氯碱生产乙炔发生装置控制

项目五氯碱生产乙炔发生装置控制任务一氯碱生产乙炔发生装置生产工艺技能点训练压力传感器的安装与调校方法知识点1.氯碱生产乙炔发生装置生产线流程图2.氯碱生产乙炔发生装置生产工艺控制要求及控制参数一、任务目的1.学习压力传感器的基本知识2.学习氯碱生产乙炔发生装置生产工艺控制要求图5-1二.任务实施步骤及工艺要求1.氯碱生产乙炔发生装置生产线流程图乙炔也叫电石气，用途很广，主要用于制造有机化合物。还可用于金属切割、焊接及金属表面喷镀、热处理等。乙炔生产设备对电气自动化控制技术和安全技术的要求很高，它既有开关量信号又有模拟量信号的控制。本课题就是针对乙炔生产设备的生产工艺控制要求采用PLC技术实现乙炔生产过程控制系统。可使乙炔生产设备控制精度、工作可靠性、稳定性、快速性以及安全生产保障性明显高于传统的继电接触器和单独的仪表控制与调节技术。使生产效益大大地提高。生产线流程图如图5-1所示。2.工艺控制要求和控制参数生产工艺流程图如图5-2所示。

1）电石由遥控天车在电动葫芦（30吨）带动下，由天车运送到加料斗正上方，（此过程由控制室内摄相机观察，由操作员用按钮手动阿控制完成），到位后手动按下按钮SB1，电磁阀F1为ON，将电石加入上菱形料斗中，30S后F1为OFF。2）初始时系统各个开关和电磁阀均为OFF。系统开始工作，先手动打开阀门F8。3）按下启动按钮SB2，电磁阀F7为ON，向乙炔发生器反应釜中注水，当水位达到反应釜内低水位开关KL（40%水位）时，仍继续注水，当水位达到反应釜高水位开关KH（80%水位）时，F7为OFF。在反应中，当水位低于KL时，F7又为ON，再次向反应釜内自动注水。反应釜中水温控制在85℃摄氏度，达到85℃摄氏度时，温度传感器开关KT为ON，打开排渣电磁阀F9，同时又启动F7供冷水降温，当水温低于85℃摄氏度后，KT为OFF，关闭F9，当反应釜内水位再次达KH时，F7为OFF。4）按下启动按钮SB3，排空电磁阀F3和充氮电动调节阀F2为ON，向上菱形料斗充氮气并排出空气，其内部压力经电动调节阀F2的PID调节达到5KP后，压力继电器KP为ON，再延时10min，自动关闭F3和充氮电动调节阀F2，在显示器上显示上菱形料斗内正压条件成立，可以打开电磁阀F4。5）按下按钮SB4，打开电磁阀F4，将电石由上料斗加入下菱形料斗为加入乙炔反应釜做好准备。6）电石由下菱形料斗进入电动筛子（振动），按下按钮SB5，电动筛子电动机M的控制接触器KM为ON，电动筛子运行将振碎的电石加入反应釜中与水反应产生乙炔气，5S后电磁阀F5为ON，将反应釜中的一部分乙炔气送到储气柜，另一部分乙炔气供给下一步工序继续反应，反应釜产生的乙炔气压力范围为5~17.5KP。7）停止时,先手动关闭F8水阀再按下停止按钮SB5,F7为OFF,F4为OFF,电动筛子KM为OFF。30S后F5为OFF,同时F9为ON,30S后反应釜中电石水渣排空,F9为OFF。3.压力传感器在乙炔上菱形料斗中部安为装一压力检测变送器以检测充入其中氮气的压力，根据工艺要求选择型号为SWP-T201R1F2A10扩散硅通用压力传感器。其测量压力与输出电流信号关系曲线如图5-3所示。图5-3三、相关知识与技能电子感测技术的基础知识1.传感器的定义和组成（1）传感器：以一定精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。（2）传感器的组成：如图5-4所示。图5-41——壳体；2——膜盒（敏感元件）；3——电感线圈（转换元件）；4——磁芯；5——转换电路气体压力传感器的组成如图5-5所示。图5-52.传感器的的分类（1）按传感感器的工工作机理理，可分分为物理理型、化化学型、、生物型型等。（2）按传感感器的构构成原理理，可分分为结构构型与物物性型两两大类。。（3）根据传传感器的的能量转转换情况况，可分分为能量量控制型型传感器器和能量量转换型型传感器器。（4）按照物物理原理理分类，，可分为为：电参参量式传传感器、、磁电式式传感器器、压电电式传感感器、光光电式传传感器、、气电式式传感器器、热电电式传感感器、波波式传感感器、射射线式传传感器、、半导体体式传感感器、有有些传感感器的工工作原理理具有两两种以上上原理的的复合形形式，如如不少半半导体式式传感器器，也可可看成电电参量式式传感器器。（5）按照传传感器的的用途来来分类，，例如位位移传感感器、压压力传感感器、振振动传感感器、温温度传感感器等。。（6）根据传传感器输输出是模模拟信号号还是数数字信号号，可分分为模拟拟传感器器和数字字传感器器。（7）根据转转换过程程可逆与与否，可可分为双双向传感感器和单单向传感感器等。。3.传感器的的一般要要求:传感器的的工作可可靠性、、静态精精度和动动态性能能是最基基本的要要求。4.传感器的的基本特特性静态特性性：被测测量不随随时间变变化或变变化很慢慢时，检检测系统统的输入入和输出出量都与与时间无无关。动态特性性：输入入量和输输出量都都随时间间变化较较快，是是一个含含有时间间变量的的微分方方程式。。检测系系统对快快速变化化的被测测量的响响应特性性称为动动态特性性。5.转换特性性分为直线线型、阶阶梯型、、对数和和指数型型，如图图5-6所示。图5-66.选用传感感器的要要点了解被测对象了解主要指标选用方法环境情况测量方式测量范围安装要求输出要求测量精度（误差范围）灵敏度分辨率可靠性先进性性价比侧重最主要指标进行选择折中方法，兼顾两个以上指标或性价比采用传感器的融合技术，减小误报河漏报四、拓展展与提高高压力传感感器原理理及应用用1.应变片压压力传感感器原理理与应用用应应用最最为广泛泛的是压压阻式压压力传感感器，它它具有极极低的价价格和较较高的精精度以及及较好的的线性特特性。电电阻应变变片是一一种将被被测件上上的应变变变化转转换成为为一种电电信号的的敏感器器件。电电阻应变变片的工工作原理理金金属电阻阻应变片片的工作作原理是是吸附在在基体材材料上应应变电阻阻随机械械形变而而产生阻阻值变化化的现象象，俗称称为电阻阻应变效效应。当当金属丝丝受外力力作用时时，其长长度和截截面积都都会发生生变化，，其电阻阻值即会会发生改改变，假假如金属属丝受外外力作用用而伸长长时，其其长度增增加，而而截面积积减少，，电阻值值便会增增大。当当金属丝丝受外力力作用而而压缩时时，长度度减小而而截面增增加，电电阻值则则会减小小。只要要测出加加在电阻阻的变化化（通常常是测量量电阻两两端的电电压），，即可获获得应变变金属丝丝的应变变情况。。2.陶瓷压力力传感器器原理及及应用陶陶瓷是一一种公认认的高弹弹性、抗抗腐蚀、、抗磨损损、抗冲冲击和振振动的材材料。陶陶瓷的热热稳定特特性及它它的厚膜膜电阻可可以使它它的工作作温度范范围高达达-40～135℃℃，而且具具有测量量的高精精度、高高稳定性性。电气气绝缘程程度>2kV，输出信信号强，，长期稳稳定性好好。3.扩散硅压压力传感感器原理理及应用用工作原原理被测介质质的压力力直接作作用于传传感器的的膜片上上（不锈锈钢或陶陶瓷），，使膜片片产生与与介质压压力成正正比的微微位移，，使传感感器的电电阻值发发生变化化，和用用电子线线路检测测这一变变化，并并转换输输出一个个对应于于这一压压力的标标准测量量信号。。4.蓝宝石压压力传感感器原理理与应用用利用应应变电阻阻式工作作原理，，采用硅硅-蓝宝石作作为半导导体敏感感元件，，具有无无与伦比比的计量量特性。。在绝压压压力传传感器和和变送器器中，蓝蓝宝石薄薄片，与与陶瓷基基极玻璃璃焊料连连接在一一起，起起到了弹弹性元件件的作用用，将被被测压力力转换为为应变片片形变，，从而达达到压力力测量的的目的。。5.压电压力力传感器器原理与与应用压压电电传感器器中主要要使用的的压电材材料包括括有石英英、酒石石酸钾钠钠和磷酸酸二氢胺胺。压电电传感器器主要应应用在加加速度、、压力和和力等的的测量中中。压电电式加速速度传感感器是一一种常用用的加速速度计。。它具有有结构简简单、体体积小、、重量轻轻、使用用寿命长长等优异异的特点点。它既既可以用用来测量量大的压压力，也也可以用用来测量量微小的的压力。。任务二PLC模块选型型与PLC输入输出出分配技能点训练西门门子S7-300PLC的硬件组组态安装装知识点1.根据氯碱碱生产乙乙炔发生生装置生生产工艺艺控制要要求对PLC模块选型型2.根据氯碱碱生产乙乙炔发生生装置生生产工艺艺控制要要求确定定PLC输入输出出分配一、任务务目的1.学习S7-300PLC的常用模模块基本本知识2.学习根据据氯碱生生产乙炔炔发生装装置生产产工艺控控制要求求正确对对PLC输入输出出地址分分配二、任务务实施步步骤及工工艺要求求1.S7-300PLC的常用模模块基本本知识及及选型（1）CPU模块简述述S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中中央处理单单元，根据据氯碱生产产乙炔发生生装置生产产工艺控制制要求对PLC的CPU模块选型为为：CPU315-2DP。（2）数字量模模块1）数字量输输入模块SM321数字量输入入模块将现现场过程送送来的数字字信号电平平转换成S7-300内部信号电电平。数字字量输入模模块SM321有四种型号号模块可供供选择，根根据氯碱生生产乙炔发发生装置生生产工艺控控制要求对对PLC数字量输入入模块选型型为：SM321直流16点输入、24V。2）数字量输输出模块SM322数字量输出出模块SM322将S7-300内部信号电电平转换成成过程所要要求的外部部电平信号号，它包括括可控硅输输出方式、、晶体管输输出方式和和继电器输输出方式。。根据氯碱碱生产乙炔炔发生装置置生产工艺艺控制要求求对PLC数字量输出出模块选型型为：SM322继电器触点点输出方式式的16点、交流220V的模块。（3）模拟量模模块1）模拟量值值的表示方方法S7-300模拟量输入入模块以直直接输入电电压、电流流、电阻热热电偶等信信号，而模模拟量输出出模块可以以输出0-10V，1-5V，0-20mA，4-20mA，-20—20mA等模拟信号号。2）模拟量输输入模块SM331模拟量输入入模块SM331目前有三种种规格型号号，即8AIX12位模块，2AIX12位模块和8AIX16位模块。根根据氯碱生生产乙炔发发生装置生生产工艺控控制要求对对PLC模拟量输入入模块选型型为：SM331，2AIX12位模块。3）模拟量输输出模块SM332模拟量输出出模块SM332目前有三种种规格型号号，即4AO×12位模块、2AO×12位模块和4AO×16位模块，根根据氯碱生生产乙炔发发生装置生生产工艺控控制要求对对PLC模拟量输出出模块选型型为：SM332，2AOX12位模块。（4）PS307电源模块PS307是西门子公公司为S7-300专配的24VDC电源。PS307系列模块除除输出额定定电流不同同外（有2A、5A、10A三种），其其工作原理理和各种参参数都相同同。根据氯氯碱生产乙乙炔发生装装置生产工工艺控制要要求对PLC电源模块选选型为：PS307，10A模块。2.PLC输入输出地地址分配根据任务一一的乙炔生生产工艺控控制要求分分析可知,控制系统选选用S7-300PLC，控制系统统共有9个开关量输输入点,系统共有7个开关量输输出点,系统只有一一个模拟量量输入点,来自2线制变送器器;系统只有一一个模拟量量输出点,用来控制电电动调节阀阀F2的开度,调节阀要求求4~20mA的标准信号号,选用模拟量量输入（AI）模板SM331（2AI*12位）和模拟拟量输出（（AO）模板SM332（2AO*12位）。I/O接线I/O配线是指可可编程序控控制器的输输入/输出连接，，也是可编编程序控制制器外部接接线图。I/O接线图如图图5-6所示。图5-6三、相关知知识与技能能安装一个典典型的S7-300PLC硬件系统安装步骤：：①对照部件件清单检查查部件是否否齐备；②安装导轨轨③安装电源源④把总线连连接器连到到CPU，并安装模模块；⑤把总线连连接器连到到I/O模块，并安安装模块；；⑥连接前连连接器，并并插入标签签条和槽号号；⑦给模块配配线（电源源，CPU和I/O模块）。四、拓展与与提高PLC的选型、安安装与调试试能力1.PLC机型选择2.PLC的安装和维维护任务三氯碱生产乙乙炔发生装装置PLC控制系统程程序设计一、任务目目的1.学习S7-300PLC的控制系统程程序设计2.学习PLC压力PID调节编程知识点1.根据氯碱生生产乙炔发发生装置生生产工艺控控制要求对对PLC控制系统程程序设计2.学会PLC压力PID调节编程技能点1.训练S7-300PLC的PID调节在乙炔炔发生装置置控制中的的应用2.训练S7-300PLC的控制程序序调试二、任务实实施步骤及及工艺要求求1.S7-300PLC的控制系统统程序依据任务一一中的氯碱碱生产乙炔炔发生装置置生产工艺艺控制要求求和任务二二中的输入入/输出地址分分配应用S7-300PLC的指令系统统可得到控控制系统程程序。2.STEP7创建一个工工程（向导导法和添加加硬件法））1）向导法：：首先双击击桌面上的的STEP7图标，进入入SIMATICManager窗口，进入入主菜单【File】，选择【’NewProject’Wizard…】，弹出标题题为“STEP7Wizard：NewProject”（新项目向向导）的小小窗口）。。2）添加硬件法法：进入主主菜单【File】，【选择New…】】，在弹出对对话框中分分别输入““文件名””、“目录录路径”等等内容，并并确定，完完成一个空空项目的创创建工作。。硬件组态1）硬件组态态的任务：：在STEP7种生成一个个与实际的的硬件系统统完全相同同的系统2）硬件组态态的步骤①生成站，，双击Hardware图标，进入入硬件组态态窗口；②生成导轨轨，在导轨轨中放置模模块；③双击模块块，在打开开的对话框框中设置模模块的参数数，包括模模块的属性性和DP主站、从站站的参数；；④保存编译译硬件设置置.导轨上模块块安放顺序序：通常1号槽放电源源模块，2号槽放CPU，3号槽放接口口模块（使使用多机架架安装，单单机架安装装则保留）），从4到11号则安放信信号模块（（SM、FM、CP）。⑤下载硬件件组态信息息3.使用仿真软软件调试程程序的步骤骤①在STEP7编程软件中中生成项目目，编写用用户程序。。②点击STEP7的SIMATIC管理器工具具条中的【Simulationon/off】按钮，打开开S7-PLCSIM窗口，窗口口中自动出出现CPU视图对象。。③在S7-PLCSIM窗口中用菜菜单命令““PLC”→→“PowerOn”接通仿真PLC的电源；在在CPU视图对象中中点击STOP小框框，，令令仿仿真真PLC处于于STOP模式式。。执执行行菜菜单单命命令令““Execute””→→““ScanMode””→→““ContinuousScan””,令仿仿真真PLC的扫扫描描方方式式为为连连续续扫扫描描。。④在在SIMATIC管理理器器中中打打开开要要仿仿真真的的用用户户项项目目，，选选中中““块块””对对象象，，点点击击工工具具条条中中的的下下载载按按钮钮，，将将块块对对象象下下载载到到仿仿真真PLC中。。⑤执执行行菜菜单单命命令令““Insert””→→““InputVariable””（插插入入输输入入变变量量）），，创创建建输输入入IB字节节的的视视图图对对象象。。⑥用用视视图图对对象象来来模模拟拟实实际际PLC的输输入入/输出出信信号号，，用用它它来来产产生生PLC的输输入入信信号号，，或或通通过过它它来来观观察察PLC的输输出出信信号号和和内内部部元元件件的的变变化化情情况况。。4.输入入、、调调试试和和运运行行程程序序（1）在在计计算算机机上上采采用用Step7梯形形图图编编程程软软件件，，编编制制控控制制梯梯形形图图，，然然后后下下载载到到PLC。（2）将将PLC与PLC的调调试试单单元元输输入入、、输输出出和和M连接接好好，，用用实实验验导导线线插插接接到到仿仿真真控控制制实实验验板板上上，，用用实实验验导导线线插插接接PLC调试试单单元元的的输输入入输输出出M和+24V直流流电电源源端端。。（3）按按下下PLC调试试单单元元上上的的启启动动按按钮钮SB1，发发光光二二极极管管应应按按控控制制要要求求工工作作，，如如不不是是按按控控制制要要求求动动作作，，应应检检查查程程序序并并进进行行修修改改，，直直到到调调试试正正确确为为止止。。注意意事事项项：：1）PLCI/O接线线和和拆拆线线应应在在断断电电情情况况下下进进行行（（即即先先接接线线，，后后上上电电；；先先断断电电，，后后拆拆线线））。。2）实实验验板板上上的的插插接接线线不不要要插插错错或或短短路路。。3）调调试试中中如如PLC的CPU状态态指指示示灯灯报报警警，，应应分分析析原原因因，，排排除除故故障障后后再再继继续续运运行行程程序序。。4）操操作作中中应应穿穿绝绝缘缘鞋鞋，，遵遵守守电电工工操操作作规规程程。。三、、相相关关知知识识与与技技能能（一一））数字字PID控制制原原理理PID控制制包包含含有有比比例例（（P）、、积积分分（（I）、、和和微微（（D）三三种种控控制制规规律律。。由由这这三三种种规规律律可可以以组组成成比比例例（（P），，比比例例、、积积分分（（PI）控控制制器器以以及及比比例例、、积积分分、、微微分分（（PID）控控制制器器等等。。他他们们都都是是线线形形控控制制器器，，其其作作用用是是按按偏偏差差的的比比例例，，或或比比例例加加积积分分，，或或比比例例加加积积分分加加微微分分形形成成控控制制量量，，去去控控制制被被控控制制对对象象，，使使被被控控对对象象趋趋于于稳稳定定。。这这里里偏偏差差是是系系统统给给定定值值r（t）与被控参数数的实际输出出c（t）之差[e（t）=r（t）-c（t）]。比例、积分、、微分（PID）控制器主要要包括比例、、积分、微分分三部分。1．比例（P）控制2．积分（I）控制3．微分（D）控制以二阶系统对对阶跃信号的的响应曲线说说明PID控制器的调节节作用，如图图5-8。图5-8PID是应用最广泛泛的闭环控制制器。如本项项目中所示系系统就是用于于乙炔生产线线的PID闭环控制系统统，该系统的的目标设定值值为期望的压压力值5Kpa，闭环控制器器的反馈值通通过传感器（（压力变送器器）测得，并并经A/D变换转换为数数字量；目标标设定值与变变送器的反馈馈信号相减，，其差送入PID控制器，经比比例、积分、、微分运算，，得到叠加的的一个数字量量；该数字量量经过上限、、下限限位处处理后进行D/A变换，输出一一个电流信号号去控制电动动调节阀的开开度，并进而而控制进入上上料斗的氮气气压力，以控控制乙炔气体体的输出量改改变罐中的乙乙炔质量。该该系统的PID控制器采用编编程的方法生生成一个数字字PID控制器。同时时，其它功能能如A/D、D/A都由PLC实现，变送器器的反馈信号号直接送PLC采集，控制电电动调节阀的的电流信号也也由PLC送出，去控制制电动调节阀阀的开度，进进而控制电石石、水和一些些辅助气体的的输出量，从从而达到控制制罐内压力的的目的。（二）常用的的数字PID控制系统在控制工程中中，常用的数数字PID控制系统有以以下几种类型型。1．单回回路控控制系系统系统中中只有有一个个PID控制器器。2．串级级控制制系统统系统中中有两两个PID控制器器，分分别是是主控控制器器和副副控制制器。。主控控制器器的输输出控控制量量作为为副控控制器器的输输入给给定量量。3．前馈馈-反馈控控制系系统系统的的主要要扰动动作用用，通通过前前馈补补偿器器的输输出，，与系系统的的反馈馈控制制器的的输出出相叠叠加。。4．纯滞滞后补补偿控控制系系统在工业业过程程控制制中，，对象象的纯纯滞后后性质质，会会导致致控制制作用用不及及时，，引起起系统统产生生超调调或者者振荡荡。为为了实实现滞滞后补补偿，，引入入一个个称为为Smith预估器器的补补偿环环节，，与PID控制器器并接接，这这就是是Smith补偿的的原理理。（三））数字字PID控制参参数的的整定定数字PID控制器器参数数整定定的任任务主主要是是确定定Kp、Ti、Td和采样样周期期T。在控控制器器的结结构形形式确确定之之后，，系统统性能能的好好坏主主要决决定于于选定定参数数是否否合理理。1.采样周周期的的选择择2.PID控制参参数的的整定定（四））PLC应用系系统设设计的的内容容和步步骤1.系统设设计的的原则则与内内容1）设计计原则则2）设计计内容容2.系统设设计和和调试试的主主要步步骤1）深入入了解解和分分析被被控对对象的的工艺艺条件件和控控制要要求2）确确定定I/O设备备3）选选择择合合适适的的PLC类型型4）分分配配I/O点5）设设计计应应用用系系统统梯梯形形图图程程序序6）将将程程序序输输入入PLC7）进进行行软软件件测测试试8）应应用用系系统统整整体体调调试试9）编编制制技技术术文文件件（五五））PLC应用用系系统统的的硬硬件件设设计计1.PLC选型型2.PLC容量量估估算算1）I/O点数数的的估估算算2）存存储储器器容容量量估估算算3.I/O模块块的的选选择择1）开开关关量量输输入入模模块块的的选选择择2）开开关关量量输输出出模模块块的的选选择择4.分配配输输入入/输出出点点1）明明确确I/O通道道范范围围2）内内部部辅辅助助继继电电器器3）分分配配定定时时器器/计数数器器5.安全全回回路路设设计计设计计安安全全回回路路的的任任务务包包括括以以下下内内容容：：（1）确确定定控控制制回回路路之之间间逻逻辑辑和和操操作作上上的的互互锁锁关关系系；；（2）设设计计硬硬回回路路以以提提供供对对过过程程中中重重要要设设备备的的手手动动安安全全性性干干预预手手段段；；（3）为为PLC定义义故故障障形形式式和和重重新新启启动动特特性性。。（六六））PLC应用用系系统统的的软软件件设设计计1.PLC应用用软软件件设设计计的的内内容容PLC应用用软软件件的的设设计计是是一一项项十十分分复复杂杂的的工工作作，，它它要要求求设设计计人人员员既既要要有有PLC、计计算算机机程程序序设设计计的的基基础础，，又又要要有有自自动动控控制制的的技技术术，，还还要要有有一一定定的的现现场场实实践践经经验验。。一个个实实用用的的PLC软件件工工程程的的设设计计通通常常要要涉涉及及以以下下几几个个方方面面的的内内容容：：（1）PLC软件件功功能能的的分分析析与与设设计计；；（2）I/O信号号及及数数据据结结构构分分析析与与设设计计；；（3）程程序序结结构