加熱爐溫度控制系統(tǒng)是比較常見(jiàn)和典型的過(guò)程控制系統(tǒng)，加熱反應(yīng)爐整體由四個(gè)閥：排氣閥、進(jìn)料閥、氮?dú)忾y、泄放閥，四個(gè)傳感器：壓力傳感器、溫度傳感器、上液面?zhèn)鞲衅鳌⑾乱好鎮(zhèn)鞲衅?，鍋爐，加熱器及加熱接觸器等組成。加熱反應(yīng)爐是工業(yè)生產(chǎn)中常用的重要設(shè)備，過(guò)去僅依靠人工進(jìn)行操作，往往存在送料、溫度、壓力等條件變化不能有效控制的問(wèn)題，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，造成原料浪費(fèi)，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。因此可編程序控制器PLC以其可靠性高、功能強(qiáng)、控制靈活等特點(diǎn)，且編程簡(jiǎn)單，使用方便已成為目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的首選控制裝置。使用自動(dòng)控制系統(tǒng)能有效的提高生產(chǎn)的安全性，大大降低了事故的發(fā)生率，并能提高生產(chǎn)效率，使原材料的使用率達(dá)到最大。在系統(tǒng)中，硬件上采用技術(shù)比較的成熟的可編程邏輯控制器，開(kāi)發(fā)上采用了PLC的開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的采集；方法上運(yùn)用的是過(guò)程控制中常用的反饋與串級(jí)控制方法，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

1．根據(jù)上述加熱反應(yīng)爐加熱工藝過(guò)程，編制PLC控制程序，并畫(huà)出I／0電氣接口圖。

2．調(diào)試程序，模擬運(yùn)行。

設(shè)計(jì)方案

１.工藝過(guò)程和控制要求

1．送料控制

①檢測(cè)下液面SQ2、爐內(nèi)溫度ST、爐內(nèi)壓力SP是否都小于給定值(整定值均為邏輯量)。

②若是小于給定值，則開(kāi)啟排氣閥YVl和進(jìn)料閥YV2。

③當(dāng)液位上升到上液面SQl時(shí)，應(yīng)關(guān)閉排氣閥YVl和進(jìn)料閥YV2。

④延時(shí)20s，開(kāi)啟氮?dú)忾yYV3，氮?dú)膺M(jìn)人反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升。

⑤當(dāng)壓力上升到給定值時(shí)，即SP=“1”時(shí)，關(guān)閉氮?dú)忾y。

2．加熱反應(yīng)控制

①交流接觸器KM帶電，接通加熱爐發(fā)熱器EH的電源。

②當(dāng)溫度升高到給定值時(shí)(ST：“1”)，切斷加熱器電源，交流接觸器KM失電o

③延時(shí)10min加熱過(guò)程結(jié)束。

3．泄放控制

①打開(kāi)排氣閥，使?fàn)t內(nèi)壓力降到預(yù)定的最低值(SP：“0”)。

②打開(kāi)泄氣閥，當(dāng)爐內(nèi)溶液降到下液面(SQ2=“0”)時(shí)，關(guān)閉泄放閥和排氣閥。系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)。

2.加熱反應(yīng)爐工作原理

加熱反應(yīng)爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如下圖所示，它由PLC主控系統(tǒng)、固態(tài)繼電器、加熱爐、溫度傳感器等4個(gè)部分組成。

加熱爐溫度控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，PLC主控系統(tǒng)內(nèi)部的A/D將送進(jìn)來(lái)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化PLC可識(shí)別的數(shù)字量，然后PLC將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來(lái)的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端一個(gè)控制信號(hào)控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開(kāi)始加熱或停止加熱。

3.加熱反應(yīng)爐的輸入輸出設(shè)備表：

根據(jù)加熱反應(yīng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，需要6個(gè)輸入點(diǎn)，5個(gè)輸出點(diǎn)，共11個(gè)I/O點(diǎn)。

表1

4.I、O地址表：

加熱反應(yīng)爐的輸入信號(hào)共有6個(gè)，輸出信號(hào)共有5個(gè)，均為開(kāi)關(guān)量，其輸入輸出地址編排表如下圖所示。

表2

5.I、O電器接口圖：

根據(jù)I、O地址編排表，其I、O電器接口圖如下圖所示。

6.控制流程圖：

由加熱反應(yīng)爐控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，結(jié)合PLC可以設(shè)計(jì)如圖所示的系統(tǒng)控制流程。按下啟動(dòng)按鈕SB1后，系統(tǒng)運(yùn)行；按下停止按鈕SB2后，系統(tǒng)停止。

第一階段：送料控制，檢測(cè)下液面SL1,爐內(nèi)溫度ST,爐內(nèi)壓力SP是否小于給定值（都為“0”）若YV1和進(jìn)料閥YV2。當(dāng)液位上升到上液位設(shè)定值時(shí)，SL2=1,應(yīng)關(guān)閉排氣閥YV1和進(jìn)料閥YV2。延時(shí)10S,開(kāi)啟氮?dú)忾yYV3,氮?dú)膺M(jìn)入反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升。當(dāng)壓力上升到給定值時(shí)，即SP=1,關(guān)閉氮?dú)忾y。送料過(guò)程結(jié)束。

第二階段：加熱反應(yīng)控制，接通反應(yīng)爐電源KM,開(kāi)始對(duì)反應(yīng)爐加溫。當(dāng)溫度上升到給定值時(shí)（此時(shí)信號(hào)ST=1），切斷加熱電源。延時(shí)10S，加熱過(guò)程結(jié)束。

第三階段：泄放控制，打開(kāi)排氣閥YV1,使?fàn)t內(nèi)壓力降到給定值以下（此時(shí)SP=0）。打開(kāi)泄放閥YV4，當(dāng)爐內(nèi)溶液下降到下液面以下（此時(shí)SL1=0）,關(guān)閉泄放閥YV4和排氣閥YV1。系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)。

根據(jù)加熱反應(yīng)爐對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求，本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)包括手動(dòng)在內(nèi)的共6個(gè)輸入信號(hào)：下液面檢測(cè)信號(hào)X1，爐內(nèi)溫度X2上液面檢測(cè)信號(hào)X3，爐內(nèi)壓力X4；X5,X6分別為手動(dòng)自動(dòng)切換按鈕。PLC的5個(gè)輸出信號(hào)Y1—Y5分別代表排氣閥，進(jìn)料閥，氮?dú)忾y，泄放閥，反應(yīng)爐加熱，定時(shí)器T1,T2為0.1S定時(shí)器。

加熱反應(yīng)爐控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)的監(jiān)控部分、PLC系統(tǒng)，信號(hào)檢測(cè)部分及執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部份組成通過(guò)在線實(shí)時(shí)記錄、監(jiān)控和顯示數(shù)據(jù)，傳遞設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，接受并執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制命令，通過(guò)控制電磁閥開(kāi)閉，滿足系統(tǒng)控制的要求。