氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置控制課件

項(xiàng)目五氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置控制任務(wù)一氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝技能點(diǎn)訓(xùn)練壓力傳感器的安裝與調(diào)校方法知識(shí)點(diǎn)1.氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)線流程圖2.氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求及控制參數(shù)一、任務(wù)目的1.學(xué)習(xí)壓力傳感器的基本知識(shí)2.學(xué)習(xí)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求圖5-1二.任務(wù)實(shí)施步驟及工藝要求1.氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)線流程圖乙炔也叫電石氣，用途很廣，主要用于制造有機(jī)化合物。還可用于金屬切割、焊接及金屬表面噴鍍、熱處理等。乙炔生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)和安全技術(shù)的要求很高，它既有開關(guān)量信號(hào)又有模擬量信號(hào)的控制。本課題就是針對(duì)乙炔生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)工藝控制要求采用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)乙炔生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。可使乙炔生產(chǎn)設(shè)備控制精度、工作可靠性、穩(wěn)定性、快速性以及安全生產(chǎn)保障性明顯高于傳統(tǒng)的繼電接觸器和單獨(dú)的儀表控制與調(diào)節(jié)技術(shù)。使生產(chǎn)效益大大地提高。生產(chǎn)線流程圖如圖5-1所示。1）電石由遙控天車在電動(dòng)葫蘆（30噸）帶動(dòng)下，由天車運(yùn)送到加料斗正上方，（此過程由控制室內(nèi)攝相機(jī)觀察，由操作員用按鈕手動(dòng)阿控制完成），到位后手動(dòng)按下按鈕SB1，電磁閥F1為ON，將電石加入上菱形料斗中，30S后F1為OFF。2）初始時(shí)系統(tǒng)各個(gè)開關(guān)和電磁閥均為OFF。系統(tǒng)開始工作，先手動(dòng)打開閥門F8。3）按下啟動(dòng)按鈕SB2，電磁閥F7為ON，向乙炔發(fā)生器反應(yīng)釜中注水，當(dāng)水位達(dá)到反應(yīng)釜內(nèi)低水位開關(guān)KL（40%水位）時(shí)，仍繼續(xù)注水，當(dāng)水位達(dá)到反應(yīng)釜高水位開關(guān)KH（80%水位）時(shí)，F(xiàn)7為OFF。在反應(yīng)中，當(dāng)水位低于KL時(shí)，F(xiàn)7又為ON，再次向反應(yīng)釜內(nèi)自動(dòng)注水。反應(yīng)釜中水溫控制在85℃攝氏度，達(dá)到85℃攝氏度時(shí)，溫度傳感器開關(guān)KT為ON，打開排渣電磁閥F9，同時(shí)又啟動(dòng)F7供冷水降溫，當(dāng)水溫低于85℃攝氏度后，KT為OFF，關(guān)閉F9，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)水位再次達(dá)KH時(shí)，F(xiàn)7為OFF。4）按下啟動(dòng)按鈕SB3，排空電磁閥F3和充氮電動(dòng)調(diào)節(jié)閥F2為ON，向上菱形料斗充氮?dú)獠⑴懦隹諝?，其?nèi)部壓力經(jīng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥F2的PID調(diào)節(jié)達(dá)到5KP后，壓力繼電器KP為ON，再延時(shí)10min，自動(dòng)關(guān)閉F3和充氮電動(dòng)調(diào)節(jié)閥F2，在顯示器上顯示上菱形料斗內(nèi)正壓條件成立，可以打開電磁閥F4。5）按下按鈕SB4，打開電磁閥F4，將電石由上料斗加入下菱形料斗為加入乙炔反應(yīng)釜做好準(zhǔn)備。6）電石由下菱形料斗進(jìn)入電動(dòng)篩子（振動(dòng)），按下按鈕SB5，電動(dòng)篩子電動(dòng)機(jī)M的控制接觸器KM為ON，電動(dòng)篩子運(yùn)行將振碎的電石加入反應(yīng)釜中與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔氣，5S后電磁閥F5為ON，將反應(yīng)釜中的一部分乙炔氣送到儲(chǔ)氣柜，另一部分乙炔氣供給下一步工序繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)釜產(chǎn)生的乙炔氣壓力范圍為5~17.5KP。7）停止時(shí),先手動(dòng)關(guān)閉F8水閥再按下停止按鈕SB5,F7為OFF,F4為OFF,電動(dòng)篩子KM為OFF。30S后F5為OFF,同時(shí)F9為ON,30S后反應(yīng)釜中電石水渣排空,F9為OFF。3.壓力傳感器在乙炔上菱形料斗中部安為裝一壓力檢測變送器以檢測充入其中氮?dú)獾膲毫?，根?jù)工藝要求選擇型號(hào)為SWP-T201R1F2A10擴(kuò)散硅通用壓力傳感器。其測量壓力與輸出電流信號(hào)關(guān)系曲線如圖5-3所示。圖5-3三、相關(guān)知識(shí)與技能電子感測技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)1.傳感器的定義和組成（1）傳感器：以一定精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。（2）傳感器的組成：如圖5-4所示。圖5-42.傳感器的分類（1）按傳感器的工作機(jī)理，可分為物理型、化學(xué)型、生物型等。（2）按傳感器的構(gòu)成原理，可分為結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類。（3）根據(jù)傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。（4）按照物理原理分類，可分為：電參量式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、氣電式傳感器、熱電式傳感器、波式傳感器、射線式傳感器、半導(dǎo)體式傳感器、有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復(fù)合形式，如不少半導(dǎo)體式傳感器，也可看成電參量式傳感器。（5）按照傳感器的用途來分類，例如位移傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等。（6）根據(jù)傳感器輸出是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器。（7）根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否，可分為雙向傳感器和單向傳感器等。6.選用傳感器的要點(diǎn)了解被測對(duì)象了解主要指標(biāo)選用方法環(huán)境情況測量方式測量范圍安裝要求輸出要求測量精度（誤差范圍）靈敏度分辨率可靠性先進(jìn)性性價(jià)比側(cè)重最主要指標(biāo)進(jìn)行選擇折中方法，兼顧兩個(gè)以上指標(biāo)或性價(jià)比采用傳感器的融合技術(shù)，減小誤報(bào)河漏報(bào)2.陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。3.擴(kuò)散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用工作原理被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。4.藍(lán)寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計(jì)量特性。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。5.壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。任務(wù)二PLC模塊選型與PLC輸入輸出分配技能點(diǎn)訓(xùn)練西門子S7-300PLC的硬件組態(tài)安裝知識(shí)點(diǎn)1.根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求對(duì)PLC模塊選型2.根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求確定PLC輸入輸出分配

一、任務(wù)目的1.學(xué)習(xí)S7-300PLC的常用模塊基本知識(shí)2.學(xué)習(xí)根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求正確對(duì)PLC輸入輸出地址分配二、任務(wù)實(shí)施步驟及工藝要求1.S7-300PLC的常用模塊基本知識(shí)及選型（1）CPU模塊簡述S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元，根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求對(duì)PLC的CPU模塊選型為：CPU315-2DP。（2）數(shù)字量模塊1）數(shù)字量輸入模塊SM321數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號(hào)電平。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號(hào)模塊可供選擇，根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求對(duì)PLC數(shù)字量輸入模塊選型為：SM321直流16點(diǎn)輸入、24V。2）數(shù)字量輸出模塊SM322

數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部電平信號(hào)，它包括可控硅輸出方式、晶體管輸出方式和繼電器輸出方式。根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求對(duì)PLC數(shù)字量輸出模塊選型為：SM322繼電器觸點(diǎn)輸出方式的16點(diǎn)、交流220V的模塊。（3）模擬量模塊1）模擬量值的表示方法

S7-300模擬量輸入模塊以直接輸入電壓、電流、電阻熱電偶等信號(hào)，而模擬量輸出模塊可以輸出0-10V，1-5V，0-20mA，4-20mA，-20—20mA等模擬信號(hào)。2）模擬量輸入模塊SM331

模擬量輸入模塊SM331目前有三種規(guī)格型號(hào)，即8AIX12位模塊，2AIX12位模塊和8AIX16位模塊。根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求對(duì)PLC模擬量輸入模塊選型為：SM331，2AIX12位模塊。3）模擬量輸出模塊SM332

模擬量輸出模塊SM332目前有三種規(guī)格型號(hào)，即4AO×12位模塊、2AO×12位模塊和4AO×16位模塊，根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求對(duì)PLC模擬量輸出模塊選型為：SM332，2AOX12位模塊。（4）PS307電源模塊

PS307是西門子公司為S7-300專配的24VDC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外（有2A、5A、10A三種），其工作原理和各種參數(shù)都相同。根據(jù)氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求對(duì)PLC電源模塊選型為：PS307，10A模塊。I/O接線I/O配線是指可編程序控制器的輸入/輸出連接，也是可編程序控制器外部接線圖。I/O接線圖如圖5-6所示。圖5-6三、相關(guān)知識(shí)與技能安裝一個(gè)典型的S7-300PLC硬件系統(tǒng)安裝步驟：①對(duì)照部件清單檢查部件是否齊備；②安裝導(dǎo)軌③安裝電源④把總線連接器連到CPU，并安裝模塊；⑤把總線連接器連到I/O模塊，并安裝模塊；⑥連接前連接器，并插入標(biāo)簽條和槽號(hào)；⑦給模塊配線（電源，CPU和I/O模塊）。四、拓展與提高PLC的選型、安裝與調(diào)試能力1.PLC機(jī)型選擇2.PLC的安裝和維護(hù)二、任務(wù)實(shí)施步驟及工藝要求1.S7-300PLC的控制系統(tǒng)程序依據(jù)任務(wù)一中的氯堿生產(chǎn)乙炔發(fā)生裝置生產(chǎn)工藝控制要求和任務(wù)二中的輸入/輸出地址分配應(yīng)用S7-300PLC的指令系統(tǒng)可得到控制系統(tǒng)程序。2.STEP7創(chuàng)建一個(gè)工程（向?qū)Хê吞砑佑布ǎ?）向?qū)Хǎ菏紫入p擊桌面上的STEP7圖標(biāo)，進(jìn)入SIMATICManager窗口，進(jìn)入主菜單【File】，選擇【’NewProject’Wizard…】，彈出標(biāo)題為“STEP7Wizard：NewProject”（新項(xiàng)目向?qū)В┑男〈翱冢?）

添加硬件法：進(jìn)入主菜單【File】，【選擇New…】，在彈出對(duì)話框中分別輸入“文件名”、“目錄路徑”等內(nèi)容，并確定，完成一個(gè)空項(xiàng)目的創(chuàng)建工作。硬件組態(tài)1）硬件組態(tài)的任務(wù)：在STEP7種生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng)2）硬件組態(tài)的步驟①生成站，雙擊Hardware圖標(biāo)，進(jìn)入硬件組態(tài)窗口；②生成導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌中放置模塊；③雙擊模塊，在打開的對(duì)話框中設(shè)置模塊的參數(shù)，包括模塊的屬性和DP主站、從站的參數(shù)；④保存編譯硬件設(shè)置.導(dǎo)軌上模塊安放順序：通常1號(hào)槽放電源模塊，2號(hào)槽放CPU，3號(hào)槽放接口模塊（使用多機(jī)架安裝，單機(jī)架安裝則保留），從4到11號(hào)則安放信號(hào)模塊（SM、FM、CP）。⑤下載硬件組態(tài)信息4.輸入、調(diào)試和運(yùn)行程序（1）在計(jì)算機(jī)上采用Step7梯形圖編程軟件，編制控制梯形圖，然后下載到PLC。（2）將PLC與PLC的調(diào)試單元輸入、輸出和M連接好，用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線插接到仿真控制實(shí)驗(yàn)板上，用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線插接PLC調(diào)試單元的輸入輸出M和+24V直流電源端。（3）按下PLC調(diào)試單元上的啟動(dòng)按鈕SB1，發(fā)光二極管應(yīng)按控制要求工作，如不是按控制要求動(dòng)作，應(yīng)檢查程序并進(jìn)行修改，直到調(diào)試正確為止。注意事項(xiàng)：1）PLCI/O接線和拆線應(yīng)在斷電情況下進(jìn)行（即先接線，后上電；先斷電，后拆線）。2）實(shí)驗(yàn)板上的插接線不要插錯(cuò)或短路。3）調(diào)試中如PLC的CPU狀態(tài)指示燈報(bào)警，應(yīng)分析原因，排除故障后再繼續(xù)運(yùn)行程序。4）操作中應(yīng)穿絕緣鞋，遵守電工操作規(guī)程。三、相關(guān)知識(shí)與技能（一）數(shù)字PID控制原理PID控制包含有比例（P）、積分（I）、和微（D）三種控制規(guī)律。由這三種規(guī)律可以組成比例（P），比例、積分（PI）控制器以及比例、積分、微分（PID）控制器等。他們都是線形控制器，其作用是按偏差的比例，或比例加積分，或比例加積分加微分形成控制量，去控制被控制對(duì)象，使被控對(duì)象趨于穩(wěn)定。這里偏差是系統(tǒng)給定值r（t）與被控參數(shù)的實(shí)際輸出c（t）之差[e（t）=r（t）-c（t）]。比例、積分、微分（PID）控制器主要包括比例、積分、微分三部分。1．比例（P）控制2．積分（I）控制3．微分（D）控制以二階系統(tǒng)對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)曲線說明PID控制器的調(diào)節(jié)作用，如圖5-8。圖5-8（二）常用的數(shù)字PID控制系統(tǒng)在控制工程中，常用的數(shù)字PID控制系統(tǒng)有以下幾種類型。1．單回路控制系統(tǒng)系統(tǒng)中只有一個(gè)PID控制器。2．串級(jí)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中有兩個(gè)PID控制器，分別是主控制器和副控制器。主控制器的輸出控制量作為副控制器的輸入給定量。3．前饋-反饋控制系統(tǒng)系統(tǒng)的主要擾動(dòng)作用，通過前饋補(bǔ)償器的輸出，與系統(tǒng)的反饋控制器的輸出相疊加。4．純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)在工業(yè)過程控制中，對(duì)象的純滯后性質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致控制作用不及時(shí)，引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或者振蕩。為了實(shí)現(xiàn)滯后補(bǔ)償，引入一個(gè)稱為Smith預(yù)估器的補(bǔ)償環(huán)節(jié)，與PID控制器并接，這就是Smith補(bǔ)償?shù)脑怼＃ㄈ?shù)字PID控制參數(shù)的整定數(shù)字PID控制器參數(shù)整定的任務(wù)主要是確定Kp、Ti、Td和采樣周期T。在控制器的結(jié)構(gòu)形式確定之后，系統(tǒng)性能的好壞主要決定于選定參數(shù)是否合理。1.采樣周期的選擇2.PID控制參數(shù)的整定（四）PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與內(nèi)容1）設(shè)計(jì)原則2）設(shè)計(jì)內(nèi)容2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟1）深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求2）確定I/O設(shè)備3）選擇合適的PLC類型4）分配I/O點(diǎn)5）設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序6）將程序輸入PLC7）進(jìn)行軟件測試8）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試9）編制技術(shù)文件（五）PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1.PLC選型2.PLC容量估算1）I/O點(diǎn)數(shù)的估算2）存儲(chǔ)器容量估算3.I/O模塊的選擇1）開關(guān)量輸入模塊的選擇2）開關(guān)量輸出模塊的選擇4.分配輸入/輸出點(diǎn)1）明確I/O通道范圍2）內(nèi)部輔助繼電器3）分配定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5.安全回路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)安全回路的任務(wù)包括以下內(nèi)容：（1）確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關(guān)系；（2）設(shè)計(jì)硬回路以提供對(duì)過程中重要設(shè)備的手動(dòng)安全性干預(yù)手段；（3）為PLC定義故障形式和重新啟動(dòng)特性。（六）PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1.PLC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，它要求設(shè)計(jì)人員既要有PLC、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又要有自動(dòng)控制的技術(shù)，還要有一定的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)實(shí)用的PLC軟件工程的設(shè)計(jì)通常要涉及以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）PLC軟件功能的分析與設(shè)計(jì)；（2）I/O信號(hào)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)；（3）程序結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)；（4）軟件設(shè)計(jì)規(guī)格說明書編制；（5）用編程語言、PLC指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；（6）軟件測試；（7）程序使用說明書編制。2.PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)步驟1）制定設(shè)備運(yùn)行方案2）畫控制流程圖3）制定系統(tǒng)的抗干擾措施4）編寫程序5）軟件測試6）編制程序使用說明書（七）PLC的程序設(shè)計(jì)方法1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法2.

繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法3.邏輯設(shè)計(jì)法4.順序控制設(shè)計(jì)法四、拓展與提高（一）西門子PLC網(wǎng)絡(luò)概述從1997年開始注冊商標(biāo)改為SIMATICNET。它是一個(gè)對(duì)外開放的通信網(wǎng)絡(luò)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。圖5-14為其生產(chǎn)金字塔ISO網(wǎng)絡(luò)模型。圖5-14西門子的ISO網(wǎng)絡(luò)模型（二）網(wǎng)絡(luò)部件：

1.通信口