熔铜竖炉CO分析控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

在化工生产中精馏操作占据很大一部分，而在精馏塔产品的分馏过程中#8218;有很多因素会影响生产效率，其中温度是一个最为关键的控制量。目前国内精馏塔设备的温度控制系统一般采用温控仪＋继电器进行控制#8218;虽具有价格优势。但在控制功能上受到许多限制，如精度差、超调量大以及无法实施综合控制与监控等。因此，很难满足生产的要求。所以我们考虑基于PLC的低温精馏装置控制系统设计与实现根据工艺流程,低温精馏装置 包括低温温度测量、冷凝器液氮液位控制、再沸器加热功率控制、进料流量控制、排放压力控制等。 针对 工艺具体要求,提出了一种基于 PLC 的工艺控制方 法并建立了控制系统应用于现场装置。 该系统以西 门子 PLC300 为主控制器,集成串口通讯、PROFIBUSDP 通讯,并通过配置其它 IO 硬件完成了工艺参数的 测量与控制,达到了工艺要求。

2. 课题关键问题和重难点

建立了一套以液氮为冷媒的低温精馏实验装置,用于分离同位素气体。 根据工艺的具体要求设计了一种基于 PLC 的低温精馏装置控制方法并建立系统应用于现场装置。 该系统以 PLC 为 主控制器,集成了 PROFIBUS-DP 通讯、串口 RS232 / 485 通讯,完成了常规信号采集、低温温度采集和 压力、液位、功率、流量等 PID 控制,达到了工艺要求。 该控制系统操作界面友好、简单,可移植性强。 经过长期实验运行表明该系统运行稳定、可靠。为了得到某单一元素必须进行同位素分离。 同位素分离是指将某元素的一种 或多种同位素与该元素分离的过程。 根据分离原理 的不同可分为离心法、热扩散、分子蒸馏、精馏法、化 学交换法、光化学法、激光法等多种方法。根据具体 要求,建立了一套以液氮为冷媒的低温精馏装置,利 用精馏法进行同位素分离。该装置可以进行液氮温区范围的同位素分离。

3. 国内外研究现状（文献综述）

依据具体的工艺流程,控制系统包括常规信号采 集、低温温度测量、压力控制、液位控制、功率控制、流量控制等。 实验室所建立的精馏装置的局部实物图 如图 1 所示。 图中显示了精馏塔底部再沸器、顶部冷 凝器和真空系统。在低温精馏试验中,真空度和低温 温度的测量至关重要。 装置的真空系统由真空罩、机 械泵、分子泵、真空插板阀、波纹管道等组成。真空测 量信号通过串口 rs485 接口传输到工控机。 从测量 范围、精度、功耗、费用等因素综合考虑,系统采用中 国科学院低温计量测试站标定的陶瓷型工业铂电阻 和铑铁电阻温度计,测温范围分别是 55—300 k 和 1. 2—300 k,准确度都是 0. 1 k。 在低温 温 度 测 量 中,温度计引线往往又细又长,且要通过温度梯度很 大的区域,引线电阻较大且不很稳定,有时甚至比测 温元件的阻值还要大很多。 为了消除引线电阻的影 响,安装元件时通常用四根引线,把供电流的引线和 测量电压的引线分开,即采用四引线电位法进行测 量[1] 。 采集 低 温 温 度 值 时 选 用 具 有 profibus-dp 通讯接口的 lakeshore8 通道变送器。 根据工艺所需 的温区范围,选取温度计分度表中 200 个点,利用仪 器提供的专用软件制作标准曲线,采用对比法进行变 送测量。 压力控制由压力传感器和带有位置反馈信 号的电动调节阀组成。 液位控制是指冷凝器中作为 冷媒的液氮液位控制。冷凝器内部安装了一根一体 式液氮加热棒,既可测温又可加热。 通过加热棒中温 度、氮气排出口温度和延时时间共同作用进行判断。首先打开低温电磁阀进液氮,两者温度其一小于设定 值后关阀停止进液氮并开启延时等待程序。 延时时 间到且两者温度其一高于设定值时打开电磁阀再次进液氮,以后重复此过程。 装置底部再沸器部分的加 热功率控制是通过三相智能调功调压一体化电力调 整器完成,并通过西门子电源模块监测功率反馈值。 进料流量依靠串口 rs232 接口进行通讯控制完成。根据控制系统设计要求,系统硬件包括 plc300 及 io 模块、安全栅、低温变送器、电源模块、串口服务器、交换 机、工 控 机 等。 控 制 系 统 实 物 如 图 2 所 示。 图中包括 plc 机 柜 和 加 热 功 率 控 制 机 柜。 控 制系统结构图如图 3 所示。串口服务器包括 16 个 独立的通讯 接 口,可 以 独 立 设置 串 口 的 接 口 方 式, 串口间彼 此 光 电 隔 离。 串 口 服 务 器 将 气 体 质 量 流 量计和真空数据的串行接口转变为网络接口,依靠 交换机将数据上传到工控机。 plc 组态工业 profibus-dp 网络分别连接低温变送器和电源模块,根 据需要组 态相 应 模 块 将 数 据 上 传。 整 个 控 制 系 统 采用星型网络结构,通过交换机将各级设备连接起 来。控制结 构 不 仅 完 成 了 常 规 温 度、压 力、气 体 浓 度的测量和报警与安全连锁信号输出,还依靠串口服务器完成智能仪表数据监视与控制,最终达到工艺 控制要求。控制系统软件包括上位机软件和下位机软件。 上位机软件是指人机操作界面,完成工艺流程参数的 数据显示。 操作员通过上位机软件输入操作指令,控 制硬件完成相应的动作。下位机软件是指开发 plc 程序的软件,接收上位机指令控制硬件执行相应的动作。 综合运用几种不同的编程语言,完成控制系统数 据采集、参数显示、数据存储、pid 控制、报警与安全 连锁等功能。本系统上位机选用 labview 软件,它提供了大 量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储,同 时还提供了用于自动化测试测量领域的图形控件,使 用的是图形化编辑语言编写程序,产生的程序是框图 形式,便于工程开发。 因此被工业界、学术界和研究 实验室所广泛接受,已成为一个标准的数据采集和仪器控制软件,特别适用于实验室及小批量生产线等经 常 需要改变仪器和设备参数功能的场合。labview 软件通过 opc 服务器与 plc 通讯。 opc 定义了在控 制设备和人机界面间实时对象数据通信的标准,opc 服务器适用于几乎所有 plc 和可 编 程 自 动 化 控 制 器[2] 。 流程界面如图 4 所示,在此界面可以全程监控工艺参数、报警状态、历史趋势。 再沸器功率值手动 输入并实时反馈,压力和液位 pid 控制可实现手动自 动模式并带有勿扰切换功能。

参 考 文 献

4. 研究方案

1硬件组成

整个装置工艺参数包括温度、压力、流量、液位等，既有模拟量信号，又有通讯数据的数字量信号。常规温度、压力、液位、设备开关等信号通过 plc 的io 模块进行采集，流量计、智能仪表、成套设备之间则通过通讯方式进行数据传递。具体的控制系统结构如图 1 所示。图 1 控制系统结构图fig． 1 structure diagram of control system主工艺采用主流的 plc-300，制冷系统为 plc1200，工控机与 plc、数字电压表组建星型结构以太网，通过 opc 协议和仪表本身规定协议在设备之间传输数据。智能仪表与气体浓度监测系统通过串口通讯与工控机进行数据交换。而质量流量计与 plc组建 profibus-dp 网络。工控机将采集的工艺参数数据进行分析整理实现数据的显示、存储、报警等一系列功能，方便运行人员操作。实际设备的仪表架与控制台

2软件设计

5. 工作计划

1月20号~2月7号

了解课题，查找跟课题相关的资料，仔细阅读相关的学术论文，汇总所查找的资料，深入了解课题.确认毕业论文题目，完成相关资料查阅