奠定坚实的基础。1.4本课题的主要任务根据裂解炉的工艺要求，拟定电气系统的总体设计方案，基本要求：实时检测物料和炉体的温度、裂解炉内部的压力以及物料的高度；根据裂解工艺对温度控制的要求（500-500摄氏度），对裂解炉的各部分的输送螺旋进行自动控制；实时显示有关工作参数；具有完善的安全保护和报警措施。根据电气系统的总体方案，完成系统硬件选型计算，控制柜设计：各种传感器的选择、变频器的选型、控制器选择，绘制控制柜电气原理图。在上述工作的基础上，完成控制程序设计：温度、压力以及料位检测开关量的信号采集和处理；裂解温度控制算法及程序设计；控制系统其他控制程序的设计。编写设计说明书，整理全套电气原理图、控制程序流程图，要求说明书和设计图表达正确、工作量达到要求。2裂解炉系统总控制方案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。它包括炉体、炉膛、裂解气体出口、经冷凝器、储油罐、可燃气出口、水分罐；炉体卧式放置，炉体前端有进料口，进料口上方有投料漏斗，进料口内有推料活塞，推料活塞外端与杠杆连接，杠杆与减速机动力输出轴上的摇臂连接，减速机有皮带与电机连接，炉体后端有渣箱，炉体内有绞龙，绞龙轴外端有链轮通过链条与减速机连接，该减速机有皮带与电机连接。优点是生产能连续进行，使用寿命长。在垃圾场使用该设备处理不可降解的废塑料，使可降解的有机垃圾可用作农田肥料。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。其它副产品包括丙烯和混合碳四，丙烯和混合碳四象乙烯一样是很有价值的化工原料。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。裂解机理：由饱和或氢含量高的烃原料生成乙烯、丙烯等有用的烯烃的一次裂解反应，基本上取决于反应温度和时间，起决定作用的是较高的反应温度或炉管出口温度。二次反应包括一次反应的产品，因为它们由分子化合而成，它们受反应中分子间距离的影响，换句话说，受烃分压的影响。对于裂解系统，我们把烃和稀释蒸汽混合气体的压力称总压(即表现压力)，烃分压是混合物中烃的压力。高烃分压降低乙烯选择性，所以对于给定原料，降低稀释比(稀释蒸汽/烃)或增加炉出口压力，降低乙烯收率。由于丙烯经一次反应裂解，生成乙烯和甲烷，所以丙烯不受这种方式影响，因此，通过改变稀释蒸汽比和压力来改变丙烯/乙烯比是可能的， 但实际上，这些变量象烃进料流量那样保持不变。所以，产品收率分布的控制主要是通过改变COT或炉出口温度实现。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。图2-1 废旧塑料热裂解处理基本工艺流程2.3塑料裂解炉结构分析2.3.1主炉体的结构分析塑料裂解炉主炉体的结构由物料仓、进料段、裂解段、排渣段、引风机、热风道、进料段冷却水泵、热风道冷却水泵构成。（a）物料仓：用来存储裂解所需的物料。（b）进料段：传递输送所要裂解的物料。（c）裂解段：裂解进料段输进技术研制开发的高性能高节能的新型电炉，有单管、双管、卧式、可开启送的物料，产生裂解气和碳渣。（d）排渣段：排出裂解所产生的碳渣。（e）引风机：产生热风使其进热风道，提供裂解所需热量。（f）热风道：引进热风，加热裂解炉筒壁。（g）进料段冷却水泵：当进料段温度过高时，用来冷却保护进料装置。（h）热风道冷却水泵：当热风道温度过高时，用来冷却风道。2.3.2裂解炉炉体的结构分析裂解炉炉体采用管式炉，管式炉基本概念：管式炉均系采用国际先式、立式、单温区、双温区、三温区等多种管式炉型。管式加热炉通常由以下几部分构成： 辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。 对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。 燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。 通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。 为了便于对标准中一些名词的理解，将管式炉各部分的名称说明如下：炉体：炉子本体。通常分为辐射室和对流室两部分，每部分都由炉墙、炉顶和炉底构成。有对流室置于辐射室之上和置于辐射室之旁的两种形式。辐射室是炉子中以辐射方式传热的部分，以吸收燃料燃烧的辐射热为主对炉管进行加热来完成热交换过程。对流室是炉子中以对流方式传热的部分，以吸收烟气余热对炉管进行对流加热来完成热交换过程；辐射段：辐射室、辐射段炉管和周围操作平台结构的总称；对流段：对流室、对流段炉管和周围操作平台结构的总称；炉壳：炉体上围封炉衬（耐火材料和隔热材料）的金属壳体，由墙板、顶板和底板构成，有筒形和箱形两种；炉墙：炉体的四壁，包括墙板和炉衬；侧墙：长方形炉体的长边炉墙，包括侧墙板和炉衬；端墙：长方形炉体的短边炉墙，包括端墙板和炉衬；炉顶：炉体的顶部，包括炉顶板和炉衬；炉底：炉体的底部，包括炉底板和炉衬；炉膛：燃料在其中进行燃烧的炉内空间；辐射段炉管：置于辐射室中的炉管组件。由于操作温度很高，大多数辐射段炉管采用合金钢材或高温合金材料制造；对流段炉管：置于对流室内的炉管组件。通常由若干管束组成，部分管束的管外带有翅片或钉头，以提高换热效率；炉体配管：管式炉设计范围内的配管工程，包括辐射段炉管和对流段炉管的进出口配管，辐射段炉管和对流段炉管两者之间的配管，辐射段炉管和其它附属设备之间的配管，以及燃烧器配管，仪表空气管道，氮气管道，高、中、低压蒸汽管道和消防水管道等等。2.3.3辅助检测元件（1）料位开关：检测进料段的物料上限和下限。（2）高温料位开关：检测排渣段渣位的上限和下限（3）热电偶：检测进料段底部、裂解炉筒壁、裂解炉物料以及风道进出口的温度。（4）压力传感器：检测收集的裂解气压力。3 控制系统硬件设计3.1变频器及相关元器件3.1.1 变频器概述本设计采用ABB变频器，型号为ACS355。因为有4个电机需要变频调速，故采用4个变频器。（1）变频器运行原理ACS355 是一种用来控制异步交流感应电机和永磁同步电机的变频器，它可以安装到墙上或者柜体中。图3-1显示变频器的主回路简图。整流器将三相交流电压转换为直流电压。中间电路的电容器组稳定直流电压。逆变器将直流电压转换为交流电机使用的交流电压。在电路中的电压超过了最大限值时，制动斩波器将把外部制动电阻连接到中间直流电路。图3-1 变频器的主回路简图（2）动力电缆和控制接口 (a)变频器动力电缆接线如下图3-2所示 图3-2 动力电缆接线图 (b)图3-3显示了ACS355变频器的连线。I/O连接可参数定义图3-3 ACS355变频器的连线(c)ABB标准宏的默认I/O连接如下图3-4所示图3-4 ABB默认I/O连接（3）模拟输入的选择开关S1用来选择模拟输入 AI1和AI2的输入信号是电压信号 (0 2 10 V / -1010 V)还是电流信号 (0 4 20 mA / -2020 mA)。与应用宏的默认用法对应的工厂默认设置是：AI1(0 2 10 V)输入信号是电压信号；AI2 (0 4 20 mA) 输入信号是电流信号。（如下图3-5）图3-5 模拟输入选择 3.1.2 变频器基本元器件（1）浪涌保护器浪涌保护器，也叫防雷器。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。（2）隔离开关 隔离开关的作用是断开无负荷的电流的电路，使所检修的设备与电源有明显的断开点，以保证检修人员的安全，隔离开关没有专门的灭弧装置不能切断负荷电流和短路电流，所以必须在电路在断路器断开电路的情况下才可以操作隔离开关从而起到保护的作用。（3）输入电抗器变频器和调速器在使用过程中，经常会受到来自浪涌电流和浪涌电压的冲击，会严重损坏变频器和调速器的性能和使用寿命，所以要在其前面加装输入电抗器，用以抑制浪涌电压和浪涌电流，保护变频器和调速器，延长其使用寿命和防止谐波干扰，同时由于变频器和调速器是采用变频的方式调速的，所以在调速的时候经常会产生高次谐波和产生波形畸变，会影响设备正常使用，为此，须在输入端加装一个进线电抗器，可以改善变频器的功率因数及抑制谐波电流，滤除谐波电压和谐波电流，改善电网质量。（4）输入滤波器变频器输入端滤波器，是变频器专用滤波器的一种，主要用于对电磁环境要求较高的场合，用于抑制变频器产生的传导干扰和无线电干扰，防止变频器工作时，变频器输入端对电网和其他数字设备产生的干扰，同时具备共模和差模抑制能力。（5）熔断器熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。它是以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。（6）制动电阻制动电阻，是波纹电阻的一种，主要用于变频器控制电机快速停车的机械系统中，帮助电机将其因快速停车所产生的再生电能转化为热能。 （7）交流接触器交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。3.1.3 变频柜的分布变频柜的分布如图3-6所示，有PE母线接地、隔离开关、断路器、熔断器、接触器、浪涌保护器、四个变频器、四个输入滤波器、四个输入电抗器。图3-6 变频柜元件及电缆布置图3.2电气原理图绘制3.2.1 I/O口分配电器原理图的I/O口分配：I0.0至I0.7是8个料位开关；I1.0至I1.3是4个变频器报警；I1.4是急停信号；I1.5是裂解炉停机信号；I1.6是引风机停机信号；I1.7是停机复位；Q0.0至Q0.3是进料段、裂解段、出渣段电动机和引风机；Q0.4至Q0.7是4个变频器上电；Q1.0是裂解炉停机指示灯；Q1.1是引风机停机指示灯；AIW20至AIW38是12个热电偶输入。表3-1PLC I/O 口分配I/O描述连接元件I/O描述连接元件I0.0料位开关1-SL1I1.6引风机停机（现场）-S1:4I0.1料位开关2-SL2I1.7停机复位-S1:6I0.2料位开关3-SL3Q0.0电机M1起动-KA1:A1I0.3料位开关4-SL4Q0.1电机M2起动-KA2:A1I0.4料位开关5-SL5Q0.2电机M3起动-KA3:A1I0.5料位开关6-SL6Q0.3电机M4起动-KA4:A1I0.6料位开关7-SL7Q0.4变频器1上电-KA5:A1I0.7料位开关8-SL8Q0.5变频器2上电-KA6:A1I1.0变频器1报警-U1:21Q0.6变频器3上电-KA7:A1I1.1变频器2报警-U2:21Q0.7变频器4上电-KA8:A1I1.2变频器3报警-U3:21Q1.0裂解炉停机指示灯(现场)-KA9:A1I1.3变频器4报警-U4:21Q1.1引风机停机指示灯(现场)-KA10:A1I1.4急停（现场）-S1:8Q1.2电源连锁控制-KA11:A1I1.5 裂解炉停机(现场)-S1:2Q1.3负压输料机控制-KA12:A1Q1.4电机M5启动-KA13:A1AIW20热电偶3输入-Ex5:6Q1.5电机M6启动-KA14:A1AIW22热电偶4输入-Ex6:6Q1.6备用-KA15:A1AIW24热电偶5输入-Ex7:6Q1.7备用-KA16:A1AIW26热电偶6输入-Ex8:6AIW0压力传感器1检测量-Ex1:6AIW28热电偶7输入-Ex9:6AIW2压力传感器2检测量-Ex2:6AIW30热电偶8输入-Ex10:6AIW4M1反馈转速-U1:7AIW32热电偶9输入-Ex11:6AIW6M2反馈转速-U2:7AIW34热电偶10输入-Ex12:6AIW8M3反馈转速-U3:7AIW36热电偶11输入-Ex13:6AIW10M4反馈转速-U4:7AIW38热电偶12输入-Ex14:6AIW12备用AQW0M1指令转速-U1:2AIW14备用AQW2M2指令转速-U2:2AIW16热电偶1输入-Ex3:6AQW4M3指令转速-U3:2AIW18热电偶2输入-Ex4:6AQW6M4指令转速-U4:23.2.2 元器件列表塑料裂解炉的电气原理元器件的型号、符号、名称如表3-2所示表3-2 元器件列表符号名称型号数目CPU226CNPLC6ES7 216-2BD23-OXB81EM231CN4模拟量输入模块6ES7 231-OHC22-OXB81EM2324模拟量输出模块6ES7 232-OHD22-OXAO1EM2318模拟量输入模块6ES7 231-OHF22-OXAO2BT1BT12铠装热电偶本安型长度250WRNK-44112BP1、BP2电容式压差变送器HM115DR2E25Ai2KM1KM7交流接触器LC1-D25 M7C7KA1KA16中间继电器RXM 2LB2BD16M1M6防爆型三相异步电动机4KW 1430r/minYB2 112M-46F1电涌保护器PR40r 3P 440V1QF7漏电型塑壳断路器Vigi NSE160H 3P/125 EL1QF1断路器C65H-C 25A/3P1QF3QF6断路器C65H-C 10A/2P4QF2断路器C65H-C 20A/3P1FU1FU6超快速熔断器FS00C-25A6FU7FU14熔断器DF6-AB108TC1隔离变压器ABL6TS10U1TC2TC4隔离变压器ABL6TS25U3T1、T2开关电源ABL 1REM240422HW1电源指示灯AC220V白色XB2-BVM1C1QS1隔离开关熔断器组INFD160/3P3F D1SB1蘑菇头按钮60mmZB2BR42C1SB2按钮开关XB2BA21C1XT1XT5接线端子AB1 VV235U93FR1FR2热继电器NR2-25G/Z 0.1-10A2U1U4ABB变频器ACS355-03U-05A6-4+B0634Z1Z4三相输入滤波器AC-CFI3 C 0204RB1RB4波纹电阻器AC-RXHG750W 80R J4L1L4交流输入电抗器AC-JACL0154SL1SL4阻摆式料位开关HJK-LOF11A150C4BdIIBT44SL5SL8耐高温阻摆式料位开关HJK-WOF11A150C4BdIIBT44EX3EX14回路供电热电偶隔离式安全栅NPEXA-C11L12EX1EX2回路供电电流隔离式安全栅NPEXA-C312FA1变频柜散热风扇12038B2H-71FA2控制柜散热风扇9225B1H1触摸屏MT800013.3 S7-200PLC3.3.1 PLC的基本结构（1）电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。（2）中央处理单元中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序中的语法错误。存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 （3）输入输出接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。3.3.2 PLC的类型本设计中采用的PLC为S7-200中的CPU226 CN，型号6ES7 216-2BD23-0XB8。3.3.3 PLC的工作原理PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。扫描周期的长短由三条决定。（a）CPU执行指令的速度；（b）指令本身占有的时间；(c)指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。3.3.4 模拟量扩展模块EM231模拟量8输入为压力传感器的输入模块，A接口为压力传感器1检测量的输入、B接口为压力传感器2检测量的输入、C接口为M1反馈转速的输入、D接口为M2反馈转速的输入、E接口为M3反馈转速的输入、F接口为M4反馈转速的输入、G和H备用。图3-7 EM231模拟量8输入模块EM232模拟量4输入模块的接口为热电偶9、10、11、12的输入。图3-8 EM232模拟量4输入模块接EM232模拟量4输出模块接口为电机M1、M2、M3、M4的指令转速的输出。图3-9 EM232模拟量4输出模块3.4检测和控制元件(1)热电偶热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。设计中采用铠装热电偶 本安型WRNK-441，总计使用12个热电偶。分别用来检测进料段，裂解段，以及风道的温度值。(2)阻摆式料位开关HJK型料位计采用摆动式传动系统。检测板受阻时，主轴静止而电机继续运行，使脱扣器脱扣，致使开关动作切断电机电源、电机停止工作，发出料位信号。当料位下降时，检测板阻力消失，脱扣器复位，电机恢复工作，发出无料信号，仪表又处于检测状态。料位变化缓慢的场合，可在仪表内加装定时器，使仪表的检测处于间歇工作状态，这样可以减少功耗和磨损，延长仪表寿命。 本设计采用4个阻摆式料位开关（使用型号为HJK-LOF11A150C4BdIIBT4）和4个耐高温阻摆式料位开关（使用型号为HJK-WOF11A150C4BdIIBT4），分别用来检测物料的上下限以及碳渣的上下限。(3)电容式压差变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。电容式压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。 设计采用电容式压差变送器型号为HM1151DR2E25Ai，用于检测裂解炉产生的裂解气压力值，使用数目为2个。(4)中间继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。 它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。 它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。设计中总共使用16个中间继电器3.5电路保护的器件(1)断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器。低压断路器又称自动开关，俗称空气开关也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。(2)热继电器由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。 (3)隔离安全栅智能化的安全栅产品，可通过专用编程器或计算机对本产品进行输入信号类型及输出量程的设置。用于热电偶和压力传感器的模拟量采集。(4)隔离变压器主要作用是使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。 随着电力系统的不断发展，变压器作为电力系统中的关键设备起着日益重要的作用，它的安全运行直接关系到整个电力系统运行的可靠性. 变压器线圈变形是指线圈在受力后，发生的轴向、幅向尺寸变化、器身位移、线圈扭曲等情况。造成变压器线圈变形的主要原因有二个：一是变压器运行中难以避免地要受到外部短路故障冲击；二是变压器在运输吊装过程中发生意外碰撞。4 控制程序的设计4.1 系统控制设计4.1.1上料机控制要求及方法检测进料段料位上限，若高于上限，则停上料机电机；反之，则起动上料机电机。 上料机原料仓设置上、下位测点。若原料仓料位低于下限，系统报警。 4.1.2 裂解炉密封要求及实现方法(1) 控制要求在裂解炉反应期间，裂解炉中段和出渣段中有可燃的高温裂解气，因此，要求防止在出渣段和裂解段的裂解气与外部空气接触。外部空气进入的位置有出渣段出口、进料段入口以及裂解气出口（去冷凝器）。这里在控制上防止从出渣口和进料口的泄露。为达到该要求，设计上采用变螺距螺旋，使物料在进料段和裂解段中，在螺距较窄的区域受到挤压，形成所谓物料塞实现密封。出渣口的密封亦采用此原理。形成物料塞的条件是螺旋内部不缺料。控制系统应满足该要求。(2) 料位检测方案进料筒、渣筒设置料位（渣位）上、下位检测点，各检测点均采用冗余检测。 (3) 控制方法检测进料段料位下限，若低于下限，则停止进料段螺旋和裂解段驱动电机。进料段和裂解段的电机同步运行。两者的速比通过调试确定。碳渣料位低于下限，则停止排渣段电机，反之起动。渣桶内设有碳渣高位检测开关。当碳渣到达高位时，报警并暂时停止进料段和裂解段电机。这种情况属于异常，要求通过调整裂解段电机转速，满足渣桶进渣流量小于排渣流量，排渣电机间歇运行。4.1.3 裂解炉温度控制及方法(1) 温度测量方案在本系统中，需要检测的温度有物料（渣）的温度、加热空气温度。(a) 物料（渣）的温度检测方案：设置了4处物料（渣）测温点，其中2处为关键点，为冗余检测；同时，还设置了裂解炉筒壁温度。(b)热空气温度检测方案：分内、外加热风道。每个风道的进口、出口和引风机进口前三处测温点，其中，风道出口为冗余检测（2个热电偶）。 (2) 热风温度监控本裂解炉采用热空气加热物料实现塑料的热裂解。热空气由独立的加热炉产生。在本控制系统的总体方案中，不含对加热炉的控制。根据裂解炉的热裂解工艺，要求根据裂解物料和裂解炉筒壁的温度要求，控制热空气的温度和流量。 加热风道入口处温度监控（热力管道过热监控点）风道入口处气温主要取决于加热炉产热量。根据该装置使用的加热炉原理，加热炉的进风量越大，产热量越大，从而热风道的入口温度越高。产热量的控制依据是裂解物料的温度以及裂解段筒壁的温度。加热风道入口温度检测为了防止热空气温度过高，造成装置损坏。热风进口处的测温用于安全监控。当该温度超过容许的最高值，属于异常情况，系统报警并自动降低引风量，以将入口热空气温度降至容许的上限以内。该过程作为异常发生时的一种保护控制。冷装置前风道温度监控，在引风机前，已使用热交换器对余热进行收集。当热空气温度过高时，进过热交换器的空气温度仍偏高，为此使用强制水冷装置冷却，防止高温空气对引风机3、4的影响。当此处的温度高于设定值时，起动强制水冷装置的电机，反之停止。(3) 裂解装置过热监控通过筒壁传导，使进料段筒内的物料温度升高，甚至出现融化状态。这种情况属于异常情况，必须防止这种现象的发生。要求检测进料段内物料的温度，并控制其温度不超过设定上限。由于正常情况下进料筒内物料为固态，不能用热电偶直接检测其温度，为此通过检测进料段出口部位的（内层）筒壁的温度，间接检测其物料温度。当此处监测温度超过设定值时，起动水冷装置。在此条件下，如果物料温度进一步超过设定高限时，关闭加热炉处的引风机。加热风道出口处温度监控：此处的温度检测可间接反映裂解炉前段的温度。正常情况下，此处的热风温度不能过高。当超过设定值时，报警。 (4) 裂解炉筒壁温度监控总体方案中，在裂解炉中段设置了3处筒壁测温点。所测的温度是外风道内侧筒壁表面的温度。连续运行下，此处温度与邻近的风道空气温度近似。可以认为，筒壁温度反映了在外风道不同位置处的控制温度。在系统冷启动时，热空气加热筒壁需要一个过程。两者的温度有较大差异。针对筒壁加热及升温的特点，拟采用一种简单的分档控制策略。将筒壁温度从设定下限到上限，分若干档，每档对应某个引风机转速。该温度和转速关系通过调试确定。当温度越高（在设定范围内），则引风机转速越低，减小加热炉的引风量，反之亦然。 (5) 物料裂解温度监控根据有关文献，塑料热裂解的主要条件是温度，另一个重要因素是时间。因此，在设计控制算法时，不仅要控制物料的温度，还必须控制其在一定温度下通过裂解炉中段的时间。 根据物料的加热方式，靠向出渣口的温度高，而靠近进料口的物料温度低。为保证物料温度达到工艺要求，提出如下控制要求：物料在裂解段中部的温度应达到工艺要求，并且从中部输送到出渣口的时间可控。如果中部温度低于设定范围下限，通过降速或短时停机加热升温。通过控制转速，使物料在工艺要求温度的裂解时间满足要求。如果物料温度超过设定值上限，通过升速控制物料温度。同时，降低筒壁设定的目标温度。 (a)物料测温方案：沿着裂解段布置了四个测点。中间2处的测点作为控制裂解段的过程量。前后2处的测温作为监测点。为防止压缩的物料损坏热电偶，要求热电偶布局在裂解段的物料非压缩段。四个测温点，从裂解段的前部到出渣口，以此命名为测温点A、B、C、D。 (b)物料温度控制策略：当测温点B、C物料温度低于设定下限，裂解段电机停转。当测温点B、C、D物料温度在设定范围内时，控制裂解螺旋的转速，以间接控制物料热裂解的时间。该时间通过换算出的转速（物料输送距离根据结构确定）间接控制。当测温点B、C物料温度位于设定范围，D物料温度超上限，预警（黄灯）。当测温段B、C、D温度超过设定上限，升速、报警（红灯）。注：根据裂解段内物料温度的分布规律，有：A点温度上限 B点温度上限 C点温度上限 D点温度上限A点温度下限 B点温度下限 C点温度下限 D点温度下限(c)加热风道入口处温度监控（热力管道过热监控点）风道入口处气温主要取决于加热炉产热量。根据该装置使用的加热炉原理，加热炉的进风量越大，产热量越大，从而热风道的入口温度越高。产热量的控制依据是裂解物料的温度以及裂解段筒壁的温度。(d)加热风道入口温度检测，为了防止热空气温度过高，造成装置损坏。热风进口处的测温用于安全监控。当该温度超过容许的最高值，属于异常情况，系统报警并自动降低引风量，以将入口热空气温度降至容许的上限以内。该过程作为异常发生时的一种保护控制。(e)冷装置前风道温度监控，在引风机前，已使用热交换器对余热进行收集。当热空气温度过高时，进过热交换器的空气温度仍偏高，为此使用强制水冷装置冷却，防止高温空气对引风机3、4的影响。当此处的温度高于设定值时，起动强制水冷装置的电机，反之停止。(6) 裂解装置过热监控通过筒壁传导，使进料段筒内的物料温度升高，甚至出现融化状态。这种情况属于异常情况，必须防止这种现象的发生。要求检测进料段内物料的温度，并控制其温度不超过设定上限。由于正常情况下进料筒内物料为固态，不能用热电偶直接检测其温度，为此通过检测进料段出口部位的（内层）筒壁的温度，间接检测其物料温度。当此处监测温度超过设定值时，起动水冷装置。在此条件下，如果物料温度进一步超过设定高限时，关闭加热炉处的引风机。加热风道出口处温度监控：此处的温度检测可间接反映裂解炉前段的温度。正常情况下，此处的热风温度不能过高。当超过设定值时，报警。 (7) 裂解炉筒壁温度监控总体方案中，在裂解炉中段设置了3处筒壁测温点。所测的温度是外风道内侧筒壁表面的温度。连续运行下，此处温度与邻近的风道空气温度近似。可以认为，筒壁温度反映了在外风道不同位置处的控制温度。在系统冷启动时，热空气加热筒壁需要一个过程。两者的温度有较大差异。针对筒壁加热及升温的特点，拟采用一种简单的分档控制策略。将筒壁温度从设定下限到上限，分若干档，每档对应某个引风机转速。该温度和转速关系通过调试确定。当温度越高（在设定范围内），则引风机转速越低，减小加热炉的引风量，反之亦然。 (8) 物料裂解温度监控根据有关文献，塑料热裂解的主要条件是温度，另一个重要因素是时间。因此，在设计控制算法时，不仅要控制物料的温度，还必须控制其在一定温度下通过裂解炉中段的时间。 根据物料的加热方式，靠向出渣口的温度高，而靠近进料口的物料温度低。为保证物料温度达到工艺要求，提出如下控制要求：物料在裂解段中部的温度应达到工艺要求，并且从中部输送到出渣口的时间可控。如果中部温度低于设定范围下限，通过降速或短时停机加热升温。通过控制转速，使物料在工艺要求温度的裂解时间满足要求。如果物料温度超过设定值上限，通过升速控制物料温度。同时，降低筒壁设定的目标温度。 (a)物料测温方案：沿着裂解段布置了四个测点。中间2处的测点作为控制裂解段的过程量。前后2处的测温作为监测点。为防止压缩的物料损坏热电偶，要求热电偶布局在裂解段的物料非压缩段。四个测温点，从裂解段的前部到出渣口，以此命名为测温点A、B、C、D。 (b)物料温度控制策略：当测温点B、C物料温度低于设定下限，裂解段电机停转。 当测温点B、C、D物料温度在设定范围内时，控制裂解螺旋的转速，以间接控制物料热裂解的时间。该时间通过换算出的转速（物料输送距离根据结构确定）间接控制。当测温点B、C物料温度位于设定范围，D物料温度超上限，预警（黄灯）。当测温段B、C、D温度超过设定上限，升速、报警（红灯）。注：根据裂解段内物料温度的分布规律，有：A点温度上限 B点温度上限 C点温度上限 D点温度上限 A点温度下限 B点温度下限 C点温度下限 D点温度下限 (9) 裂解气压力监视监测裂解气压力，若超过设定安全压力，则报警。(10) 转速反馈控制检测电机转速反馈给PLC，观察速度是否在指定范围。4.2 安全监控设计4.2.1 工根据裂解工艺要求塑料裂解温度（和时间）控制是整个控制流程的核心部分。其它过程的监控都要围绕该控制进行。由于塑料采用的是传导加热方式，整个加热环节存在多个大滞后的耦合环节。为解除存在的环节之间的耦合关系，并简化控制算法，将物料裂解温度控制分解为 2个相对独立的温度控制：一是裂解炉筒壁温度控制（模块），二是裂解物料温度控制（模块）。 裂解物料温度监控模块：可控参数为裂解炉螺旋转速，受控元件是裂解段及进料段的螺旋电机。影响物料温度的因素是筒壁温度。裂解炉筒壁温度监控模块：可控参数是加热炉的引风量及产热量，受控元件是引风机1-4。影响因素是筒壁向物料及周围传导及辐射能量。当筒壁温度低于设定值下限时，禁止物料温控模块的控制量输出（因为传导加热的热源温度低于设定值）。 4.2.2 辅助与保护功能模块 为保证裂解炉的正常安全运行，还需设计相应的辅助功能和安全保护功能模块。这些模块在设定条件满足时激活。某些辅助与保护功能模块还为主模块提供激活条件或其它运行条件。 (1)料（渣）位监控模块料（渣）位监控实现对系统的安全控制。 (2)进料段料位监控模块控制参数是进料段料位，受控元件是上料机电机、进料段和裂解段螺旋电机。该控制又分为2个子模块，一是上料机控制子模块，二是进料段和裂解段螺旋电机控制子模块。监控料仓料位，若料仓料位低于的下限值，则报警；进料段料位低于设定上限且料仓料位监视正常，起动上料机。当料位低于设定下限时，禁止裂解物料温度控制模块的控制量输出（因为不能正常供料）。 (3)排渣段料位监控模块控制参数是渣位，受控元件是排渣螺旋电机。当渣位高于设定下限时，起动排渣电机。如果渣位超过设定上限时，报警，并禁止裂解物料温度控制模块的控制量输出（因为不能正常排渣）。(4) 与系统安全运行有关的监控模块 (a)进料段物料温度监控模块：此模块监控进料段料筒内部的物料温度，也反映裂解炉前段温度，属于过热异常监控。可控元件是进料段冷却水泵、引风机和直通阀（手动控制，报警提示）。当出现上述过热异常时，启动异常处理功能：起动冷却水泵、报警、（提示手动）打开直通阀，（并当打开直通阀后）关闭引风机1、2，开启引风机3、4。异常处理持续设定时间到，异常未解除时，停机。出现过热异常时，禁止裂解炉筒壁温度控制模块的控制量输出。(b)热风道入口处风温监控模块：此模块监控来自加热炉风道的热空气温度，属于过热异常监视。可控元件是引风机1-4。当出现异常过热时，启动异常处理功能：报警，降低引风机（转速）引风量，并禁止裂解炉筒壁温度控制模块的控制量输出。异常处理持续设定时间到，异常未解除时，停机。(c)水冷装置控制模块（不含进料段水冷装置电机）此模块监控内外热风道在热交换器后的风温，属于异常检测。若上述温度超过设定上限，则起动强制冷却电机。(d)裂解气压力监控模块：监测裂解气压力，若超过设定安全压力，报警。 4.2.3 模拟量数据采集模块。在本系统中，有大量的模拟量数据的采集要求。其中，温度数据采集量大，且这些数据在多个监控模拟中使用。为此，设计一个模拟量数据采集模块。该模块在每个PLC扫描周期，完成全部模拟量的数据采集和处理，并将所有采集的数据转存到一个缓冲区中。其它模块均在该缓冲区中读取采集的数据。该模块在PLC上电后一直运行（无论是手动或自动模式）。4.2.3 控制参数和状态数据管理本系统的控制参数多，运行数据（温度、压力、料位；运行状态）也很多。为方便数据维护，在PLC中设置集中的系统数据缓冲区，其中模拟量数据缓冲区是数据缓冲区的一部分。触摸屏与PLC的数据交互，均通过对该缓冲区的读写完成。4.2.4 急停后的解除方法当按下系统急停按钮（包括现场的急停钮），禁止所有监控模块的运行。即使复位急停按钮，不允许直接回复系统运行。解除方式：通过触摸屏界面，解除急停状态。解除后，系统恢复到开机状态选择状态，然后，继续选择手动或自动操作模式。4.3 STEP 7编程软件STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。STEP7 编程软件是一个用于SIMATIC 可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。STEP7 标准软件包中提供一系列的应用工具，如：SIMATIC 管理器、符号编辑器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。STEP7 编程软件可以对硬件和网络实现组态，具有简单、直观、便于修改等特点。该软件提供了在线和离线编程的功能，可以对PLC 在线上载或下载。利用STEP7 可以方便地创建一个自动化解决方案4.4 PLC模拟量的采集和处理4.4.1 模拟量的控制系统模拟量控制系统是指输入信号为模拟量的控制系统。控制系统的控制方式上可分为开环控制和闭环控制。开环控制是根据控制的设定值直接向控制对象输出控制信号，这种控制容易受外界干扰而偏离控制目标。对于控制要求比较高的场合，一般都采用闭环控制方式。闭环控制是使用控制的设定值与反馈值的差进行控制的，以求得设定值与反馈值的偏差最小。因而闭环控制也叫偏差控制。闭环控制根据其设定值的不同，又可以分为调节系统和随动系统两种。调节系统的设定值是由控制系统的控制器给出，控制器的作用就是使反馈值向给定值靠近，以反馈值对设定值的偏差最小为目的。随动系统的设定值是由被控制对象给出的，控制器的作用就是使控制目标不断地向被控对象靠近。各种跟踪系统都是随动系统。模拟量控制系统设计中应该注意抗干扰问题。解决干扰的办法有4个。其一是接地问题。这里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地。这里所说的接地就是接大地。其二是模拟信号线的屏蔽向题，屏蔽线的始端和终端都要接地。信号线的屏蔽是防止干扰的重要措施。其三是对某些高频信号要解决匹配问题。如果不匹配很容易在信号传送中引进干扰，使信息失真。其四是对信号进行滤波。模拟量信号如电压值、电流值等，常常会因为现场瞬时干扰而产生较大波动，产生误差。采用滤波可以有效地减小误差。这里所说的滤波包括硬件滤波和软件滤波。软件滤波主要是数字滤波。数字滤波的方法比较多，如常用的平均值法、中值法等等。S7-200系列PLC在系统设计中可以利用STEP7-Micro/MIN32软件对模拟量输入信号增加滤波功能。如果需要数字滤波可以设置滤波选项。4.4.2 模拟量的采集在工业控制系统中，模拟量输入信号的采集和处理是较为常见的控制内容。下面来说明塑料裂解炉电气控制系统中，物料温度、风道温度及炉体温度实现数据采集、处理的具体过程。待测的温度信号被转换成020mA 电流信号，直接送往PLC 模拟量输入通道中。当接收到数据采集控制信号后，系统就对该信号进行定时采集，每隔0. 5 s 采集一点，存入规定的数据表格。温度数据的采集程序，采用“填表”及“存储器填充”数据传送指令来实现，简化了梯形图程序设计。数据采集满10 点后，采集过程结束，自动转入温度数据的处理程序：计算温度的平均值。平均值计算是将温度数据的累加和，然后再进行平均。这样得到的平均温度值更精确，降低了偶然因素带来的影响。在实际使用中，由于控制对象不同、控制方式不同，采样的速率不完全相同，采样的点数也可能有所差异。若需要改变采样速率时，在程序中可以通过改变定时器指令中的时间常数来进行调整。若需要改变采样数据的点数时，可以在“填表”数据传送指令中，改变数据表的长度来满足。程序的准确性可以通过PLC 在线仿真调试来验证。4.4.3 模拟量值的A/D转换假设模拟量的标准电信号是A0Am（如：020mA），A/D转换后数值为D0D（单极性的西门子PLC200系列的032000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系Af（D）可以表示为数学方程： A（DD0）（AmA0）（DmD0）A0 根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系Df（A）可以表示为数学方程： D（AA0）（DmD0）（AmA0）D0例1、以S7-200和020mA为例，经A/D转换后，得到的数值是032000，即A00，Am20，D00，Dm32000，代入公式，得出： AD2032000 假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是1280020320008mA。 例2、某温度传感器，1060与020mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出： T=70AIW03200010可以用T 直接显示温度值。 例3、某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为0mA，A/D值为（32000/20）00。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为KPa）的计算公式为： VW0的值AIW0的值(5000100)/32000100（单位：KPa） 再举个具体编程实例 组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本实例的的CPU是CPU222，仅带一个模拟量扩展模块EM235，该模块的第一个通道连接一块带020mA变送输出的温度显示仪表，该仪表的量程设置为0100度，即0度时输出0mA，100度时输出20mA。温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器，简单编程如下： LD SM0.0 MOVW +14632 VW12 -I +0 VW12 MOVW VW12 VW13 /I +256 VW134.5 PID控制4.5.1 PID控制概述及原理PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 （1）比例（P）控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。 （2）比例积分（PI）控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。 （3）比例微分（PD）控制比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，即可根据偏差的大小来改变阀门的开度（比例作用），又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制，“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。 （4）比例积分微分（PID）控制最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。 编辑本段PID控制器调试方法,比例系数的调节范围一般是：0.1-100 如果增益值取 0.1，PID 调节器输出变化为十分之一的偏差值。如果增益值取 100， PID 调节器输出变化为一百倍的偏差值。 可见该值越大，比例产生的增益作用越大。初调时，选小一些，然后慢慢调大，直到系统波动足够小时，再该调节积分或微分系数。过大的P值会导致系统不稳定，持续振荡；过小的P值又会使系统反应迟钝。合适的值应该使系统由足够的灵敏度但又不会反应过于灵敏，一定时间的迟缓要靠积分时间来调节。 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主 要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡， 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.5-3 对于流量系统：P（%）40-100，I（分）0.1-1 对于压力系统：P（%）30-70，I（分）0.4-3 对于液位系统：P（%）20-80，I（分）1-5 4.5.2 PID控制的算法积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积值。计算中，没有必要保留所有的采样周期的误差项，只需要保留积分项前值，计算机的处理就是按照这种思想。故可利用PLC中的PID指令实现位置式PID控制算法量。使用方法：当EN端口执行条件存在时候，就可进行PID运算。指令的两个操作数TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址。LOOP是回路号，可以是07，不可以重复使用。PID回路在PLC中的地址分配情况如表4-1所示。表4-1 PID指令回路表偏移地址名称数据类型说明0过程变量（PVn）实数必须在0.01.0之间4给定值（SPn）实数必须在0.01.0之间8输出值（Mn）实数必须在0.01.0之间12增益（Kc实数比例常数，可正可负16采样时间（Ts）实数单位为s，必须是正数20采样时间（Ti）实数单位为min，必须是正数24微分时间（Td）实数单位为min，必须是正数28积分项前值（MX）实数必须在0.01.0之间32过程变量前值（PVn-1）实数必须在0.01.0之间4.5.3 控制程序的设计流程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。其程序流程如下。（1）主程序的设计流程图4-1 主程序流程（2）模块初始化检查程序的设计SMB8 至SMB21：I/O 模块标识和错误寄存器SMB8 至SMB2 1按字节对组织，用于扩展模块0-6。如下表4-2所述，每对的偶数字节是模块标识寄存器。这些字节识别模块类型、I/O 类型以及输入和输出的数目。每个对的奇数字节是模块错误寄存器。这些字节提供在I/O 检测出的该模块的任何错误的指示。表4-2 模块标识和错误寄存器SM位描述(只读)偶数字节：模块标识寄存器MSB LSBfprb00ctqiiattmq7 0奇数字节：模块错误寄存器MSB LSB7 0m：模块存在 0=存在1=不存在tt ：模块类型00 非智能I/O模块01 智能模块10 保留11 保留a：I/O 类型 0=离散 1=模拟ii ：输入00 无输入01 2AI或8DI10 4AI或16DI11 8AI或32DIqq：输出00 无输出01 2AQ或8DQ10 4AQ或16DQ11 8AQ或32DQc：组态错误b：总线故障或奇偶校验错误r：超出范围错误 p：无用户电源错误f：保险丝熔断错误t：接线板松动错误0=无错误1=错误SMB8模块0标识寄存器SMB9模块0错误寄存器SMB10模块1标识寄存器SMB11模块1错误寄存器SMB12模块2标识寄存器SMB13模块2错误寄存器SMB14模块3标识寄存器SMB15模块3错误寄存器SMB16模块4标识寄存器SMB17模块4错误寄存器SMB18模块5标识寄存器SMB19模块5错误寄存器SMB20模块6标识寄存器SMB21模块6错误寄存器图4-3 压力检测流程图4-2 模块初始化流程图4-4 转速检测流程（3）温度采集处理程序设计温度的采集和处理是塑料裂解炉控制系统中最为主要的设计点，温度的采集和处理流程如图4-5所示。压力和转速反馈的检测和温度的采集转换类似，其程序流程如图4-3、图4-4所示。图4-5 温度数据的采集和处理及转换控制流程（4）系统监控程序设计根据裂解工艺要求，塑料裂解温度（和时间）控制是整个控制流程的核心部分。其它过程的监控都要围绕该控制进行。程序的设计流程图如下图4-6所示图4-6 系统监控程序流程5 触摸屏5.1 MT8000基本概述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。MT8000触摸屏采用高可靠性精密电阻式工业级触控面板，保证了精确的触控精度，表面硬度高，触控寿命长，满足您工业环境的需求。轻触荧幕，即可体验32位RISC(精简指令集)微处理器地高效快速。配备了32位RISC微处理器的MT8000在工业环境中展现了极高的性能，即使最复杂的画面也能迅显示。MT8000可与大多数PLC直接通讯。无需PLC运行任何附加程序即可进行数据传输。TFT高对比度、高亮度的LCD显示器支持65536种色彩，具备高品质的色彩显示，同时提供出众的清晰度和极宽的视角范围。MT8000所有的零件都经过了精细选择，以提供优异的性能，满足现代化的工业生产环境。 串行通信端口接口，每台MT8000配有三种连接埠可同时连接三种不同PLC/Controller。USB2.0接口，高灵活度可携USB接口增强MT8000的功能性。每台MT8000皆配有三组USB接口，不但可供project上传/下载及资料储存，并可连接打印机，条形码机，鼠标及其它USB设备。以太网络通讯端口，10/100Base-T以太网通讯端口提供快速的资料交换功能，任何MT8000皆可获取网络上其它MT8000的资料。使用者也可籍由以太网络在短时间内下载project/data。CF卡数据处理，MT8000系列提供标准CF Card slot提升配方资料，数值纪录及project下载的效率。声音输出，MT8000能适时发出警告讯息予使用者当错误情形/环境发生时。MT8000为威纶科技利用多年累积的研发实力，MT8000全系列皆为65536色，可以使用，JPG，GIF格式的图档，8000并支持图文件快取功能(cache)，以加速画面的更新速度，全系列皆具备以太网口，3个COM口，各COM口可以使用不同的通讯协议，例如你可以同时连接三菱Fx2n，西门子SIEMENSS7/200，ABDF1，与一台使用以太网连接的PLC，当其中一台PLC中断通讯时，并不会影响到其它PLC的通讯，如使用以太网来连接PLC，最多可以连接128台PLC。MT8000可以外接键盘，喇叭，鼠标，条码机(barcode)， 使用者可以自行定义各种声音输出，甚至可以自行录音作为机器上的按键声，报警声，也可以播放完整的歌曲。MT8000拥有16M的内部储存空间，可以外接一个CF卡，两个USB盘，这些储存装置除了可以用来储存各种历史数据外(取样数据，报警数据)，并可以做为内部储存空间的延伸，因此配方数据可以使用超过4G的地址空间，这些储存装置也支持热插拔功能，所以使用者可以利用USB盘更新配方数据，也可以利用MT8000所提供的备份功能，随时备分机器上的历史数据，MT8000甚至可以在要求的时间点，将历史数据备份到另一个USB盘，或利用以太网备份到PC上，MT8000支持使用USB，CF卡与以太网，上传/下载工程档案与各种历史数据，这些历史数据皆可以转换为CSV档案，并使用EXCEL打开加以编辑。5.2 触摸屏界面利用eb8000编程软件总计设计8个操作界面，每个界面的作用及控制功能如下。（1）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。启动系统上电按钮，地址M0.0得到信号，按下系统上电指示按钮，Q1.2电源连锁点得电，给主控制回路供电；启动裂解炉停按钮，地址M1.5得到信号；启动引风机停按钮，地址M1.6得到信号；启动系统急停按钮，地址M1.4得到信号，I1.4是急停现场。（2）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。控制模式选择：按下M0.1，自动运行模式置位，手动模式复位；按下M0.4，手动运行模式置位，自动模式复位。手动模式下启动变频器，当变频器报警信号出现时停止其运行。M0.5变频器1启动，M1.1变频器1停止；M0.6变频器2启动，M1.2变频器2停止；M0.7变频器3启动，M1.3变频器3停止；M1.0变频器4启动，M1.4变频器4停止；手动模式启动电机：M2.5电机M1启动按钮，M3.3电机