加熱爐溫度控制系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)，加熱反應(yīng)爐整體由四個閥：排氣閥、進料閥、氮氣閥、泄放閥，四個傳感器：壓力傳感器、溫度傳感器、上液面?zhèn)鞲衅鳌⑾乱好鎮(zhèn)鞲衅鳎仩t，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，過去僅依靠人工進行操作，往往存在送料、溫度、壓力等條件變化不能有效控制的問題，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，造成原料浪費，給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。因此可編程序控制器PLC以其可靠性高、功能強、控制靈活等特點，且編程簡單，使用方便已成為目前工業(yè)現(xiàn)場的首選控制裝置。使用自動控制系統(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，開發(fā)上采用了PLC的開關(guān)量和模擬量輸入模塊，實現(xiàn)對模擬量的采集；方法上運用的是過程控制中常用的反饋與串級控制方法，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

設(shè)計任務(wù)和要求

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

2．調(diào)試程序，模擬運行。

設(shè)計方案

１.工藝過程和控制要求

1．送料控制

①檢測下液面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，則開啟排氣閥YVl和進料閥YV2。

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

④延時20s，開啟氮氣閥YV3，氮氣進人反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升。

⑤當壓力上升到給定值時，即SP=“1”時，關(guān)閉氮氣閥。

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當溫度升高到給定值時(ST：“1”)，切斷加熱器電源，交流接觸器KM失電o

③延時10min加熱過程結(jié)束。

3．泄放控制

①打開排氣閥，使爐內(nèi)壓力降到預定的最低值(SP：“0”)。

②打開泄氣閥，當爐內(nèi)溶液降到下液面(SQ2=“0”)時，關(guān)閉泄放閥和排氣閥。系統(tǒng)恢復到原始狀態(tài)，準備進入下一循環(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個部分組成。

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

3.加熱反應(yīng)爐的輸入輸出設(shè)備表：

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

表1

4.I、O地址表：

加熱反應(yīng)爐的輸入信號共有6個，輸出信號共有5個，均為開關(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)實現(xiàn)的功能，結(jié)合PLC可以設(shè)計如圖所示的系統(tǒng)控制流程。按下啟動按鈕SB1后，系統(tǒng)運行；按下停止按鈕SB2后，系統(tǒng)停止。

第一階段：送料控制，檢測下液面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和進料閥YV2。當液位上升到上液位設(shè)定值時，SL2=1,應(yīng)關(guān)閉排氣閥YV1和進料閥YV2。延時10S,開啟氮氣閥YV3,氮氣進入反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升。當壓力上升到給定值時，即SP=1,關(guān)閉氮氣閥。送料過程結(jié)束。

第二階段：加熱反應(yīng)控制，接通反應(yīng)爐電源KM,開始對反應(yīng)爐加溫。當溫度上升到給定值時（此時信號ST=1），切斷加熱電源。延時10S，加熱過程結(jié)束。

第三階段：泄放控制，打開排氣閥YV1,使爐內(nèi)壓力降到給定值以下（此時SP=0）。打開泄放閥YV4，當爐內(nèi)溶液下降到下液面以下（此時SL1=0）,關(guān)閉泄放閥YV4和排氣閥YV1。系統(tǒng)恢復到原始狀態(tài)準備進入下一循環(huán)。

根據(jù)加熱反應(yīng)爐對電氣控制系統(tǒng)的要求，本設(shè)計控制系統(tǒng)包括手動在內(nèi)的共6個輸入信號：下液面檢測信號X1，爐內(nèi)溫度X2上液面檢測信號X3，爐內(nèi)壓力X4；X5,X6分別為手動自動切換按鈕。PLC的5個輸出信號Y1—Y5分別代表排氣閥，進料閥，氮氣閥，泄放閥，反應(yīng)爐加熱，定時器T1,T2為0.1S定時器。

加熱反應(yīng)爐控制系統(tǒng)主要由上位機的監(jiān)控部分、PLC系統(tǒng)，信號檢測部分及執(zhí)行機構(gòu)幾部份組成通過在線實時記錄、監(jiān)控和顯示數(shù)據(jù)，傳遞設(shè)備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行系統(tǒng)實時控制命令，通過控制電磁閥開閉，滿足系統(tǒng)控制的要求。