加热反应炉的PLC控制

电气控制技术课程设计

设计题目：专业班级： 电气工程及其自动化1002班 姓 名： 学 号：

指导教师： 日 期：

题目 加热反应炉的PLC 控制

一、概述

加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，加热反应炉整体由四个

阀：排气阀、进料阀、氮气阀、泄放阀，四个传感器：压力传感器、温度传感器、上液面传感器、下液面传感器，锅炉，加热器及加热接触器等组成。加热反应炉是工业生产中常用的重要设备，过去仅依靠人工进行操作，往往存在送料、温度、压力等条件变化不能有效控制的问题，产品质量不稳定，造成原料浪费，给企业带来经济损失。因此可编程序控制器PLC 以其可靠性高、功能强、控制灵活等特点，且编程简单，使用方便已成为目前工业现场的首选控制装置。使用自动控制系统能有效的提高生产的安全性，大大降低了事故的发生率，并能提高生产效率，使原材料的使用率达到最大。在系统中，硬件上采用技术比较的成熟的可编程逻辑控制器，开发上采用了PLC 的开关量和模拟量输入模块，实现对模拟量的采集；方法上运用的是过程控制中常用的反馈与串级控制方法，保证了系统的稳定性和安全性。

图1 加热反应炉结构示意图

二、设计任务和要求

1．根据上述加热反应炉加热工艺过程，编制PLC 控制程序，并画出I ／0电气接口图。 2．调试程序，模拟运行。

三、设计方案

１. 工艺过程和控制要求 1．送料控制

①检测下液面SQ2、炉内温度ST 、炉内压力SP 是否都小于给定值(整定值均为逻辑量) 。 ②若是小于给定值，则开启排气阀YVl 和进料阀YV2。

③当液位上升到上液面SQl 时，应关闭排气阀YVl 和进料阀YV2。 ④延时20s ，开启氮气阀YV3，氮气进人反应炉，炉内压力上升。 ⑤当压力上升到给定值时，即SP=“1”时，关闭氮气阀。 2．加热反应控制

①交流接触器KM 带电，接通加热炉发热器EH 的电源。

②当温度升高到给定值时(ST：“1”) ，切断加热器电源，交流接触器KM 失电o ③延时10min 加热过程结束。 3．泄放控制

①打开排气阀，使炉内压力降到预定的最低值(SP：“0”) 。

②打开泄气阀，当炉内溶液降到下液面(SQ2=“0”) 时，关闭泄放阀和排气阀。系统恢复到原始状态，准备进入下一循环。 2 .加热反应炉工作原理

加热反应炉温度控制系统基本构成如下图所示，它由PLC 主控系统、固态继电器、加热炉、温度传感器等4个部分组成。

图2 加热反应炉温度控制系统基本组成

加热炉温度控制实现过程是:首先温度传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC 主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化PLC 可识别的数字量，然后 PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行比较并经过PID 运算处理后，给固态继电器输入端一个控制信号控制固态继电器的输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热。

3 .加热反应炉的输入输出设备表：

根据加热反应炉自动控制系统的要求，需要 6 个输入点，5 个输出点，共 11 个I/O 点。

4 . I、O 地址表：

加热反应炉的输入信号共有6个，输出信号共有5个，均为开关量，其输入输出地址编排表如下图所示。 表2

5 .I、O 电器接口图：

根据I 、O 地址编排表，其I 、O 电器接口图如下图所示。

图3 加热反应炉的PLC I 、O 电器接口图

6 .控制流程图：

由加热反应炉控制系统实现的功能，结合 PLC 可以设计如图所示的系统控制流程。按下启动按钮SB1后，系统运行；按下停止按钮 SB2 后，系统停止。

第一阶段：送料控制，检测下液面 SL1, 炉内温度ST, 炉内压力SP 是否小于给定值（都为“0”）若 YV1 和进料阀 YV2 。当液位上升到上液位设定值时，SL2=1, 应关闭排气阀YV1 和进料阀 YV2 。延时 10S, 开启氮气阀 YV3, 氮气进入反应炉，炉内压力上升。当压力上升到给定值时，即SP=1,关闭氮气阀。送料过程结束。

第二阶段：加热反应控制，接通反应炉电源KM, 开始对反应炉加温。当温度上升到给定值时（此时信号 ST=1），切断加热电源。延时 10S ，加热过程结束。

第三阶段：泄放控制，打开排气阀 YV1, 使炉内压力降到给定值以下（此时 SP=0）。打开泄放阀YV4 ，当炉内溶液下降到下液面以下（此时 SL1=0 ）, 关闭泄放阀 YV4 和排气阀YV1 。系统恢复到原始状态准备进入下一循环。

图4 加热反应炉的控制流程图

根据加热反应炉对电气控制系统的要求，本设计控制系统包括手动在内的共6个输入信号：下液面检测信号X1，炉内温度X2上液面检测信号X3，炉内压力X4；X5,X6分别为手动自动切换按钮。PLC 的5个输出信号Y1—Y5分别代表排气阀，进料阀，氮气阀，泄放阀，反应炉加热，定时器T1,T2为0.1S 定时器。

加热反应炉控制系统主要由上位机的监控部分、PLC 系统，信号检测部分及执行机构几部份组成通过在线实时记录、监控和显示数据，传递设备的实时状态，接受并执行系统实时控制命令，通过控制电磁阀开闭，满足系统控制的要求。

7 . 梯形图：

图5 加热反应炉的梯形图

8 .指令表：

LDI X1 AND X1 ANI X2 OUT M100 ANI X3 LD T2 ANI X4 OR Y4 OR M100 AND X1 OUT Y1 LD Y1 ANI X3 ANI M100 OUT Y2 LD X3 OUT T1 SP K200 LD T1 ANI X4 ANI M100 OUT Y3 LD X4 ANI X2 OUT Y5 LD X2 OR M101 AND X3 OUT M101 LD M101 OUT T2 SP K6000 LD T2 OR M100

OUT Y4

四、心得体会

这次课程设计让我体会到学习PLC 这门课程的重要性，PLC 可以解决很多生活中

的问题，例如电梯的控制，喷泉花样喷水以及对交通灯的控制等，所以学好这门课很重要，通过设计这次的加热反应炉的PLC 控制的课程设计，让我知道了平时学习这门课的重点和难点，也让我更进一步的了解和认识了这门课，在设计中发现了自己在学习上的不足，有些知识掌握的还不是很扎实，但通过和同学老师的讨论后能够得到正确的结果。

虽然课程设计已经告一段落，但是我们学习的道路还很长。此次课程设计让我明白不论是在做课程设计还是在今后的学习中，都应该有一种好学好问实践与理论相结合的理念，只有这样才能达到自己真正全面理解知识的最终目的。

五、致谢

经过一个星期的紧张准备，本次课程设计在程辉老师的悉心指导下顺利完成了，由

于临近期末时间仓促，难免有许多疏漏之处。在这里，我要感谢程老师在我平时的学习中给予了我悉心的指导。除了敬佩程老师的专业水平外，您的教学态度和科研精神也是我永远学习的榜样，并将对我今后的学习和工作产生积极的影响，最后感谢程老师对大家的耐心指导。

六、参考文献

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[5] 章文浩. 可编程控制气原理及实验。北京：国防工业出版社。2003.7 [6] 俞国亮.PLC 原理与应用。北京：清华大学出版社。2005.6

[7] 王永华. 现代电气控制及PLC 应用技术。北京：北京航空航天大学出版社。2008.2 [8] 三菱FX 系列可编程序控制器应用100例.2003

[9] 秦益霖. 西门子S7-300PLC 应用技术[M]，北京：电子工业出版社，2007.4

[10]张辉、周庆、张浩. 基于PLC 的温控系统的设计与实现. 《微计算机信息》，2002，第18卷第1期