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1、基于PLC的工业精馏控制系统摘 要精馏是石油、轻工、化工等生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产品中的组成部分进行分离，最常用的方法。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。精馏是化工过程中的核心组成部分，而对于精馏过程控制来说温度的控制是重中之重，剧烈的温度变化会导致分离组分离提纯度降低，对精馏的效率影响极大，甚至导致精馏塔无法正常运行以及设备的损坏。本设计硬件方面采用了西门子S7-200系列CPU型号为226的PLC、K型热电偶和温度模EM231。热电偶作为温度的采集元件，采集的信号经过EM231的处理后就可把数据送入PLC中进行处理。PLC的程序中采用了位置式
2、PID算法，实现温度的自动控制。使PID控制更为灵活, 较好地满足了生产过程的要求。用WINCC上位机和西门子S7-200 PLC下位机组成一个稳定的温度控制系统，以达到温度控制的目的，初始时给系统一个设定值，一旦温度偏离设定值，热电偶采集到后把温度变化转变为电信号传递到PLC中，PLC会发出信号使精馏塔内电阻加热丝，使其增加或减小功率，使温度达到设定值。实际运行结果验证了PLC应用于精馏塔温度控制系统的可行性及精确性。关键词：可编程控制器，温度控制，WINCC上位机，PID控制Industrial distillation tower based on PLC control systemA
3、BSTRACTDistillationis the petroleum, light industry, chemicalindustryproduction process, often need to be raw materials, intermediate products or the crude product components were separated, the most commonly used method. Distillation separation is based on the solution of volatile components in deg
4、ree or boiling point difference, make each allocated to separate. Distillation is the process of the core components, and for the distillation process control, temperature control is the most important, sharp temperature change causes the separated group separation purity decreasing, the rectificati
5、on efficiency greatly, and even lead to the normal operation of distillation tower and equipment damage. While the PLC has high reliability, easy programming, easy maintenance and other advantages, can be widely used in various control systems, so for the distillation process control special decided
6、 to use PLC to achieve temperature control for distillation system utility. In the rectifying tower temperature system is complicated in structure and accuracy requirementshigher characteristic, adopts Siemens S7-200programmable controller PLC on system temperature system. As a result of distillatio
7、n column temperature lag time constant and the inertia time constant was bigger, used to separate the single loop feedback control system, easy to cause larger oscillation, so the actual is used in cascade control and cascade control main controller adopts the integral separation PID control scheme.
8、 At the same time, the single parameter fuzzy PID control and programmable controller logic instructions to combine, the PID control more flexible, to better meet the requirements of the production process. Using WINCC PC and Siemens S7-200PLC machine consists of a stable temperature control system,
9、 has reached the purpose of temperature control, once the temperature does not reach the set value, monitoring software to monitor out, send a signal to transfer to the PLC for the control of a distillation column motor speed, which increases or decreases the speed, the temperature reaches set value
10、. The actual operation results showed that PLC is applied to the distillation column temperature control system feasibility and accuracy.KEY WORDS: programmable logic controller，temperature control，WINCC PC， PID control目录前言1第1章绪论21.1精馏塔的发展过程2精馏塔简介2精馏塔的发展过程21.2自动化技术在精馏塔控制系统中的应用。5自动化技术概况5精馏过程的控制目标5精馏过
11、程的基本自动控制71.3论文选题的目的和意义81.4论文的主要工作和技术线路9论文主要工作9论文技术路线10第2章精馏温控系统工艺流程112.1精馏温控系统原理112.2温控系统的工艺流程14第3章精馏系统的硬件设计163.1硬件配置163.1.1 PLC的选择16热电偶19EM 231模拟量输入模块203.2 I/O分配表和硬件连接图21第4章温控系统软件设计234.1编程软件的功能及选用234.2 PID控制算法描述264.3程序流程图及程序29程序流程图29程序31第5章上位机监控系统设计355.1 上位机监控软件设计35结论38谢辞39参考文献40附录42外文资料翻译45前言自从中国加
12、入WTO后，中国市场包括石化市场日趋受到国外的严重冲击已是当今不争的事实，然而石化工业如何适应未来这种新的生产局面、参与市场竞争已经成为极为严重的问题，降低加工成本、提高经济效益、提高产品质量和开发高附加值的精细化工产品已成为当今中国石化工业面临的紧要工作。而精馏系统又是石化工业的重中之重。从精馏设备的历史发展来看，精馏技术与石油、化学加工工业的发展是相辅相成、相互刺激、共同进步的发展关系。精馏技术的任何进步，都会极大刺激化学加工工业的技术发展，同样在石油、化学加工工业发展的每一个历史阶段都会对精馏设备技术提出更高的要求。然而精馏塔温度控制系统更是精馏工艺的重要部分。精馏塔温度控制系统主要由P
13、LC控制程序和WINCC人机监控界面实现塔内温度的实时调节与监控。在精馏塔产品的分馏过程中，温度是一个最为关键的控制量。当塔底温度过高且塔顶温度过低时，过多的原料会以气体的形式蒸发反之，当塔底的温度过低时，则会成过多的釜残，导致物料损耗大。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塔板的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
14、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。第1章 绪 论1.1精馏塔的发展过程1.1.1精馏塔简介精馏塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。从精馏设备的历史发展来看，精馏技术与石油
15、、化学加工工业的发展是相辅相成、相互刺激、共同进步的发展关系。精馏技术的任何进步，都会极大刺激化学加工工业的技术发展，同样在石油、化学加工工业发展的每一个历史阶段都会对精馏设备技术提出更高的要求。精馏塔的发展过程塔设备的广泛应用是伴随着十九世纪初期迅猛发展的炼油工业，并且随着炼油和石化企业的不断发展而成为主导的工业单元操作过程。1阶段I: 2050年代：1920年，有溢流的泡罩塔板开始应用于炼油工业，开创了一个新的炼油时代。泡罩塔板对设计水平要求不高、对各类操作的适应能力强、对操作控制要求低等特性在当时被认为是无可替代的板型。泡罩塔是1813年Cellier提出的，它在化工生产中一直占有重要的
16、地位。从1832年开始用于酿造工业，是出现较早并获得广泛应用的一种塔型。工业规模的填料塔始于1881年的蒸馏操作中，1904年才用于炼油工业，当时的填料是碎砖瓦、小石块和管子缩节等。20世纪初，随着炼油工业的发展和石油化学工业的兴起，塔设备开始被广泛采用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。当时，炼油工业中多用泡罩塔，无机酸碱工业则以填料塔为主，则筛板塔因当时尚无精确的设计方法和操作经验，故未能广泛使用。2阶段II (5070年代)：浮阀塔板的开发 FRI的成立系统化的设计方法，1955年Monsanto公司的Bolles发表了著名的“泡罩塔板设计手册”，首先提出了科学的、规范化塔板设计技术，该方法到目前为止仍然广泛流行。大孔筛板的研究这批新型塔盘的出现，不仅为创建综合性能更好的塔型打
