基于S-200PLC的精馏温度控制系统的毕业设计(论文)

基于S-200PLC的精馏温度控制系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）

出量作为操纵变量。采用塔顶温度作为被控变量，能够直接反映产品质量，但因邻近塔顶处塔板之间的温度差很小，该控制方案对温度检测装置提出较高要求，因此，采用塔顶温度控制塔顶产品质量的控制方案很少采用，主要用于石油产品按沸点的粗级切割馏分处理。提馏段温度控制的操纵变量可选择再沸器加热蒸汽量或塔釜采出量。也可将塔顶采出量作为操纵变量，但应用较少。控制策略与精馏段温度控制类似。

（3）按照温差间接控制。采用温差作为衡量质量指标的间接变量，是为了消除塔压波动对产品质量的影响。精密精馏时，用温度作为被控变量就能很好地代表产品的成分，温度的变化可能是成分和压力两个变量都变化的结果。可以在塔顶（或塔釜）附近的一块塔板上检测出该板温度，再在灵敏板上也检测出温度，由于压力波动对每块塔板的温度影响是基本相同的，只要将上述检测到的两个温度相减，压力的影响就消除了[3]。

1.3论文选题的目的和意义

精馏塔是化工生产中分离互溶液体混合物的典型分离设备。它是依据精馏原理对液体进行分离，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组份（即沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化。经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离的目的，满足化工连续化生产的需要。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。维持正常的塔釜温度，可以避免轻组分流失，提高物料的回收率，也可减少残余物料的污染作用。

影响精馏塔温度不稳定的因素主要是来自外界来的干扰（如进料流量，温度及成分等的变化对温度的影响）。一般情况下精馏塔塔釜的温度，我们是通过控制精馏塔釜内灵敏板的温度来控制的。灵敏板是当外界条件或负荷改变时精馏塔内温度变化最灵敏的一块塔板。以往调节只是采用灵敏板温度调节器单一回路调节，调节反应慢，时间滞后，对精馏操作而言，产品的纯度很难保证。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内

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在机理复杂，对控制要求又大多较高。这些都给自动控制带来一定的困难。同时各塔工艺结构特点有千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的特点，进行自动控制方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个情况为了更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。国外精馏系统发展的相当先进。国外新型板式塔的发展是将MD塔板悬挂降液管技术移植到常规板式塔上，增加了塔板的鼓泡面积，提高了塔设备的处理能力。在20世纪80年代初期，国外开发了一种超重力精馏分离传质机器一Higee。这种超重力离心分离机具有极为优良的传质效率和处理能力特性。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, 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。针对以上情况, 开发了一种以西门子S7-200 PLC为核心的精馏塔温度控制系统。该控温系统具有控温精度高和硬件简单的特点。

1.4论文的主要工作和技术线路

1.4.1论文主要工作

精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较为复杂、动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔结构差别很大，而工艺对控制的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。我们此次设计就是要设计一个精馏塔温度的控制系统。要求当物料进入精馏塔时，塔釜的温度可控并且温度恒定，保证生产的连续性。

论文的主要工作包括：

1．进行精馏温度控制系统的总体方案的制定。 2．进行精馏温度控制系统的硬件设计和软件设计。 3．进行精馏温度控制系统的算法的研究。 4．进行精馏温度控制系统的通信网络的研究。

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1.4.2论文技术路线

1．PLC技术

PLC技术可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC，是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机技术、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。它是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的，从最初的逻辑控制、顺序控制，发展为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。它具有可靠性高、模块化组合灵活、功能强、编程方便、适应工业环境、安装维护简单以及运行速度快等特点。由于它具有体积小、功能强、程序设计简单、维护方便等优点，特别是它适应恶劣工业环境的能力和它的高可靠性，使它的应用越来越广泛，已经被称为现代工业的三大支柱（即PLC、机器人和CAD/CAM）之一。

2．现场总线技术

现场总线技术根据国际电工委员会(IEC)和美国仪表协会(ISA)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。现场总线使数字通信总线一直延伸到现场仪表[4]。

3．组态软件技术

组态软件技术监控软件选取西门子公司的SIMATIC WINCC6.0组态软件。通过MPI方式与PLC进行通信，实现不间断的数字信息传输。能监控工业流程和各个量的变化，及时作出调整以适应工业生产。

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第2章 精馏温控系统工艺流程

2.1精馏温控系统原理

混合物的分离是化工生产中的重要过程。混合物可分为非均相物系和均相物系。非均相物系的分离主要依靠质点运动与流体流动原理实现分离。而化工中遇到的大多是均相混合物，例如，石油是由许多碳氢化合物组成的液相混合物，空气是由氧气、氮气等组成的气相混合物。

均相物系的分离条件是必须造成一个两相物系，然后依据物系中不同组分间某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移，以达到分离的目的。精馏是分离液体混合物的典型单元操作，它是通过加热造成气、液两相物系，利用物系中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。通常，将低沸点的组分称为易挥发组分，高的称为难挥发组分。 根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流，因而使精馏能连续稳定的进行。

精馏分离是根据溶液中各组分挥发度（或沸点）的差异，使各组分得以分离。其中较易挥发的称为易挥发组分（或轻组分），较难挥发的称为难挥发组分（或重组分）。它通过汽、液两相的直接接触，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发组分由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传递过程。

现取第n板（如下图）为例来分析精馏过程和原理。

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