《基于PLC的的乙酸乙脂工艺生产流程中反应釜温度控制系统设计》11000字

基于PLC的的乙酸乙脂工艺生产流程中反应釜温度控制系统设计摘要在我国,精细化工生产品种变化频繁,相关DCS技术起步较晚，虽然发展很快，但相对于起步较早的发达国家还是比较落后的。就目前而言，应用于我国精细化工生产的自控装置往往精度较低，自动化程度不够彻底。而本文便基于PLC为下位机控制核心，以乙酸乙脂的生产流程为例，详细的设计了该工艺生产流程中反应釜的温度控制系统。本控制系统不仅可以在操作员站通过上位机远程手动干预控制乙酸乙酯的生产,也可以自动控制生产。在反应釜内乙酸乙酯生产反应时所需的温度控制环节,能精准的实现温度要求。通过step7进行相关程序的编译和仿真调试,该控制系统能力强，操作方面可靠性高，且能满足一定的工业精度，进一步提高了生产控制的自动化，增加了生产过程中的安全保障，适合长期连续工作。关键词：PLC，反应釜，温度控制目次摘要 IAbstract II引言 11.1精细化生产一般流程 21.2反应釜简介 31.3釜内自动控制流程 42.1控制系统总体方案设计 72.2预期成果 73.PLC简介 84.1系统硬件选型 94.2PID控制 125.1使用Step7和仿真器进行程序调试与仿真 145.2

部分程序介绍(程序见附录) 146.1组态人机界面 17结束语 18附录 21

引言在我国，精细化工生产品种变化频繁，一套设备往往可用于多批次的不同工艺条件的生产，导致具体的操作步骤复杂多变。若不引入自动控制系统，只使用人力进行操作的话，短时间内可能不会出现什么问题，但工人们操作时间过长往往会产生疲劳，很容易造成操作上的失误，进而引发生产问题，严重的话可能会产生工作停工，物料浪费甚至是生产事故，更甚者会影响工人的生命安全。而我国的精细化生产自动控制技术起步较晚，虽然说发展的很快，但相对于国外的一些发达国家来说，还是比较落后的。就目前而言，国内的许多地方已经在使用自动控制来进行精细化生产了，工人们可以通过操作员站的上位机来控制整个精细化工艺流程的生产，还可以通过触摸屏来对整个生产工艺流程进行实时监控。但整个控制系统仍存在一定的漂移和滞后，在具体的温度控制环节时，可能会出现一定的误差。其控制的大致过程如下：操作员通过监控系统实时的观察整个反应的流程，在物料进入到反应釜后通过外部的加热参入反应这一环节，当操作员发现釜内温度快速上升时，通过上位机的控制打开冷却水阀，使冷却水进入反应釜的夹套内，进而降低夹套内介质温度，釜温也就受到夹套温度的影响跟着下降了；当操作员发现反应釜内温度快速下降时，通过上位机的控制关闭冷却水的电磁阀，夹套内的介质受到加热系统的影响，温度就会逐渐变高，釜温进而也就提高了。对于反应中需要添加催化剂等特殊情况，则根据整个流程每一步骤所需要的时间，通过在触摸屏上利用定时器设置定时对操作员进行提醒，定时器的时间到达后，会在触摸屏上弹出提示框。而且严格意义上这种操作模式只能算是远程手动控制，做不到不需要人工干涉就能根据程序自动的控制整个工艺流程的运作。尽管如此，这也极大的减少了工人操作上的失误，增加了整个生产流程的安全性和生产质量。在对生产的设备进行具体的控制系统设计时，由于反应过程中可能出现各种各样的吸放热现象，我们很难确定精确的数学模型。因此，在精细化生产自动控制系统设计中，每个单元操作设备都有独特的控制点，以反应釜为例来说，需要的控制的点有，物料槽进入到反应釜内的阀门、加料漏斗阀门等各电磁阀的打开与关闭，以及反应釜内的压力，物料的液位，釜内反应温度等的控制。本文就乙酸乙脂的生产工艺流程为例，详细的设计了该工艺生产流程中反应釜的温度控制系统。并通过step7进行相关程序的编译和仿真，该系统稳定可靠，且满足工业控制精度要求，对实际生产有一定的现实意义。1.1精细化生产一般流程精细化生产一般流程为：通过泵把原料打到反应釜中，在釜中满足一定的压力，一定的温度，一定的搅拌速度并保持一定的时间来进行相关的化学反应，待反应完全后，通过相应的分离手段分离出产品并打入到对应的成品罐中。根据反应原料的不同可以有多个原料罐，原料罐有高位槽和低位槽之分。通常将原料储存在低位槽中，待需要进行生产时，将低位槽原料通过泵泵入对应的高位槽中，高位槽中的物料通过自流进入到反应釜中。高位槽的旁边的是高位辅料槽，用来添加反应所需的辅料或催化剂。有的化学生产反应可能需要多种条件，故在物料通向反应釜之间，还预留了定向混合器和原料预热器等设备。定向混合器可以将物料均匀混合，原料预热器可以将原料提前加热到一定温度。反应釜向下可通入外循环，物料经过循环泵进入外循环换热器，外循环换热器可以冷却或加热物料。物料在外循环换热器之后，若反应有多步且未完成，可进入下一个反应釜继续进行下一步反应，或者进入之前的反应釜进行循环回流，若反应完成，则进入成品罐。如果在生产反应中加入了固体辅料或有固体反应物产生，则需要把离心罐将固体分离出来，液体打入到对应的母液罐中以循环利用。如果生产反应体系中存在挥发性的气体，则可以通过精馏塔进行分离，轻向的向上进行冷却，使其变为液态，方便回流，重向的则向下回流。回流之后进入相应的成品罐。整套装置有两种加热系统，一个是蒸汽加热系统，通过蒸汽发生器，对水进行加热产生蒸汽，蒸汽到达蒸汽包，蒸汽包的作用是平衡每根管的压力，蒸汽通过管道进入到盘管、反应釜夹套等需要加热的设备中。另一种是导热油加热系统，低压蒸汽提供的温度最高到100度左右，温度再高就没法实现了，而导热油加热系统提供的温度能达到接近300度。导热油加热系统通过输油泵将导热油输送到所需要的加热设备中，然后再循环回导热油灌中，由于导热油的膨胀系数比较大，为了安全着想，在导热油罐的上方设了一个事故罐。导热油过膨胀后则会进入到事故罐中。我们可以根据不同反应所需要的温度来选择相对应的加热系统。冷却系统则是以冷却水储罐为核心通过冷却水的不断循环来实现的，该系统出水口装有两个泵，其中一个为冗于设备，用于损坏时的替换，安装加热系统的地方对应的都有冷却水的管道。整套精细化工生产控制装置中控制点较多的单元操作设备主要在于反应釜。1.2反应釜简介在我国的各类型与化学工艺有关的实验项目或生产流程中，反应釜是不可或缺的一种单元设备，大部分生产中的化学反应阶段都是在反应釜中进行的。常规的反应釜一般由两部分组成，一部分为进行反应所需要的容器，即釜体。为了方便测量釜体内的反应所需要控制的各种参数，釜中内一般会有一个钢套管，可以在钢套管内安装各种类型的传感器。另一部分则是电机，若釜内的反应的反应条件需要搅拌或者混合均匀时，则可以通过电机控制搅拌杆或者扇页的转动来满足相应的要求。在实际生产中，针对不同种类的生产反应类型，反应釜也有两种大的类型来满足实际需求。一种为间歇式，顾名思义，这种反应釜可用于与液相反应相关的化学工艺生产，只适合小批次使用，操作灵活方便，缺点也很明显，在需要通过发酵反应或聚合反应等反应进行生产的化工行业中，很难满足连续生产的要求。另一种为连续釜式反应器，即连续釜，可用于均相和非均相液相反应相关的化工生产中。虽然没有间歇式反应釜的缺点，但存在反混现象，会对整个生产流程造成不好的影响。因此，针对不同的生产反应类型和所需反应条件，选用合适的反应釜，才能最大程度的保证生产效率。1.3釜内自动控制流程1、启动乙酸泵P103、乙醇泵P104，打开原料罐V103和V104到泵的阀门（VA033和VA038），开启泵对应的副线阀（VA034V和A037）及出口阀（VA035和VA036），进入到反应釜的阀门（VA017和VA018）。2、按乙醇乙酸两者体积比例为2：1将原料泵入到反应釜。调节两路流量计流量，计算出所需的时间，或按照液位判断所加物料体积。3、加料步骤完成后关闭进料泵P103、P104，关闭阀门（VA033、VA038、VA035、VA036、VA034、VA037、VA017、VA018）。4、打开反应釜加料漏斗阀门（VA015），用少量的乙醇溶解磷钼酸作为催化剂加入到反应釜，关闭加料阀门。5、确认反应釜夹套内导热油已加入到规定液位，打开冷凝液罐V105放空阀（VA010），排出不凝气后关闭，打开冷凝液罐至反应釜的阀门（VA019），关闭所有其他阀门。6、启动夹套油浴加热系统开始加热，观察夹套和釜内温度。调节夹套的加热功率，将夹套温度控制在120-130℃、反应釜内温度控制在75-85℃。（如果加热系统的开度过大，会导致釜内蒸发量过大，系统压力上升，过小则又无蒸发冷凝液。7、当釜内温度达到65℃左右时，打开冷却水泵P101，向反应釜顶蒸馏柱E101和反应釜顶冷凝器V105内通冷却水，打开阀门（VA005和VA007),根据冷凝情况调节釜顶蒸馏柱转子流量计开度，调整釜顶冷凝器冷却水流量，使蒸汽完全冷凝。8、保持全回流3个小时。然后取样，分析并确认反应是否完全。9、回流结束后，可将反应釜冷凝液罐V105内的所有产品通过阀门VA019回流到釜内，或直接从反应釜冷凝液罐V105提取产品。10、将导热油储罐V102与导热油泵P102之间的阀门VA030，导热油泵P102的出口阀门VA025和导热油回路的阀门VA023，导热油冷却水的进口阀门VA004，导热油泵P102全部打开，降夹套内的导热油温度，使釜内物料讯速降到室温。I/O分配表输入功能符号输出功能符号I0.0启动SB1Q0.0反应釜电机M101VKA1I0.1停止SB2Q0.1冷却水泵P101KA2I0.2急停SB3Q0.2乙酸泵P102KA3I0.3自动手动SA1Q0.3乙醇泵P103KA4I0.4反应釜电机M101V手动SA2Q0.4阀门VA004KA5I0.5冷却水泵P101手动SA3Q0.5阀门VA005KA6I0.6乙酸泵P102手动SA4Q0.6阀门VA007KA7I0.7乙醇泵P103手动SA5Q0.7冷凝液罐V105放空阀VA010KA8I1.0阀门VA004手动SA6Q1.0反应釜加料漏斗阀门VA015KA9I1.1阀门VA005手动SA7Q1.1进入到反应釜的阀门VA017KA10I1.2阀门VA007手动SA8Q1.2进入到反应釜的阀门VA018KA11I1.3放空阀VA010手动SA9Q1.3冷凝液罐至反应釜的阀门VA019KA12I1.4漏斗阀门VA015手动SA10Q1.4阀门VA023KA13I1.5阀门VA017手动SA11Q1.5阀门VA025KA14I1.6阀门VA018手动SA12Q1.6阀门VA030KA15I1.7阀门VA019手动SA13Q1.7原料罐V103泵的阀门VA033KA16I2.0阀门VA023手动SA14Q2.0乙酸副线阀门VA034KA17I2.1阀门VA025手动SA15Q2.1泵的出口阀VA035KA18I2.2阀门VA030手动SA16Q2.2泵的出口阀VA036KA19I2.3阀门VA033手动SA17Q2.3乙醇副线阀门VA037KA20I2.4阀门VA034手动SA18Q2.4原料罐V104泵的阀门VA038KA21I2.5泵的出口阀VA035手动SA19Q2.5自动运行指示灯HL1I2.6泵的出口阀VA036手动SA20Q2.6故障指示灯HL1I2.7阀门VA037手动SA21PQW256电机M101变频控制I3.0阀门VA038手动SA22PQW258加热控制I3.1手动启动加热SA23PQW260冷却控制PIW256反应釜PT103PT103PIW258乙酸原料罐LT105LT105PIW260乙醇原料罐LT106LT106PIW262冷凝器冷却水流量控制FT102FT102PIW264乙酸流量FT103FT103PIW266乙醇流量FT104FT104PIW268反应釜内胆温度TS103TS103PIW270反应釜夹套温度TE104TE104表1.1表1.12.1控制系统总体方案设计图2.1图2.1本文以反应釜为主控制点，借助实验室的部分常规温控仪表，设计了一套以乙酸乙酯为例的反应釜化工生产控制系统，本控制系统不仅可以在操作员站通过上位机远程手动干预控制乙酸乙酯的生产，也可以自动控制生产。在反应釜内乙酸乙酯生产反应时所需的温度控制环节，能精准的实现温度要求75-85℃，夹套温度控制要求120-130℃，利用PLC作为下位机的控制核心，系统通过温度传感器实时监控釜内温度的具体数据，并与设定值进行对比，经过PID控制模块FB41的计算，PLC输出信号控制加热系统和冷却系统对应的阀门，调节釜内的温度使其达到生产反应要求。2.2预期成果使用西门子系列的PLC，当原料槽内物料充足时，按下启动按钮，默认为自动模式，控制系统可以自动进行乙酸乙酯的生产，当某个步骤需要进行人工调节时，可按下自动手动按钮，切换到手动模式，通过上位机手动控制整个生产过程。整个自动控制过程通过程序实现，严格控制精度，尽可能减少原料浪费，保证生产安全，同时设计一个急停按钮，若发生故障时，可以通过急停按钮强行中断所有过程，并预留故障指示灯进行提示。3.PLC简介PLC即可编程控制器，它使用可以进行编程的存储单元，能在内部存储程序并具备执行逻辑运算、定时、计数与网络通信等多种功能，还可以利用I/O端口模块对各种各样的生产或机械运动进行控制。PLC性能优越，自身功能完备，开发编程简单容易，应用在精细化生产中性价比较高。PLC用软件功能代替了电路中大量的具有时间功能和继电保护功能的继电器，从而减少了接线的需要，导线总量减少可以减少触点接触不良等故障的发生。PLC也可以看成由硬件和软件两部分组成，在硬件方面结构上类似于小型计算机，由能连接输入设备的输入单元、连接输出设备的输出单元、能存储用户程序和系统程序的存储单元、能进行扩展连接I／O口或特殊单元设备的扩展口、可连接上位机或打印机等外设的外设接口以及拥有中央处理功能的CPU和电源接口组成。软件方面则是由用户的编程程序和系统自带的拥有特殊功能的程序组成。用户通过PLC的编程软件编写PLC能识别的汇编程序，本文即根据整个精细化生产流程的控制要求，利用梯形图语言编写出相应的用户程序，进而实现整个生产流程的控制要求。而系统自带的功能程序如PID控制模块、FC105等则是系统已经编程好的功能块。用户程序可以通过编写改变，而系统程序块一般会受到加密保护，不能被改变。PLC实现控制要求的工作原理和计算机类似，即在硬件的支持下执行相关用户程序。但又不完全相同，因为在实际的生产过程中，被控对象的逻辑关系并不一定会有时间的先后关系。在计算机的查询结构中，可以根据变量条件是否满足设定值来判断是否进行下一步操作，但在工业生产控制中，可能存在很多个变量，像这样的查询结构已不能满足控制要求。因此PLC使用了巡回扫描的工作方式，在程序长度有限，指令执行效率快的条件下，每次循环占用的时间非常短，短到变量条件不会发生变化，这样做即使前一次没有捕捉到某一变量状态，再次循环时，该条件变量仍然会存在。在工业生产控制使用PLC之前，整个生产过程控制中主要使用的是需要大量接线的继电控制，若要更换生产产品或更新生产系统，就需要对原本的控制系统进行拆卸和重新安装，非常的费时费力。而在工业生产控制中引入PLC之后，由于PLC使用的模块化插件式结构，不仅维护方便，体积和成本均小于以前的继电系统，且编程非常简单，还可以在生产控制现场直接修改程序。通讯也非常方便，对于整个世界工业生产控制水平的提升起到了非常大的作用。PLC的功能有很多，其主要功能有开关量的逻辑控制、步进控制、PID控制、定时／计数控制以及通信联网等。4.1系统硬件选型硬件设计是设计PLC控制系统的最关键的一步，

这关系着整个PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。本文在设计PLC生产控制系统时，先了解了相关化学生产控制所需实现的功能，后根据需求确定相关的I／O口，对应的输入输出数字量和模拟量的数量，整个控制系统整体框架。最后再选择具体的各类硬件配置。（1）PLC型号的选择：本文的精细化生产控制系统，选择西门子300系列的PLC为下位集控制核心，CPU选用315-2DP，该CPU内置96kb负载内存（RAM），可通过存储卡扩展。（2）数字量I/O模块：数字输入模块向内连接PLC的数字传感器，向外可连接各种类型的开关，现场发出的信号经光电隔离后转换为PLC内部的信号电平，送入到输入缓冲区。通过背板总线将现场通断信号以1或0的形式写入相应的输入存储区。数字输出模块则将相关内部控制信号转换为负载所需要的电平信号。同时具有隔离和功率放大功能。可直接驱动电磁阀、小型电机、接触器、指示灯等，输出电流典型值为0.5～8A，负载功率则由外部提供。本文的控制系统所选用的是数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322。（3）模拟量I/O模块：在反应釜生产控制过程中，往往存在有大量连续变化的模拟量，需要用PLC进行测量或控制。有的是像温度、流量、压力、频率、液位这样的非电量；有的是如电流、电压、功率、功率因数这样的强电量；而模拟量输入模块能把模拟信号转换成数字信号，供CPU内部处理。一般来说，模拟量输入模块的输入信号即模拟量变送器输出的标准量程直流电压、电流信号。系统通过模拟量输出模块将PLC的数字信号转换成需要的模拟量信号，进而控制相应的模拟量调节器和执行机构。本文的控制系统选用的是模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。图4.1（4）传感器的选择：本文对精细化工生产装置控制系统的设计所选用的传感器有压力变送器3351DP3E22B3；插座式热电阻WZP-207；流量计，成丰仪表lzd-15/rr1/m9/e2/b2/y；反应釜电机隔爆型三相异步电动机YB2-80M2-6。4.2PID控制图4.2PID控制的目的即使PLC的输出值逐渐接近控制系统的设定值。具体原理是从相应的传感器上获得被控量的测量值，将测量值与系统的设值比较，计算出偏差，然后使用算法控制执行量来调节这个偏差，最终效果为控制被控对象的输出使其在化工生产控制系统的要求范围内。以反应釜内温度控制为例，假设要把反应釜内的温度维持在80℃，而初始时刻反应釜内的温度为常温21℃，那么当前时刻釜内的温度与目标温度是存在一个误差△的，且△为59℃，这个时候开始通过加热系统给反应釜加热，假设每个时刻加热的温度是固定增加的，即温度增加量U和误差△是成正比的。而这个比例常数的控制即PID中的P控制。在这个基础上再次假设比例常数Kp=0.5，引入时间变量T，T=1时表示第一次加热，也就是第一次对釜内的温度系统施加控制，所以第一次温度的增加量会使温度在21℃的基础上增加U=0.5×59=29.5℃，达到50.5℃。接着在T=2的时刻，开始对釜内温度系统施加第二次控制，当前釜内温度是50.5℃，所以误差△=29.5℃，U＝0.5×29.5＝14.75℃，会使釜内温度再次上升14.75℃，达到65.25℃。如此像这样循环下去，就是使用比例算法对反应釜温度的控制方式。就算比例系数Kp的取值不同，最终温度肯定也会达到我们所设定的80℃，这个过程不会存在稳态误差。但是考虑到另外一种情况，假设在反应釜温度加热的过程当中，可能因外界环境或冷却控制等各种因素存在温度降低的情况，假设每次加热的过程当中釜温都会降低10℃，仍取Kp=0.5，那么便会出现以下情况，经过几次加温后，反应釜内的温度达到60℃时，温度将不再发生变化。因为釜内温度为60℃，则误差△＝20度，所以每次温度增加的量U＝0.5×20＝10℃度，同时每次加温时反应釜的温度又会降低10℃，增加的温度和降低的温度，相互抵消，釜内温度将不再变化，也就是说该温度控制系统的设定值是80℃，但是系统实际的最终温度达到60℃时就不再改变了，且系统已经达到稳定。由此产生的误差即稳态误差，所以单独的比例控制根本无法满足精细化工生产中反应釜的温度控制要求，虽然比例控制算法有很多优点，系统一旦出现偏差，比例算法能立即产生调节作用来减少偏差，但Kp过大的话，控制系统非常容易出现震荡，继而出现以上的稳态误差。在反应釜温度控制出现以上问题时，即釜温停滞在60℃了，于是在控制中需要再引入一个分量，这个量与误差的积分成正比关系，以上文的温度加热为例，第一次的△为59℃，第二次的△为29.5℃，误差的积分等于两次△的积分相加等于88.5℃，此时的控制量除了比例之外还有一部分就是系数Ki乘以积分项，如果光靠比例控制温度就会停留在60℃，而加入积分项之后，系统的输入就会增加，通过积分将前面若干次的误差进行累积，这样做就减少甚至近乎消除了稳态误差，这就是积分算法的作用。在离散的情况下，在以上的温度系统中，微分等于△的差值，即T与T-1时刻△的差，在釜温控制中，△是越来越小的，故微分控制项一定是负数，在控制系统中加入负数项，它存在的作用就是为了防止温度过高。微分项的作用就可以理解为给系统一个降温，当釜温控制系统升温很快且很接近设定值时，微分项的绝对值就需要调的很大，从而表示需要降温才能使釜温达到设定的范围。即当发现反应釜温度快要接近80℃的时候，加入微分算法控制，防止温度超过设定值80℃。该算法可以减少整个系统控制过程中的震荡。它能反映温度控制系统偏差信号的变化率，从而预见系统温度变化的趋势，继而对反应釜的温度进行超前控制。故当PID应用于本文设计的精细化工生产装置控制系统中温度控制时，至少需要进行PI调节。PID整定一般有通过算法实现自整定和工业经验整定两种，而西门子300系列的PLCPID块里面也提供有自整定的功能，不过该自整定的功能精度并不是很高，主要原因是利用算法自整定时，要在闭环工作中插入一个过程测试信号，进而就会产生影响整个过程模型的扰动，所以此方法在应用上不太理想。而经验整定则是以以往工人们的生产经验为准，可靠性和稳定性非常高。而在本文设计的系统中，PID控制器设定为串级回路，即将主控制器的输出设为副回路的输入，这样能进一步增加整个系统的稳定性与抗干扰性。5.1使用Step7和仿真器进行程序调试与仿真PLC的用户控制系统程序编译完成后，先进行硬件调试，使用变量表来进行测试。可观察CPU模块上的故障指示灯是否发光或者使用故障诊断工具来进行故障诊断。在下载程序之前，应重置CPU内存并将CPU切换到停止模式。下载用户程序时，应同时下载硬件配置数据。启动过程中若程序出错可能导致CPU关闭。这时可以使用“模块信息”工具来诊断和消除编程错误。程序无误后，就可以进行仿真了。若程序分为好几块，则可以在组织块0B1中逐个调用每个程序块，对程序进行分步调试,调试时应记录程序的修改情况。调试后，保存调试后的程序。调试时，先调试启动块0B1，再从主程序中调用其他块进行调试。在调试期间，还可以将BEU（无条件结束块）指令临时插入到完整的块0B1的中间。只执行BEU指令前的部分，调试后删除。或者在调试块0B1时调用它们，最后调试不影响块0B1执行的中断处理程序。图5.15.2

部分程序介绍(程序见附录)（1）本控制系统不仅可以在操作员站通过上位机远程手动控制乙酸乙酯的生产，亦可以自动控制生产。图5.2（2）子程序FC1块，模拟量输入处理。通过调用FC105功能块，实现反应釜PT103压力，原料罐液位，冷凝器冷却水流量控制FT102，进料流量，反应釜内温度，反应釜夹套温度等模拟量输入的模块。图5.3（3）子程序FC2块，自动运行。按下启动按钮后，默认为自动运行模式，自动运行指示灯亮，此时通过比较指令，若上位机操作按钮m0.0到m1.7全部为OFF，即上位机无动作步骤，则执行第一步，开始加料，首先通过传送指令进行流量累计的清零，然后通过比较指令开始进行加料，打开乙酸泵通往反应釜的阀门，加入乙酸，当乙酸流量的模拟量达到乙酸流量的设定值之后，关闭对应的阀门，停止乙酸泵，停止加入乙酸。通过乘法指令根据设定系数和设定的乙酸数量计算乙醇的添加量，然后开始添加乙醇。乙醇添加完毕后，关闭对应的阀门，停止对应的泵。加料完成后，打开反应釜的加料漏斗阀门，此时接通延时定时器开始工作，设定的时间为催化剂加入到反应釜所需要的时间，催化剂加入到反应釜之后，接通延时定时器倒计时结束，接通延时定时器的信号由1变为0，加料阀门自动关闭。然后启动导热油加热系统，当温度模拟量大于等于比较指令CMP的设定值65℃时，通过数字量输出打开冷却水泵，启动冷却系统，根据PID控制程序进行温度控制。直到加热到设定温度后，通过秒脉冲上升沿指令每秒发送一次脉冲经过加法指令计数，当累计时间超过比较指令的设定值10800后，3h全回流过程结束，进入到冷却流程，打开冷却水阀门，同时仍然使用接通延时定时器，设定时间为该流程温度降低到室温的时间，计时结束后，相关阀门关闭。通过数字控制打开冷凝罐阀门，将产品输送到成品罐。整个自动控制流程程序结束。图5.4（5）PID控制。在PLC的编写软件Step7中，不仅可以自己编写程序，想要实现PID的运算功能，除了自己编写相应程序以外，还可以通过调用PLC中提供的PID功能模块，按照模块说明设置相关参数。本文的系统选用的是通过PID功能块来实现系统的闭环控制功能，这样做的好处是相关控制系统的的性能与处理速度仅取决于所用CPU的性能。PID控制包的功能块包含了连续控制CONT_C(FB41)功能块、步进控制CONT_S功能块和脉宽调制PULSEGEN的功能块。控制器块实现了一个纯软件控制器，其中的功能块可以提供控制器的所有功能。循环计算所需要的数据存储在为FB分配的数据块中，以便按需频繁地调用块FB。温度控制属于连续输入和输出变量的工艺过程，因此采用FB41功能块。图5.56.1组态人机界面本文选用组态王进行组态，在画好主控画面后，

创建出相应的变量，然后使用TCP协议通过局域网与PLC连接或者直接通过MPI串口连接，然后将变量与PLC程序中的变量对应起来，组态便可以使用了。图6.1

总结本文使用西门子300PLC设计了一套在精细化工生产过程中反应釜的温度监控系统。系统的采用了PLC的各输入输出模块，可在上位机的控制下实现对精细化工现场的自动控制。基本实现了精细化工生产过程中的各类生产控制要求。以乙酸乙酯的精细化生产为例，本系统可以在组态操作页面远程手动干预整个生产控制过程，也可以自动控制生产，使用PID闭环串级控制加热系统和冷却系统来实现反应釜温度的精准控制。

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附录自动运行指示灯A(O"启动"O"上位机启动"O"自动运行指示灯")AN"停止"AN"上位机停止"AN"上位机急停"AN"上位机手动自动选择"AN"急停"AN"自动手动"="自动运行指示灯"故障指示灯O"急停"O"上位机急停"="故障指示灯"调用子程序，模拟量输入处理CALL"模拟量输入处理"NOP0调用自动运行子程序AN"上位机手动自动选择"AN"自动手动"JNB_001CALL"自动运行"_001:NOP0反应釜电机M101VA(A(O"启动加热到65度"O"开启冷却水泵"O"加热到设定温度"O"全回流反应3小时"O"回流"O"冷却")A"自动运行指示灯"OA"反应釜电机M101V手动"A"自动手动")AN"故障指示灯"="反应釜电机M101V"冷却水泵P101A(A(O"开启冷却水泵"O"加热到设定温度"O"全回流反应3小时"O"回流")A"自动运行指示灯"OA"冷却水泵P101手动"A"自动手动")AN"故障指示灯"="冷却水泵P101"PID初始化A"自动运行指示灯"FPM100.3O(A(O"自动手动"ON"自动手动")FPM100.4)=M100.5反应釜内胆温度TS103PIDAM100.5=L22.0BLD103A"自动手动"=L22.1BLD103CALL"CONT_C","内胆温度PID参数"COM_RST:=L22.0MAN_ON:=L22.1PVPER_ON:=P_SEL:=I_SEL:=INT_HOLD:=I_ITL_ON:=D_SEL:=CYCLE:=SP_INT:="参数设定".Heating_temperature_setPV_IN:="模拟量读取".TS103PV_PER:=MAN:="参数设定".Man_setGAIN:=TI:=TD:=TM_LAG:=DEADB_W:=LMN_HLM:=LMN_LLM:=PV_FAC:=PV_OFF:=LMN_FAC:=LMN_OFF:=I_ITLVAL:=DISV:=LMN:=LMN_PER:=QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P:=LMN_I:=LMN_D:=PV:=ER:=NOP0读取归一化处理L"模拟量读取".TE104L"参数设定".Temperature_high/RT"内胆温度PID参数".PV_INNOP0反应釜夹套温度TE104PID控制，使用PID1的输出作为输入，进行串级控制AM100.5=L22.0BLD103A"自动手动"=L22.1BLD103CALL"CONT_C","夹套温度PID参数"COM_RST:=L22.0MAN_ON:=L22.1PVPER_ON:=P_SEL:=I_SEL:=INT_HOLD:=I_ITL_ON:=D_SEL:=CYCLE:=SP_INT:="内胆温度PID参数".LMNPV_IN:="内胆温度PID参数".PV_INPV_PER:=MAN:="参数设定".Man_setGAIN:=TI:=TD:=TM_LAG:=DEADB_W:=LMN_HLM:=LMN_LLM:=PV_FAC:=PV_OFF:=LMN_FAC:=LMN_OFF:=I_ITLVAL:=DISV:=LMN:=LMN_PER:=QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P:=LMN_I:=LMN_D:=PV:=ER:=NOP0加热控制AN"加料"A"加料"=L22.0