【反应釜温度监控系统的设计案例4100字】

反应釜温度监控系统的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u25974反应釜温度监控系统的设计案例 182341.1PLC控制系统概述 1305601.1.1PLC系统组成 271601.1.2PLC工作原理 3120201.2PLC控制系统的硬件设计 4136661.2.1 I/O数量统计 4242911.2.2PLC硬件选型 5315381.2.3现场仪表 6118391.2.4PLC硬件设计 7178801.3PLC控制系统的软件设计 9211801.3.1创建项目的具体流程 9161831.3.2软件仿真 10在我们日常工艺温控的过程中，其重点在于对PLC的生产过程进行有效的温度控制，实际上是对温度、液位、流量等参数进行控制，然后能通过显示屏来实时监控反应釜的状态并加以调整规范。1.1PLC控制系统概述最开始我们所了解的PLC系统只是单纯的对逻辑开关、顺序控制、定时、计时等指令有所研究，但随着技术的进步，在原有的基础上又添加了模拟量处理和运动控制指令等。在控制系统中在运动控制、过程控制中发挥着极其重要的作用之外，其在逻辑控制中的作用是最大的[24]。如图1.1所示的系统结构。图1.1PLC控制系统结构图1.1.1PLC系统组成（1）PLC主要由CPU、RAM、ROM、电源、I/O口等元件组成。系统硬件的基本机构大致相同，硬件结构如图1.2所示。图1.2PLC硬件图PLC其本质是一种用于工业控制的微型计算机。硬件系统的功能组件如下所示：CPU是PLC控制系统的核心部分。在执行系统程序和用户程序时，通过扫描系统各部分的程序运算、诊断、执行状态等功能时，相应的储存单元储存着相应的操作结果。PLC的存储单元是存储器，分为RAM和ROM两种，RAM存储器可用于读写操作，也可用于某些程序的读写；用于系统程序和工作数据的存储的是只读ROM存储器。PLC与外部设备的接口是I/O口。I口单元的功能：接收到的信号是由外部设备传送的，O口单元的功能：将PLC的输出信号送给受控制设备，对执行元件进行控制。通常，PLC电源中使用220V交流或24V直流电，为CPU内部电路和PLC内存进行供压（5V、12V、24V），来保证它的正常运作。能在两个接口模块间（基本单元和功能模块）灵活走动来实现控制系统的各种要求的是扩展I/O口的功能。1.1.2PLC工作原理PLC的工作过程：当PLC开启时，第一步就是对系统进行初始化，下载到PLC存储器中的用户程序进行自诊断。如果CPU、内存和I/O部件异常，将发出错误报警。如果没有异常情况，系统将继续向下扫描。检查完毕后，PLC检查外部设备的通信请求，如果有相应的处理后，则在上述工作流程完成中后，用户程序就可开始启动运行，扫描过程则是由顺序扫描完成，其三个阶段为下图1.3所示中间部分的阶段，这三个阶段一旦完成则就称之为一个完整的时间周期。图1.3PLC工作原理图中间阶段的第一部分中，PLC读入输入接口信号状态应该在执行用户程序之前进行，并将输入过来的信号存储在对应的位置上，这样就完成了第一部分的过程。在此部分循环中，用于运行后续程序的输入信号的值全部取自输入图像记录单元中之前已经保存过的信息加以利用。在此阶段内，扫描周期输入采样值变不变化与输入接口的信号状态变不变化没有实质性的关系。在中间部分的第二阶段中中，读取用户指令程序由CPU完成，读取程序中使用的信息，根据用户程序的具体要求，进行数据操作处理等，而且在此过程中就已经完成了相应寄存单元数据的修改。在中间部分的第三个阶段中，CPU运行完用户程序之后，会记录相应的结果并写入相应的输出映像寄存单元，然后将信息传输到相应的数据单元中，用于输出锁存。通过PLC隔离电路和导电功率放大电路，向外界发出必要的控制信号可以由输出端完成，并对执行元件进行控制。其扫描时间取决于CPU速度、模块I/O数量和用户程序的复杂性。以上即为一个扫描周期介绍。1.2PLC控制系统的硬件设计1.2.1 I/O数量统计了解并分析反应釜温度控制系统的工艺流程要求后，对I/O口的各项分布也要有个明确的总结。这些东西是要在确定反应釜温度控制系统硬件选型之前完成的，下表1.4为I/O口的分配情况。表1.4I/O地址分配表PLC输入点功能PLC输出点功能I0.0启动Q0.0原料阀门I0.1停止Q0.1电机运行I0.2急停Q0.2冷却水泵PIW0高液位传感器Q0.3冷却水阀PIW2低液位传感器Q0.5自动运行指示灯PIW4反应釜内温度Q0.6故障指示灯PIW6反应釜夹套温度Q0.7卸料阀PIW8反应釜PQW8搅拌器变频控制PQW10加热控制I/O口分配时不能对其进行随意分配，它是有自己的安排的要根据控制点的实际需要进行连接的。我们如果只对反应釜的结构和环节进行讨论的话，就有可能忽视主要环节温度控制（核心）。PLC温度控制系统涉及的控制点主要分为以下几种：（1）PIW（模拟量输入）为温度、液位、流量等检测信号。（2）数字量输入（I）主要包括电机的手动状态、电机的运行状态、阀门开/关等信号值。（3）数字量输出（D）主要包括阀门的启停信号、电机的启停信号、冷却系统合适启动和停止等。1.2.2PLC硬件选型体积小、速度快、功能强大、可靠性高等是西门子S7系列PLC被大众所认可的优点，因此它被大部分工厂企业领域广泛应用，为了构建出较为完善的温度控制系统我们就采用了S7-300PLC。各硬件结构介绍如下：（1）中央处理单元模块（CPU）CPU作为PLC的核心，必须根据CPU的存储空间、计算速度、通信资金和编程资源的要求来选择。如表1.5所示为不同类型CPU的分类。经济性和稳定性是所有工厂企业优先考虑的事情，故PLC的性能要求一定要满足这两个特点才能在社会上被优先考虑。在日常工艺生产的不断发展中，控制系统会不断地改变或增加新的功能，因此选用的PLC也必须具有一定的可扩展性，综合考虑后选用CPU312C-2DP，即性价比高、具有一定的可扩展性。表1.5CPU选型表CPU型号AIAODIDO集成功能CPU312C00106MPICPU313C422416MPICPU312C-2PtP001616MPI、RS422/485接口CPU313C-2DP001616MPI、ProfibusDP主/从站接口CPU314C-2PtP422416MPI、RS422/485接口CPU314C-2DP422416MPI、ProfibusDP主/从站接口CPU314C-2/PNDP422416MPI、ProfibusDP主/从站接口、Profinetl/O设备接口（2）电源模块（PS）上面中已经提到过这个模块就是把交流电转化成所需要的直流电对各个模块进行持续不断的供电。（3）接口模块（IM）它将扩展机架（ER）连接到主机架（中央机架，CR），安装位置在CPU的右侧。。S7-300PLC上的CPU机架称为主机。当主机中的I/O模块数量（最多8个）达不到系统所需要求时，那么扩展口就起到了相应的作用，就可以对系统进行扩充I/O口。（4）信号模块（SM）I/O模块的一贯说法就是这个，它会供应相应的电流电压处理信号，使CPU与外部设备连接，5V的直流电是CPU的工作状态下的电压，24V、4~20mA的标准直流电为I/O模块所需的电压电流。1.2.3现场仪表（1）温度传感器对釜内原料的温度和管内导热油的温度进行监测一定要放在反应釜反应之前。它的精度测量甚至影响到控制器的控制输出信号而且还对最终的产品、安全问题有直接影响。综上所述我们所选的传感器一定要稳定且准确。可以将温度转化成输出信号的传感器就是它，热电阻具有强度高、抗压、性能可高、稳定等优点故被绝大多数企业和工厂所用。它还能在不需要补偿导线的强狂下测量出此实验中所产不管气液固等东西只要在-200-500℃温度范围内的温度[25]。（2）流量计流量计广泛应用于石油、化工、电能、轻工等工业管道中的液体或气体流量的测量，流量计无需移动机械部件，可靠性高，维护量小。（3）调节阀简单来说它就是借助外界力量来改变阀门的大小进而可以控制原料、液体、固体等的流速。选择调节阀是一个非常重要的决定，因为它牵扯到安全性和可靠性等。它的调节非常的非常的重要，因为不管是简单的、复杂的控制系统它都在最后阶段才施行。若调节阀动作不到位，会直接影响系统的正常工作[26]。本实验没有对调节阀开度做过多深入研究。（4）变频器它主要是调节循环泵和电机/功率并进行不同的变速操作，它不仅可以在运行过程中对发动机转速进行调节，还能节能。因此变频器被多数工艺所使用。变频器也可不加在工艺过程中通过经验来对电机进行手动控制。1.2.4PLC硬件设计（1）PLC控制柜电路：PLC控制柜电路采用从整体到局部。柜内元件包括UPS电源、PLC、功能模块、开关电源、断路器、变压器、接线端子等。程序流程图如图1.6所示。图1.6程序流程图（2）I/O端口程序设计如图1.7所示：启动按钮按下自动运行指示灯亮起，通过经验手动打开电机进行转动，当原料到达高液位时，原料阀门关闭，若在低液位时，原料阀门开启对反应釜内添加原料。通过模拟量输入反应釜内温度过高时，冷却系统启动，对釜内壁充冷却水进行降温；当釜内温度过低时，加热系统就会对釜内温度进行加热；当检测到反应釜夹套温度过低时，加热系统又重新进行加热。按下急停按钮时，故障指示灯亮起。所有模块均无毛病时，卸料阀打开生产出所需要的产品。图1.7I/O设计图1.3PLC控制系统的软件设计用Step7进行PLC控制系统软件设计的步骤为：（1）设计相应的自动化解决方案要根据工艺流程及其控制要求。（2）创建项目在Step7中。（3）硬件组态在此项目创建中进行。（4）编写PLC程序。（5）保存下载下来并进行调试。1.3.1创建项目的具体流程我们要根据用户每个人的具体要求再在Step7管理器中调整，当用户第一次进入Step7管理器界面时候，就需要建立一个项目来管理和运行自己程序操作。之后出现新建项目的向导。再点“下一步”之后，在这个界面对CPU选型找到所需要的CPU及CPU314C-2DP。CPU选型完成后，有一个完成选项点击，之后就成功建立新项目成功。如果自己所选设备与实际设备不相符时，就需要用户自己自行选择正确的类型设置。再点“下一步”即可。上述结束之后，就会出现一个窗口，在窗口中项目的名称可以根据自己的想法修改，这样可以方便自己找到并使用。之前的步骤完成后就可以点击“完成”，一个全新的项目就此建立成功。基于西门子PLCS7-300的间歇反应釜温度控制系统主要由OB1主程序、OB100系统初始化模块、OB34循环中断程序等功能模块组成。当PLC被触发时，其工作状态从停止模式变为执行模式。PLC的CPU单元首先执行OB100系统初始化模块，对系统的控制参数进行赋初值，并将控制执行器恢复到初始控制状态，为系统下一步做准备。当CPU完成系统参数初始化、故障诊断等操作后,开始循环运行主程序OB1，主程序OB1主要负责调动预先准备编制好的功能块（FB）、功能（FC）等程序块，顺利完成对应的控制功能。1.3.2软件仿真自动运行指示灯：停止、急停按钮处于常闭状态，