某化学反应过程的PLC控制系统设计

PLC在化学反应装置中的应用

摘要

随着社会的不断进步和各种轻工业的飞速发展，化学化工厂已经成为不可缺少乃至对国民经济产生至关重要的一门行业。在化学化工厂中有各种化学装置，可以说化学装置的应用是很普遍的，并且在工业中占有非常重要的地位。

本文主要设计一种用可编程控制器用于化学反应装置过程中的系统，可编程控制器是一个智能控制器，他有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警和控制等功能。我们所设计的这个系统，有两种状态一种是自动状态，另一种是手动状态，在这里我们主要对自动进行研究。系统可以对温度进行及时显示；一旦温度超出给定范围就报警；而且温度的给定值是可以预置，这就给于各种化学物质的反应提供了条件。整个系统充分利用了现代先进技术，提高了劳动生产率，改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度，不仅可以克服人为的不稳定因素，而且可以吸收人为调节的优点，为现代化的生产管理提供了强有力的物质条件，为社会的发展和进步服务。 关键词：PLC 化学反应装置 PID 数码显示

Abstract

Along with social progress and the rapid development of a variety of light industry, chemical, chemical plants have become indispensable to the national economy as well as generate critical to a business. There are a variety of chemical chemical chemical devices, can be said that the application of chemical plant is very common, and in industry occupies a very important position.

In this paper, design a programmable controller used for the chemical reaction device in the process of the system, programmable controller is an intelligent controller, he has his own CPU and control software, mainly to complete the field data acquisition, conversion, storage, alarm and control functions. We designed this system, there are two states is automatically a state, the other is the manual states, where we mainly study the automatic. System can display the temperature in time; once the temperature exceeds a given range on the alarm; and temperature can be pre-given value, which gives a variety of chemical substances to provide the conditions for the reaction. The whole system made full use of modern advanced technology, to improve labor productivity, improved working conditions, reducing the labor intensity, not only can overcome the human factors of instability, but also can absorb artificially adjust the advantages of a modern production and management provides a strong strong material conditions for social development and progress. Key words: PLC chemical reaction device PID digital display

目 录

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第一章 绪 论????????????????????????????????2

1.1 系统介绍 1.2 系统方案论证

1.3可编程序控制器的发展及应用 1.4系统设计方法和步骤

第二章 系统硬件设计????????????????????????????9

2.1 系统总电路图

2.2 PLC的型号选择以及硬件配置

2.3系统的I/O点地址分配以及外部接线图 2.4温度采集处理

2.4.1 热电偶的基本知识 2.4.2 EM231模块 2.4.3 报警电路

2.5 数码管显示温度值 2.6 拨码盘给定温度值 2.7 温度控制触发电路

第三章 系统软件设计????????????????????????????21

3.1化学反应过程的主程序设计 3.1.1 工艺流程图设计 3.1.2 系统主程序

3.2 PID闭环控制系统设计 3.2.1 PID程序设计方法

3.2.2数字PID控制原理与参数确定 3.2.3 系统中断程序设计 3.3 数码显示的程序设计 3.4 程序清单 3.5 系统调试

参考文献????????????????????????????????????29 附录A 系统梯形图??????????????????????????????30 附录B 系统程序清单????????????????????????????..37 致 谢????????????????????????????????????.42

第一章 绪 论

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随着社会的不断进步和各种轻工业的飞速发展，化学化工厂已经成为不可缺少乃至对国民经济产生至关重要的一门行业。在化学化工厂中有各种化学装置，可以说化学装置的应用是很普遍的，并且在工业中占有非常重要的地位。

下面我设计一种用可编程控制器用于化学反应装置过程中的系统，可编程控制器是一个智能控制器，他有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警和控制等功能。我们所设计的这个系统，有两种状态一种是自动状态，另一种是手动状态，在这里我们主要对自动进行研究。系统可以对温度进行及时显示；一旦温度超出给定范围就报警；而且温度的给定值是可以预置，这就给于各种化学物质的反应提供了条件。整个系统充分利用了现代先进技术，提高了劳动生产率，改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度，不仅可以克服人为的不稳定因素，而且可以吸收人为调节的优点，为现代化的生产管理提供了强有力的物质条件，为社会的发展和进步服务。

在系统中我们主要对温度的控制进行比较详细的介绍，由于温度对化学物质来说是个比较重要的参数，在这里必须引起重视！因此在我们所选择方案中也对温度的控制进行了比较多的讨论。

1.1 系统介绍

我们所研究的这个化学反应过程的装置有四个容器组成，容器之间用泵连接，以此来进行化学反应。每个容器都装有检测容器空满的传感器，2#容器还带有加热器和温度传感器，3#容器带有搅拌器。

该化学反应过程的工作过程是：1#、2#容器分别用泵P1、P2从各自原料库中将其抽到指定液位。抽完之后传感器发出信号，泵P1、P2关闭，2#容器化学物质需要加热，因此给2#容器加热到给定温度值，当温度到达给定温度时，温度传感器发出信号，关掉加热器。泵P3、P4分别将1#、2#容器中的化学物质送到3#反应器中，同时启动搅拌器，搅拌时间为60S。一旦3#已经满即1#、2#容器抽完的时候。则泵P3、P4停止并等待。当搅拌时间到，P5将混合液抽到产品池4#容器，直到4#容器满即3#容器抽完时。成品用泵P6抽走，直到4#容器空。至此，整个过程结束，再次按动启动按钮，新的循环开始。化学反应过程示意如图1.1，图中SL2、SL1是指各个容器指定的液位，SL1指容器中化学物质被抽完的时候，SL2指容器中化学物质满。

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图1.1 化学装置示意图

1.2 系统方案论证

根据我们所说的化学过程，以及通过查阅相关资料，可以得到方案。方案中，由于需要对2#容器的物质经行加热，以及原料池1#、2#反应池及产品池的液位检测，实验室条件并不允许，固将液位检测及温度检测用手动开关模拟替代。

方案中的硬件组成是：PLC；模拟信号开关；模拟泵P1、P2、P3、P4、P5、P6信号灯、加热开启指示信号灯、搅拌器以及搅拌时间信号灯等。

基本的工作原理是：PLC从手动模拟液位开关那里得到信号，来控制泵P1、P2、P3、P4、P5、P6。利用模拟预设温度开关发出温度达到信号，该温度信号可直接成为PLC能接收和处理的数字信号。在顺序工作的同时，整个工作流程的单次过程控制必须能够达到单次循环未结束前，各项控制互不干扰，且在反应池和产品池工作过程中，原料1#、原料2#中没有原料的再次注入，即P1、P2的关闭控制，在单次循环结束后，各个元器件经行复位等待下一次循环的开始。

1.3可编程序控制器的发展及应用

可编程序控制器简称PLC（Programmable Logic Controller）。自1969年第一台可编程序控制器面世以来，经历了30多年的发展，可编程序控制器已经成为一种最重要﹑最普及﹑应用场合最多的工业控制器。

1969年美国的DEC公司制成了第一台可编程控制器，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得

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了极满意的效果，从此开创了可编程控制器的新纪元。

1971年日本开始生产可编程控制器；1973年欧洲开始生产可编程控制器；1974年我国也开始研制编程控制器。随着电子技术﹑计算技术﹑通信技术﹑容错控制技术﹑数字控制技术的飞速发展，可编程控制器的数量﹑型号﹑品种以异乎寻常的速度发展。

PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术﹑自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性﹑体积小﹑功能强﹑程序设计简单﹑通用灵活﹑维护方便等一系列的优点，因而在电力﹑机械﹑冶金﹑能源﹑化工﹑交通﹑信息等领域中有着广泛的应用，已成为现代工业控制的三大支柱之一。

根据PLC的特点，可以将其应用形式归纳为以下几种类型： （一）开关量逻辑控制

PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC的最基本最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器﹑接触器的控制。 （二）模拟量控制

PLC中配置有A/D和D/A转换模块。其中A/D模块能将现场的温度﹑压力﹑流量﹑速度等这些模拟量经过A/D转换变为数字量，再经过PLC中的微处理器进行处理（微处理器处理的是数字量）去进行控制或者经D/A模块转换后，变成模拟量去控制被控对象，这样就可实现PLC对模拟量的控制。

（三）过程控制

现代大中型的PLC一般都配有PID控制模块，可进行闭环过程控制。当控制过程中某一个变量出现差错时，PLC能按照PID算法计算出正确的输出去控制生产过程，把变量计算保持在整定值上。目前，许多小型PLC也具有PID功能。 （四）定时和计数控制

PLC具有很强的定时和计数功能，它可以为用户提供几十甚至上百个﹑上千个定时器和计数器。其计时的时间和计数值可以由用户在编写程序时任意设定，也可以由操作者在工业现场通过编程器进行设定，实现定时和计数的控制。如果用户需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数模块。 （五）顺序控制

在工业控制中，可采用PLC步进指令编程或用移位寄存器编程实现顺序控制。

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